Устройство определения длины и ширины объекта
Устройство относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах технического зрения для вычисления геометрических размеров объектов. Технический результат от использования устройства - определение длины и ширины объектов, ориентация которых заранее неизвестна. Результат достигается за счет использования алгоритма определения длины и ширины объекта, не зависящего от его угла его поворота на рабочей плоскости. Алгоритм предполагает постепенный поворот точек объекта на углы от 1 до 179°, вычисление длин проекций повернутых точек на ось Х и определение минимальной такой проекции. Данная проекция считается шириной объекта, длиной объекта является длина проекций точек на ось Y, полученная при том же угле поворота. Предлагаемое устройство, содержит видеодатчик, блок предварительной обработки изображения, буфер LIFO, блок вычисления длин проекций, буфер FIFO, блок определения минимальной проекции на ось X, а также управляющее устройство.
Устройство относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах технического зрения для определения геометрических размеров объектов независимо от их положения и ориентации в поле зрения видеодатчика.
Выгода использования роботизированных технологий на производстве обусловила широкое внедрение компьютерной техники в промышленность. Большое распространение получили при этом системы технического зрения. В данных системах анализируются признаки объектов, в том числе такие, как длина и ширина.
Известно устройство для контроля размеров изделий (патент Российской Федерации №2282140, кл. G 01 B 11/02, 2006 г., Бюл. №23), основанное на оптическом методе измерения «свет-тень». Размер изделия в нем определяется в соответствии с формулами:
где Xmin и X max - минимальная и максимальная координаты по оси X;
L - размер изделия.
Измерение размера происходит за счет перемещения изделия с рабочим столом параллельно оси Х и определение границы «свет-тень» [1].
Недостатки такого устройства:
- необходимость ориентировать изделие на ленте конвейера или рабочем столе таким образом, чтобы его главная ось (ось симметрии) была параллельна направлению перемещения изделия (оси X);
- определение только одного из размеров - длины, но не ширины;
- аппаратная избыточность (сложная конструкция рабочего стола для перемещения изделия).
Наиболее близким изобретением к предлагаемому является устройство для обработки изображений (патент Российской Федерации №2251735, кл. G 06 K 9/46, 2005 г., Бюл. №13), содержащее датчик изображения, блок выделения кадрового и строчного импульса, генератор, аналого-цифровой преобразователь, цифровой сигнальный процессор и блок управления исполнительными механизмами робота. Устройство осуществляет обработку изображения - повышение яркости, контрастности изображения, перевод полутонового изображения в двухградационное (бинаризация), выделение контуров, выделение объектов, определение положения
объектов. Полученные данные используются в управляющей системе робота [2].
Недостатком данного устройства является невозможность определения ориентации объекта на рабочем поле и геометрических размеров объекта.
Технической задачей настоящего устройства является вычисление длины и ширины объекта независимо от его ориентации на плоскости.
Длина и ширина объекта произвольной формы могут быть определены как большая и меньшая стороны прямоугольника наименьшей площади, которой может быть описан вокруг данного объекта [3].
На основе этого определения в устройстве реализуются следующие этапы вычислений:
- Получение координат всех точек, принадлежащих объекту;
- Поворот точек объекта на угол 
(от 1 до 179° с шагом 1°);
- Вычисление длин проекций повернутых точек на оси Х и Y для каждого угла поворота ;
- Определение минимальной проекции точек на ось X, соответствующей ей проекции на ось Y, а также угла поворота, при котором эти проекции определялись. Найденные величины являются шириной, длиной и углом наклона объекта к оси Х соответственно.
Данный алгоритм позволяет вычислить длину и ширину любого объекта независимо от его положения в поле зрения СТЗ, а также от его ориентации. Кроме того, определяется и угол наклона объекта к оси Х с точностью до 1°.
На чертеже представлена структурная схема устройства определения длины и ширины объекта. Устройство состоит из видеодатчика - блок 1; блока предварительной обработки изображения - блок 2; буфера типа LIFO - блок 3; блока поворота точек на заданный угол - блок 4; блока вычисления длин проекций повернутых объектов на оси Х и Y - блок 5; буфера типа FIFO - блок 6; блока определения минимальной проекции объекта на ось Х и соответствующей ей проекции на ось Y - блок 7 и управляющего устройства - блок 8.
Устройство работает следующим образом. Видеодатчик (блок 1) формирует изображение рабочего поля СТЗ. Оно передается в блок предварительной обработки (блок 2). В нем над полученным изображением выполняются операции фильтрации (удаление шума), контрастирования, бинаризации и маркировки (разметки точек объекта). Количество точек N, принадлежащих объекту, определяет размер буфера LIFO (блок 3), в который записываются их координаты. Из
данного буфера они поступают на вход блока поворота точек (блок 4). Данный блок вычисляет координаты точек после поворота на угол . Далее координаты повернутых точек передаются на вход блока вычисления длин проекций (блок 5). В нем определяются минимальная и максимальная координаты повернутых на угол точек объекта по осям Х и Y, а затем разность максимальной и минимальной координат на ось берется в качестве длины проекции на данную ось. Эти длины проекций для углов от 1 до 179° по мере вычисления записываются в буфер типа FIFO (блок 6), имеющий размер 179 - по количеству поворотов точек объекта. С выхода буфера длины проекций поступают на вход блока 7, определяющего минимальную проекцию объекта на ось X. Это ширина объекта. Соответствующая ей проекция на ось Y является длиной объекта, а угол, при котором эти проекции получены - углом наклона объекта к оси X. Управляющее устройство определяет номер объекта, обрабатываемого в текущий момент, а также очередной угол поворота точек объекта .
Источники информации
1. Патент Российской Федерации №2282140. Устройство для контроля размеров изделий. МПК G 01 В 11/02. 2006 г., Бюл. №23.
2. Патент Российской Федерации №2251735. Устройство для обработки изображений. МПК G 06 K 9/46. 2005 г., Бюл. №13.
3. Розенфельд А. Распознавание и обработка изображений с помощью вычислительных машин - М.: Мир, 1972. - 232 с.
Устройство определения длины и ширины объекта, содержащее видеодатчик, получающий изображение рабочего поля системы технического зрения и передающий его на вход блока предварительной обработки; блок предварительной обработки изображения, реализующий операции фильтрации, контрастирования, бинаризации изображения, маркировки объектов и выделения координат их точек; буфер типа LIFO, хранящий координаты точек объекта, полученные из блока предварительной обработки, и передающий их на вход блока поворота точек, осуществляющего поворот точек на заданный угол; блок вычисления длин проекций повернутых точек на оси Х и Y как разностей максимальных и минимальных координат по соответствующим осям; буфер типа FIFO, получающий длины проекций на оси Х и Y из выхода блока вычисления длин проекций и передающий их на вход блока определения минимальной проекции, который находит минимальную проекцию повернутых точек на ось Х (ширина объекта), соответствующую ей проекцию на ось Y (длина объекта), а также угол поворота точек, при котором эти проекции были получены (угол наклона объекта к оси X); управляющее устройство, задающее номер объекта для обработки и очередной угол поворота точек объекта .
