一种基于多角度定点模板匹配的片式钽电容视觉定位方法与流程

本发明属于片式钽电容视觉识别，尤其涉及一种基于多角度定点模板匹配的片式钽电容视觉定位方法。

背景技术：

1、目前，片式元器件是工业领域应用最广泛的基础电子元器件之一。作为片式元器件的一种，片式钽电容属于一种极性电容器，具有密封性好、体积小、电性能稳定、可靠性高、寿命长、电容量大、存储性能好等优点。适用于航天、航空、电子、船舶、通讯等领域有可靠性要求的军用电子设备。正因军用电子设备对于片式钽电容有高可靠性要求，因此在使用之前对片式钽电容的可靠性测试显得尤为重要，精准高效地实现对片式钽电容的可靠性测试，已经成为一项重要的研究内容。

2、人工测试片式电容器可靠性的具体步骤是：通过肉眼识别钽电容，使用特制夹具将正面朝上的电容抓取，并放置在漏电流测试仪和电容测试仪的检测台上进行测试，通过测试结果可对片式钽电容进行可靠性筛选。由于片式钽电容具有表面光滑、质量轻、体积小等特点，通过人工进行可靠性筛选，容易夹飞，个体差异也会导致测试结果不准确，因此测试效率低，且测试结果一致性较差。此外，检测台有正负极之分，如果将钽电容极性放反，导致测试结果错误，甚至会损坏钽电容。

3、现今，电子元器件自动化检测已经成为一种发展趋势，对钽电容进行识别定位是实现片式钽电容智能化测试最关键的一步。而目前对于片式钽电容的识别定位，一般是基于计算机视觉技术，采用传统模板匹配方法，通过逐一改变模板图像的角度，到目标图像上逐一扫描匹配，具有识别速度慢、准确率低、通用性差等不足。

技术实现思路

0、
技术实现要素：

1、本发明要解决的技术问题：提供一种基于多角度定点模板匹配的片式钽电容视觉定位方法，以解决现有技术对于片式钽电容的识别定位基于计算机视觉技术，采用传统模板匹配方法，通过逐一改变模板图像的角度，到目标图像上逐一扫描匹配，具有识别速度慢、准确率低、通用性差等不足等技术问题。

2、本发明技术方案：

3、一种基于多角度定点模板匹配的片式钽电容视觉定位方法，所述方法包括使用ccd工业相机采集片式钽电容源图像；对图像进行预处理获取二值化图像；通过连通域面积阈值和轮廓长度阈值剔除反面朝上及侧面朝上的电容，获取所有正面朝上目标电容的中心点坐标和正方向偏转角度；随后在源图像上矩形框选一个目标电容，使用相同的图像预处理方法获得二值化模板图像，并将模板图像旋转至水平方向作为匹配模板；最后以目标电容中心点坐标作为匹配区中心点，以模板图像的对角线长度作为定点匹配区边长，再根据目标电容的正方向偏转角度，将水平方向的模板图像分别旋转四种不同角度，使用旋转后的四个模板与匹配区进行定点模板匹配获得四个匹配分数，取匹配分数最高时对应的模板旋转角度即为目标电容的实际偏转角度。

4、所述方法具体包括：

5、步骤1、相机标定：使用ccd相机采集带有黑白棋盘格的标定板图像，在标定板图像上选取m个点，分别获取此m个点在像素坐标系中的坐标和在机械手坐标系中的坐标；

6、步骤2、图像预处理：在进行模板匹配之前，对钽电容目标图像和模板图像进行预处理；

7、步骤3、获取钽电容中心点坐标和正方向偏转角度；

8、步骤4、构建模板：在ccd工业相机采集的钽电容源图上框选一个目标电容作为模板图像，对模板图像进行预处理，得到二值化模板图像，获取目标电容正方向偏转角度θ，并将框选的模板图像旋转至水平方向，得到模板匹配图像t；

9、步骤5、获取定点匹配区域：对于ccd工业相机采集的钽电容源图像，将源图像转化为平滑的二值化图像，获取目标钽电容的中心点坐标pi(xi,yi)；以pi(xi,yi)为中心点，以构建好的模板图像的对角线长度为定点匹配区域边长尺寸，框选出每个目标钽电容的定点匹配区域qi；

10、步骤6、多角度定点模板匹配：由步骤5获得的每个钽电容的匹配区域qi，某个匹配区域qi中钽电容的正方向偏转角度为θi，将水平方向的模板图像t分别旋转θi、θi+90°、θi+180°、θi+270°后，得到四个不同偏转角度的模板图像tr(r＝1,2,3,4)，使用tr与定点匹配区域qi进行模板匹配获得四个匹配分数gr(r＝1,2,3,4)，取匹配分数最大时对应的模板图像的旋转角度，该角度即为qi中钽电容的实际偏转角度。

11、相机标定的具体方法包括：分别记录m个点在两个坐标系的坐标，通过计算得点p1和p2在机械手坐标系中的距离dw，同时计算p1、p2两点在像素坐标系中的距离dp，由dw和dp计算出比例系数k以及两个坐标系之间的偏转角度θ；根据比例系数k和偏转角度θ，将像素坐标系下的坐标和角度转换为机械坐标系中的坐标和角度。

12、对钽电容目标图像和模板图像进行预处理的方法包括：首先使用ccd工业相机采集钽电容rgb图像，将rgb图像转为hsv灰度图像；对图像进行线性滤波；随后增强图像对比度，保留钽电容边缘轮廓及特征信息同时弱化背景；然后使用canny算子对增强后的图像进行边缘检测获取钽电容二值化图像；最后对二值化图像进行形态学运算，先进行腐蚀操作，将白色细微杂点变为背景色，随后对图像进行膨胀操作，将断开不连续的轮廓特征连接成闭合轮廓。

13、步骤3所述获取钽电容中心点坐标和正方向偏转角度的方法为：首先通过opencv视觉库中的findcontours()函数找到钽电容二值化图像中所有的连通域，根据连通域的像素面积阈值和轮廓长度阈值剔除反面和侧面朝上的钽电容；随后绘制出所有正面朝上的钽电容即目标电容可倾斜的最小外接矩形；最后根据外接矩形获取钽电容的中心点坐标pi(xi,yi)和正方向偏转角度θi。

14、本发明的有益效果：

15、本发明根据片式钽电容的特征，结合计算机视觉技术，提出一种多角度定点模板匹配方法，该方法相比传统模板匹配方法，极大程度减少模板旋转次数，采用定点匹配，减少模板图像到目标图像的扫描匹配次数，提高了识别速度。而对于不同种型号的片式钽电容，可将构建的模板图像保存到模板库中，后期使用只需导入相应模板即可，无需二次构建模板，具有扩展性强、通用性高的特点。本发明提出的基于多角度定点模板匹配的片式钽电容视觉定位方法，使用该方法可以高效准确地获取到目标钽电容的中心点坐标和实际偏转角度，将像素坐标和角度转化为机械手坐标和角度，可控制机械手自动抓取钽电容，便于研制出片式钽电容可靠性自动测试系统，达到操作方便、效率高、性能可靠的效果。

16、本发明可基于多角度定点模板匹配方法实现片式钽电容的视觉定位，将传统的多角度模板匹配方法中，模板图像旋转360次减少为4次，使用定点模板匹配替代传统的逐点扫描搜索匹配，提高了识别速度和精度。此外，还可构建不同型号的钽电容模板图像，存放在模板库中，若改变待测钽电容类型，只需导入相应型号的模板图像即可，具有更强的通用性，适应范围广等优点。

17、解决了现有技术对于片式钽电容的识别定位，基于计算机视觉技术采用传统模板匹配方法，通过逐一改变模板图像的角度，到目标图像上逐一扫描匹配，具有识别速度慢、准确率低、通用性差等不足等技术问题。