【关键词】机器视觉 ;图像处理 ;鞋模 ;喷胶 ;OpenCV ;QT
PART 0-弁言
我国是制鞋大国，为环球鞋业市场供应 60% 的鞋类产品。随着“中国制造 2025”的推进，工业机器手在制鞋行业中得 到广泛利用。喷胶在制鞋行业中是一道主要工序，很多制鞋 企业在生产过程中利用工业机器手进行喷胶。目前，大部分 鞋业制造商采取编程鞋模示教的办法驱动机械手操作 [1]，该 办法存在精度不高、灵巧性差、生产效率低的问题。由于每 次手动示教须要的韶光较长，鞋底种类繁多，以是示教的效 率较低。其余，由于在实际生产过程中，鞋底摆放位置不一，且编程示教容差相对较小，因而喷涂精度不高，从而导致制 鞋企业生产效率低下。
随着电子和物联网技能的快速发展，打算机运算速率突 飞年夜进，图像处理已在工业中得到广泛利用。与此同时，工 业机器手在制鞋行业中也已得到大力推广与运用。如何把两 者有效地结合，并探求高效的办理方案，是该行业的一大热 点。本文设计一种基于机器图像处理的鞋模喷胶系统，该系 统可灵巧地驱动机械手喷胶，还可处理不同类型的鞋底，且 具有容差大、精度高档特点。利用该系统可提高制鞋企业的 天生效益，匆匆使传统制鞋企业逐渐向智能工厂转型，从而提 升我国制鞋行业的自动化水平。
PART 1-系统总体设计
1.1 总体构造本文鞋模喷胶系统的硬件紧张由两台工控机、一台路由器及一个工业摄像头组成。为掌握本钱，该机器 CPU 采取Intel 奔驰 J2900 芯片，主频为 2.41 GHz，搭配 2 GB 内存空 间，硬盘采取 Sandisk/ 闪迪 MSATA3 SSD 16 GB。从整体上 看，该机器具有较高性价比。路由器则利用适宜稳定传输较 大图像的水星 MW315R 300M 型号机器。其余，工业相机选 取 GigE 网线传输图像的 Basler acA2500-14gm 相机。各机器 用场如下 :
(1)工控机 1，用于搭载鞋底喷胶示教软件 ;
(2)工控机 2，用于运行图像处理组件，进行图像识别 打算处理 ;
(3)路由器，用于传输转发数据 ; (4)工业相机，用于拍摄鞋模图像 ; (5)机器手，用于喷胶。
其余，整套系统的软件组件均支配在具有以太网功能的Ubuntu14.04 操作系统上。本体裁系的软件组件紧张包含两 部分 :图像处理组件，该组件须要安装图像识别库 OpenCV 2.4.13，用于对鞋模图像进行识别打算处理，以提取鞋底轮 廓 ;喷胶示教组件，该组件由图形界面运用程序开拓框架 Qt编程实现，紧张用于展示鞋模轮廓，指引机器手按照轮廓进 行喷胶处理。基于机器视觉的鞋模喷胶系统总体构造如图 1 所示。
图1：系统总体构造图
1.2 事情流程
针对本文设计的机器视觉鞋模喷胶系统，在第一次运行时，用户需将棋盘格置于工业摄像头下方，用于相机标定。后续运行中，机器传送带上的硬件装置不断触发摄像头拍照，并将所获取的图像传送至图像识别端。图像识别端在得到图 像后，通过算法提取鞋底轮廓，然后将其相机坐标转换成世 界坐标，再通过 TCP/IP 协议将轮廓数据发送至喷胶示教器。示教器吸收完数据后，在其界面上显示鞋底轮廓，末了示教 器按照鞋底轮廓指引机器手进行喷胶处理。系统事情流程如 图 2 所示。
图2：系统事情流程图
PART 2-系统实现
2.1 相机标定实现
相机标定的目的是将图像像素点的横纵坐标转换成机器手可以识别的天下坐标 。该功能由图像处理组件与工业摄像头协同完成。在摄像头采集黑白分布明显的棋盘格图像并传送至图像处理组件后，由图像处理组件中的算法获取棋盘格图像中的角点信息与天下坐标，再根据这些数据打算可得相机内参系数、外参系数、图像旋转向量及图像位移向量。通过图像旋转向量与图像位移向量即可得到相机坐标到天下坐标的转换参数，从而实现坐标转换。
个中，角点识别由图像处理组件中的角点检测算法(Harris Corner Detection)完成 。该算法的紧张流程是取某个像素的一个邻域窗口迭代像素点，不雅观察窗口内均匀像素灰 度值的变革。已知在图像的平坦区域，角点的所有方向没有 灰度变革 ;而在图像边缘区域，角点则在某个方向有明显的 灰度变革。当窗口沿着边缘区域迭代到角度边缘，如创造窗 口各方向的均匀像素灰度值有明显变革时，即认定该窗口所 覆盖的区域为图像上的角点。根据上述算法实际测试，可得 到棋盘格的角点如图 3 圆点所示。
然而，上述算法找到的角点只能达到像素级别，为了使 标定参数更加精确，本文采取拟合法进一步提取亚像素角点 信息，通过拟合法将角点信息锁定在像素点后两位，实际 测试获取的精确角点像素信息如图 4 所示。其余，角点天下 坐标由天下坐标转换算法按照棋盘格格子大小与数量产生的序列网状坐标点得到。
图3：棋盘格角点图
图4：角点精确像素信息
2.2 图像识别实现
为了使图像的轮廓像素更易传输，本文采取点云数据处理技能。同时，为了减少滋扰信息，本体裁系将待处理的图 像从彩色图转换成灰度图。其余，为了使图像更加调皮且轮 廓清晰，本体裁系采取均值滤波对图像进行模糊化处理，实 际测试处理后的图像如图 5 所示。
图5：经由均值滤波后的鞋模
为进一步提取图像的关键内容，本文采取二值法 。该 方法紧张由选定的阈值来确定图像黑白场，公式如下：
式中:255 表示白场;0 表示黑场;val 与 dst 分别为转换前 后的灰度值;thresh 为选定的阈值。
图像经由二值化处理后，大致可提取鞋模轮廓，但仍有 一些凹凸不平的花纹。为了肃清这些滋扰，本体裁系采取漫水添补操作 。详细做法为:选取图像中的背景点，并找 到其连通区域，对其进行取反即可得到漫水添补图，详细如 图 6 所示。
图6：处理过程的鞋模图
将二值化处理后的鞋模图取反再叠加漫水添补后的鞋模 图，并采取 Canny 算法即可检测出鞋模轮廓 [8]，结果如图 7所示。
图7：鞋模轮廓图
获取鞋模轮廓后，将其相机坐标转换成天下坐标，并通 过网络传输协议将轮廓数据发送至示教客户端。
2.3 示教客户端实现
示教器客户端包含客户端连接设置、确认鞋模与示教机 械手三大功能。在连接设置中，用户可设置目标做事器(图像处理组件)的 IP 与端口。该功能实现的紧张事理是 Socket 通信。首先，做事器端先初始化 Socket，然后与端口绑定(Bind)，并对 端口进行监听(Listen)，再调用壅塞函数 Accept，等待示教 器连接。当用户设置完做事器 IP 与端口后，点击连接做事 端按钮，示教器客户端随即初始化一个 Socket，然后连接服 务器(Connect)。如果 IP 与端口设置精确，即可成功连接上 做事器，当图像处理端有识别好的鞋模轮廓数据会立即传输 至示教客户端。
在确认鞋模的功能中，可实时显示鞋模轮廓的天下坐标，该功能采取绘点控件实现。控件的紧张功能是将获取的点全 部显示在控件上，控件内部有一个点数组成员。初始化控件 时，主线程获取保存的点信息，并将其存入点数组成员中。程序运行过程中，点数组会一贯被清空再重新被赋值，同时 控件也通过 Update 函数进行刷新，终极用户可在图像空间 看到获取到的鞋模轮廓图，示教器客户端如图 8 所示。
图8：示教器客户端
图示教机器手的紧张功能是使喷胶示教器通过 TCP/IP 协议将鞋底轮廓天下坐标数据发送至机器手，机器手根据这些 坐标数据运动进行喷胶处理。
PART 3-结语
从制鞋行业涌现的紧张问题出发，本文提出了一种基于 机器视觉的鞋模喷胶系统设计方案。该系统能够灵巧处理不 同摆放位置的鞋底，同时增高旋转的角度容差，从而提升鞋 底喷胶的精度。其余，由于不须要对鞋底编程示教，因此系 统的整体灵巧性得到了显著提高。其余，整套系统人机交互 界面整洁，方便用户操作。目前，在国家对中国制造与智能 工厂的倡导下，本体裁系已得到大力推广。当然，在图像识 别时还存在一些不敷，如有噪点影响时须要人工干预，全程 自动化将是本体裁系今后改进的方向。
作者简介:
陈俊仁(1988—)，硕士，助教，研究方向为打算机软件、人工智能。
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