工件檢測方法和裝置與流程

本發明涉及圖像處理領域，并且特別地，涉及一種工件檢測方法和裝置。

背景技術：

工件定位算法是一種常用算法。該算法的目的是要確定工件的位置偏移、角度偏移等信息，以便基于這些信息對工件進行后續處理。目前，工件定位算法已經在機器人抓取物件、機器視覺等多個領域中廣泛應用，成為了對工件進行檢測和測量的主要手段之一。

在一些對于精度要求較高的檢測和測量場景中，對于工件的定位也提出了更高的要求。為了提高檢測精度，目前已經提出了多種的檢測方法。例如，在申請號為201310509532.3、名稱為“一種基于CCD的高精度測量方法”的專利中，就公開了對工件進行檢測的方案。該方案建立了一個基于機器視覺的機械零件檢測模型，該模型綜合運用了攝像機標定、亞像素邊緣輪廓提取和基于形狀的模板匹配技術。在該專利所公開的方案中，首先根據攝像機成像模型，對相機進行內外部參數標定，根據內部參數校正畸變圖像。然后，定位被測物，區分其上下邊緣并提取上表面的亞像素邊緣，導入CAD數據模型，采用基于形狀的模板匹配方法匹配被測物。最后將輪廓距離作為誤差的度量。

該專利所公開的方案雖然具有較高的檢測精度，但是運算量很大、檢測速度較慢、且復雜度較高，因此無法適用于對檢測速度有較高要求的場景中，例如，該專利公開的方案很難應用于在線檢測。

此外，在申請號為201210227659.1、名稱為“基于圖像邊界極坐標化離散序列的角度識別方法”的專利中，公開了一種專門用于識別角度的方案。該方案首先求取目標圖像的邊界離散序列，之后將目標圖像的邊界離散序列與模板圖像的邊界離散序列以第二決策的方式進行粗匹配，得到轉角的粗匹配結果；最后，在上一步基礎上，通過第三決策，求得目標圖像相對于模板圖像的精確轉角。通過先進行粗匹配之后進行精確匹配，該專利所公開的方案能夠在一定程度上減小運算量。但是，該專利在將旋轉后的圖像與模板圖像進行粗匹配和精確匹配時，所采用的方案是建立相應的匹配評價函數對旋轉后的圖像進行計算。這種采用函數進行計算來完成匹配的方案依然具有較大的運算量，處理效率較低，計算過程較為復雜，不易于實現。另外，對于邊界不明顯的工件，該專利的檢測準確率將明顯降低。

針對相關技術中工件檢測的運算量大、過程復雜、不易實現、以及不能適用所有工件的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術實現要素：

針對相關技術中的上述問題，本發明提出一種工件檢測方法和裝置，能夠減少運算量、降低復雜度和實現的難度，同時可以適用于各種工件。

根據本發明的一個方面，提供了一種工件檢測方法。

根據本發明的工件檢測方法包括：對待檢測的工件的第一檢測圖進行抽樣，得到第二檢測圖，并對工件所對應的第一參考圖進行抽樣，得到第二參考圖，其中，第一檢測圖由對待檢測的工件進行拍照得到；以預定的第一角度對第二檢測圖進行多次旋轉，在每次旋轉后，將當前旋轉后的第二檢測圖與第二參考圖相減，得到差值，直至得到的差值為第一最小差值，將得到第一最小差值時對第二檢測圖旋轉的總角度確定為第一角度偏差值；基于第一角度偏差值以及預定的角度誤差，得到旋轉角度范圍；在旋轉角度范圍內以第二角度對第一檢測圖進行多次旋轉，在每次旋轉后，將當前旋轉后的第一檢測圖與第一參考圖相減，得到差值，直至得到的差值為第二最小差值，并將得到第二最小差值時對第一檢測圖旋轉的總角度確定為第二角度偏差值。

在一個實施例中，在對第一檢測圖和第一參考圖進行抽樣之前，根據本發明的工件檢測方法可以進一步包括：

確定第一檢測圖中工件的尺寸參數，將確定的尺寸參數與預先保存的多個參考圖中工件的尺寸參數進行比對；

將多個參考圖中工件的尺寸參數與第一檢測圖中工件的尺寸參數相匹配的參考圖確定為工件所對應的第一參考圖。

進一步地，在確定第一檢測圖中工件的尺寸參數之前，根據本發明的工件檢測方法可以進一步包括：確定第一檢測圖和多個參考圖中的每一個所包含的工件數量；在第一檢測圖所包含的工件數量或所確定的參考圖所包含的工件數量為多個的情況下，停止后續處理。

此外，在確定第一檢測圖中工件的尺寸參數時，可以確定第一檢測圖中工件的最小外接矩形或最大內接矩形的尺寸參數；

并且，將確定的尺寸參數與預先保存的多個參考圖中工件的尺寸參數進行比對包括：

將第一檢測圖中工件的最小外接矩形或最大內接矩形的尺寸參數、與多個檢測圖中所包含工件的最小外接矩形或最大內接矩形的尺寸參數進行比較。

此外，在一個實施例中，在對第一檢測圖旋轉之前，根據本發明的工件檢測方法進一步包括：基于第一檢測圖建立第一坐標系，并基于第一參考圖建立第二坐標系，第一檢測圖和第一參考圖與各自坐標系中原點的相對位置關系相同；確定第一檢測圖中工件的質心在第一坐標系中的位置作為第一位置，并確定第一參考圖中工件的質心在第二坐標系中的位置作為第二位置；根據第一位置和第二位置之間的位置差確定平移量，并根據平移量對第一檢測圖進行平移，使第一檢測圖中工件的質心在第一坐標系中的第一位置與第一參考圖中工件的質心在第二坐標系中的第二位置相同；

并且，在對第一參考圖進行旋轉之前，工件檢測方法進一步包括：根據平移量對第一檢測圖進行平移。

進一步地，根據本發明的工件檢測方法可以進一步包括：

根據平移量和/或第二角度偏差值，對第一檢測圖進行旋轉和平移，將經旋轉和/或平移后的第一檢測圖與第一參考圖進行比對，確定第一檢測圖中工件的質量；和/或

根據平移量和/或第二角度偏差值拾取工件。

此外，在對第一檢測圖進行多次旋轉之前，根據本發明的工件檢測方法可以進一步包括：對第一檢測圖和第一參考圖進行插值。

可選地，對第一檢測圖和第一參考圖進行插值可以包括：

通過亞像素邊緣定位方法對第一檢測圖和第一參考圖中工件的邊緣進行定位，并根據定位的邊緣進行插值。

此外，上述第一角度可以大于第二角度。

此外，上述第一檢測圖和第一參考圖可以均為二值化處理后的圖像。

根據本發明的另一方面，提供了一種工件檢測裝置。

根據本發明的工件檢測裝置包括：抽樣模塊，用于對待檢測的工件的第一檢測圖進行抽樣，得到第二檢測圖，并對工件所對應的第一參考圖進行抽樣，得到第二參考圖，其中，第一檢測圖由對待檢測的工件進行拍照得到；第一處理模塊，用于以預定的第一角度對第二檢測圖進行多次旋轉，在每次旋轉后，將當前旋轉后的第二檢測圖與第二參考圖相減，得到差值，直至得到的差值為第一最小差值，將得到第一最小差值時對第二檢測圖旋轉的總角度確定為第一角度偏差值；范圍確定模塊，基于第一角度偏差值以及預定的角度誤差，得到旋轉角度范圍；第二處理模塊，用于在旋轉角度范圍內以第二角度對第一檢測圖進行多次旋轉，在每次旋轉后，將當前旋轉后的第一檢測圖與第一參考圖相減，得到差值，直至得到的差值為第二最小差值，并將得到第二最小差值時對第一檢測圖旋轉的總角度確定為第二角度偏差值。

根據本發明的工件檢測裝置可以進一步包括：

尺寸比對模塊，用于在抽樣模塊對第一檢測圖和第一參考圖進行抽樣之前，確定第一檢測圖中工件的尺寸參數，將確定的尺寸參數與預先保存的多個參考圖中工件的尺寸參數進行比對；

圖像確定模塊，用于將多個參考圖中工件的尺寸參數與第一檢測圖中工件的尺寸參數相匹配的參考圖確定為工件所對應的第一參考圖。

進一步而言，根據本發明的工件檢測裝置還可以包括：工件數量確定模塊，用于在尺寸比對模塊確定第一檢測圖中工件的尺寸參數之前，確定第一檢測圖和多個參考圖中的每一個所包含的工件數量；并且，在第一檢測圖所包含的工件數量或所確定的參考圖所包含的工件數量為多個的情況下，停止后續處理。

此外，上述尺寸比對模塊用于確定第一檢測圖中工件的最小外接矩形或最大內接矩形的尺寸參數，作為第一檢測圖中工件的尺寸參數；

并且，尺寸比對模塊還用于將第一檢測圖中工件的最小外接矩形或最大內接矩形的尺寸參數、與多個檢測圖中所包含工件的最小外接矩形或最大內接矩形的尺寸參數進行比較。

此外，在一個實施例中，上述第一處理模塊還用于在對第一檢測圖旋轉之前，基于第一檢測圖建立第一坐標系，并基于第一參考圖建立第二坐標系，第一檢測圖和第一參考圖與各自坐標系中原點的相對位置關系相同；第一處理模塊進一步用于確定第一檢測圖中工件的質心在第一坐標系中的位置作為第一位置，并確定第一參考圖中工件的質心在第二坐標系中的位置作為第二位置；以及用于根據第一位置和第二位置之間的位置差確定平移量，并根據平移量對第一檢測圖進行平移，使第一檢測圖中工件的質心在第一坐標系中的第一位置與第一參考圖中工件的質心在第二坐標系中的第二位置相同；

并且，在對第一參考圖進行旋轉之前，第一處理模塊根據平移量對第一檢測圖進行平移。

進一步地，根據本發明實施例的工件檢測裝置還可以包括：質量檢測模塊，用于根據平移量和/或第二角度偏差值，對第一檢測圖進行旋轉和平移，將經旋轉和/或平移后的第一檢測圖與第一參考圖進行比對，確定第一檢測圖中工件的質量；和/或控制模塊，用于根據平移量和/或第二角度偏差值控制工件拾取設備，以拾取工件。

此外，可選地，上述第二處理模塊還用于在對第一檢測圖進行多次旋轉之前，對第一檢測圖和第一參考圖進行插值，其中，第二處理模塊通過亞像素邊緣定位方法對第一檢測圖和第一參考圖中工件的邊緣進行定位，并根據定位的邊緣進行插值。

此外，上述第一角度可以大于第二角度；上述第一檢測圖和第一參考圖可以均為二值化處理后的圖像。

本發明能夠實現以下技術效果：

(1)本發明在對圖像抽樣后進行旋轉和相減，得到初步結果(第一角度偏差值)后，再在旋轉未經抽樣的圖像之前參照該初步結果，能夠有效減少旋轉過程所需的運算量，節省了處理時間；另外，本發明將檢測圖與參考圖進行相減來確定兩個圖像之間的角度差異，不僅能夠準確地確定兩個圖像之間的差異，而且運算方法簡單、運算量小，無需復雜的函數運算；不僅如此，這種圖像相減的方法適用于所有形狀的工件，不論工件的形狀是否復雜、特征和輪廓是否明顯，相減后的結果都能夠準確體現出兩個圖像之間的差異，而無需借助復雜的算法來描述工件的形狀以及確定兩個圖像是否匹配；

(2)在本發明的一個實施例中，通過根據尺寸參數來確定與檢測圖中工件對應的參考圖，能夠保證相比對的檢測圖和參考圖中包含的工件為同種工件，避免因為將包含不同種工件的圖像進行比對而導致輸出無效結果的問題，防止進行無用的處理和運算；

(3)在本發明的一個實施例中，通過預先確定檢測圖和參考圖中所包含工件的數量，并在工件數量多于一個的情況下停止后續處理(包括抽樣、旋轉等)，能夠預先發現圖像中所包含工件的數量是否滿足要求，避免因為將包含多個工件的圖像進行后續的旋轉、比對等處理而造成處理出現錯誤的問題；

(4)在本發明的一個實施例中，基于最小外接矩形或最大內接矩形的尺寸參數來確定與檢測圖進行比較的參考圖，其處理方式簡單，處理效率較高；

(5)在本發明的一個實施例中，通過確定檢測圖和參考圖中工件的質心位置并對檢測圖進行平移，不僅能夠確定檢測圖中工件的位置相比于參考圖中的工件是否存在偏差以及偏差的大小(平移量)，而且能夠讓后續的圖像旋轉和相減操作均基于質心處于相同位置的工件執行，從而讓圖像的相減結果更加準確地反應檢測圖與參考圖之間的角度差異；

(6)在本發明的一個實施例中，通過確定平移量和第二角度偏差值，能夠為后續對于工件表面、工件材質、工件外形等質量檢測提供幫助，而且還能夠為工件的拾取(例如，可以是夾持)和輸送提供有效的位置參照；

(7)在本發明的一個實施例中，在對第一檢測圖和第一參考圖進行旋轉之前，對第一檢測圖和第一參考圖進行插值，能夠更加準確地確定不同角度下第一檢測圖與第一參考圖之間的差，從而讓確定的第二角度偏差值更加精確；

(8)在本發明的一個實施例中，通過采用亞像素邊緣檢測方法進行插值，能夠提高檢測結果的精確度，使精確度達到亞像素級別；

(9)在本發明的一個實施例中，在得到初步結果(第一角度偏差值)的過程中以較大的角度進行多次旋轉抽樣后的檢測圖，在得到后續精確結果的過程中以較小的角度多次旋轉未抽樣的檢測圖，既能夠保證對抽樣后檢測圖進行旋轉的效率，還能夠保證對未抽樣的檢測圖進行旋轉的精度，從而在不影響角度偏差確定結果精確度的前提下，減少旋轉處理所需的計算量；

(10)在本發明的一個實施例中，檢測圖和參考圖均為二值化處理后的圖像，這樣，在后續進行抽樣、旋轉以及相減等操作時，所基于的圖像已經排除了因為噪聲、光線等干擾因素對圖像質量所造成的不良影響，從而提高了檢測的精確度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是根據本發明一實施例的工件檢測方法的流程圖；

圖2是根據本發明另一實施例的工件檢測方法的流程圖；

圖3是示出根據本發明實施例工件參考圖的示意圖；

圖4a至圖4c是根據本發明實施例對檢測圖進行旋轉并與參考圖進行比對的示意圖；

圖5是本發明實施例的工件檢測裝置的框圖。

具體實施方式

此說明性實施方式的描述應與相應的附圖相結合，附圖應作為完整的說明書的一部分。在附圖中，實施例的形狀或是厚度可擴大，并以簡化或是方便標示。再者，附圖中各結構的部分將以分別描述進行說明，值得注意的是，圖中未示出或未通過文字進行說明的元件，為所屬技術領域中的普通技術人員所知的形式。

此處實施例的描述，有關方向和方位的任何參考，均僅是為了便于描述，而不能理解為對本發明保護范圍的任何限制。以下對于優選實施方式的說明會涉及到特征的組合，這些特征可能獨立存在或者組合存在，本發明并不特別地限定于優選的實施方式。本發明的范圍由權利要求書所界定。

根據本發明的實施例，提供了一種工件檢測方法。

如圖1所示，根據本發明實施例的工件檢測方法包括：

步驟S101，對待檢測的工件的第一檢測圖進行抽樣，得到第二檢測圖，并對工件所對應的第一參考圖(該參考圖中所包含的工件與待檢測工件為同種工件，參考圖也可以被稱為定位圖)進行抽樣，得到第二參考圖，其中，第一檢測圖由對待檢測的工件進行拍照得到；

步驟S103，以預定的第一角度對第二檢測圖進行多次旋轉，在每次旋轉后，將當前旋轉后的第二檢測圖與第二參考圖相減，得到差值，直至得到的差值為第一最小差值，將得到該最小差值時對第二檢測圖旋轉的總角度確定為第一角度偏差值；

步驟S105，基于第一角度偏差值以及預定的角度誤差，得到旋轉角度范圍；

步驟S107，在旋轉角度范圍內以第二角度對第一檢測圖進行多次旋轉，在每次旋轉后，將當前旋轉后的第一檢測圖與第一參考圖相減，得到差值，直至得到的差值為第二最小差值，并將得到該最小差值時對第一檢測圖旋轉的總角度確定為第二角度偏差值。

基于上述處理，在得到第二角度偏差值之后，即可確定第一檢測圖中的工件與第一參考圖中的工件之間的角度偏差，從而完成對工件的定位檢測。根據該第二角度偏差值，即可對第一檢測圖進行旋轉，之后用旋轉后的第一檢測圖與參考圖進行比對，進而確定工件是否存在外形上的缺陷。此外，還可以根據該角度來調整夾具等用于拾取工件的設備的當前角度，為工件的拾取和輸送提供參照。

在一個實施例中，對第一檢測圖和第一參考圖執行的抽樣處理可以是降采樣，也可以是像素均值濾波，或者也可以是其他能夠降低圖像的分辨率和/或尺寸的處理。相比于原圖，經過抽樣后的第一檢測圖(即，第二檢測圖)和第一參考圖(即，第二參考圖)所占的空間都會明顯減小，在旋轉第二檢測圖時所需的計算量就會明顯降低，相應地，在將第二檢測圖與第二參考圖進行相減時，所需的計算量同樣會減少。因此，本發明能夠降低檢測過程的運算量和復雜度，提高處理效率，適用于在線檢測等對于時間要求較為嚴格的場景。

具體而言，將兩個圖像相減可以理解為將兩個圖像中相應像素的像素值分別相減，之后將所有像素相減后得到的結果進行加和，如果相減的兩個像素相同(即，像素值相同)，則相減后的結果為0，因此，最終的加和結果就反映了兩個圖像之間的差異大小。

假設圖像E和圖像F均包含4個像素，在圖像E和圖像F中，這4個像素均呈“田”字型分布。在將圖像E和圖像F相減時，將圖像E中位于左上角位置像素的像素值與圖像F中位于左上角位置像素的像素值相減得到結果1，將圖像E中位于右上角位置像素的像素值與圖像F中位于右上角位置像素的像素值相減得到結果2，將圖像E中位于左下角位置像素的像素值與圖像F中位于左下角位置像素的像素值相減得到結果3，將圖像E中位于右下角位置像素的像素值與圖像F中位于右下角位置像素的像素值相減得到結果4。結果1+結果2+結果3+結果4所得到的加和結果，就反映了圖像E和圖像F之間的差異。如果結果1至結果4均為0，則加和結果同樣為0，表示圖像E和圖像F完全相同。

如果圖E和圖F均為二值化后的圖像，且圖像E的4個像素與圖像F中對應的4個像素均不相同，則結果1至結果4均為1，加和后的結果為4，表示圖像E和圖像F完全不同。

另外，本發明首先基于抽樣后的圖像進行旋轉，得到第一角度偏差值，之后基于該第一角度偏差值以及預定角度誤差來旋轉未經抽樣的圖像，確定第二角度偏差值。由于在旋轉未抽樣的圖像時可以參照第一角度偏差值，而無需在360°范圍內進行旋轉，所以不僅減少了旋轉圖像的運算量，而且保證了角度偏差檢測的精確度。

在實際應用中，假設對于工件M進行拍照后得到檢測圖A，工件M的同種工件的參考圖為參考圖B。在對檢測圖A進行抽樣后，得到檢測圖A’；在對參考圖B進行抽樣后，得到參考圖B’。假設第一角度為2°，則在旋轉檢測圖A’時，可以沿順時針方向旋轉檢測圖A’，每次旋轉2°。

具體地，在第一次旋轉檢測圖A’后，檢測圖A’相比于原位置的角度偏差為2°，此時，將一次旋轉后的檢測圖A’與參考圖B’進行相減后，得到的差值為x1；

在第一次旋轉的基礎上，沿順時針方向對檢測圖A’進行第二次旋轉，第二次旋轉后的檢測圖A’的總旋轉角度為4°，將第二次旋轉后的檢測圖A’與參考圖B’進行相減后，得到的差值為x2，其中，x1>x2；

在第二次旋轉的基礎上，沿順時針方向對檢測圖A’進行第三次旋轉，第三次旋轉后的檢測圖A’的總旋轉角度為6°，將第三次旋轉后的檢測圖A’與參考圖B’進行相減后，得到的差值為x3，其中，x1>x2>x3；

在第三次旋轉的基礎上，沿順時針方向對檢測圖A’進行第四次旋轉，第四次旋轉后的檢測圖A’的總旋轉角度為8°，將第四次旋轉后的檢測圖A’與參考圖B’進行相減后，得到的差值為x4，其中，x1>x2>x3>x4；

在第四次旋轉的基礎上，沿順時針方向對檢測圖A’進行第五次旋轉，第五次旋轉后的檢測圖A’的總旋轉角度為10°，將第五次旋轉后的檢測圖A’與參考圖B’進行相減后，得到的差值為x5，其中，x1>x2>x3>x4，但是x5<x4；這樣就表明，在得到差值x4時(檢測圖A’的總旋轉角度為8°)，檢測圖A’中的工件與參考圖B’中的工件角度最為接近，即可確定x4為第一最小差值，進而確定該8°為第一角度偏差值(可以認為該8°為粗定位結果)。

接下來，基于該8°和預定的角度誤差來確定旋轉范圍，該旋轉范圍用于進行精確定位。假設角度誤差為±3°，則基于第一角度偏差值8°，即可確定該旋轉范圍為5°至11°；之后，即可在5°至11°的旋轉范圍內旋轉檢測圖A，并在每次旋轉后將檢測圖A與參考圖B進行相減。

具體地，基于該旋轉范圍，可以首先沿著順時針方向，將檢測圖A旋轉5°，在首次旋轉檢測圖A后，將檢測圖A與參考圖B相減，得到差值y1，此時，檢測圖A的總旋轉角度為5°；

在首次旋轉基礎上，以第二角度沿順時針方向繼續旋轉檢測圖A，假設第二角度為1°，則在第二次旋轉檢測圖A之后，檢測圖A的總旋轉角度為6°，將檢測圖A與參考圖B相減，得到差值y2，其中，y1>y2；

在第二次旋轉基礎上，對檢測圖A進行第三次旋轉；第三次旋轉之后的檢測圖A的總旋轉角度為7°(即，第一檢測圖的總旋轉角度)，將檢測圖A與參考圖B相減，得到差值y3，其中，y1>y2>y3；

在第三次旋轉基礎上，對檢測圖A進行第四次旋轉；第四次旋轉之后的檢測圖A的總旋轉角度為8°，將檢測圖A與參考圖B相減，得到差值y4，其中，y1>y2>y3，y4>y3；這樣就表明，在得到差值y3時(檢測圖A的總旋轉角度為7°)，檢測圖A中的工件與參考圖B中的工件角度最為接近，y3為第二最小差值，進而可確定該7°為第二角度偏差值(可以認為該7°為精確定位結果)。

通過以上處理可以看出，由于可以參考粗定位結果，所以在旋轉未經抽樣的檢測圖時，旋轉的次數可以明顯減少，僅在一定范圍內旋轉即可，從而降低了運算量和復雜度；此外，所以在得到第二角度偏差值時，不僅因為相減的圖像的分辨率更高而能夠提高準確性，還可以通過將第二角度設置為小于第一角度，以更小的角度多次旋轉并完成比對，從而進一步提高檢測精確度。

此外，數據庫中往往會保存多個參考圖，這些參考圖中包含很多種類的工件。為了對當前工件進行檢測，需要將當前工件的檢測圖與參考圖進行相減操作，因此，參與相減操作的參考圖中所包含的工件與當前待檢測工件應當為同種工件，否則就會導致輸出無效的檢測結果。在一個實施例中，在對第一檢測圖和第一參考圖進行抽樣之前，上述工件檢測方法可以進一步包括：確定第一檢測圖中工件的尺寸參數(可以包括長度、寬度和/或面積等參數)，將確定的尺寸參數與預先保存的多個參考圖中工件的尺寸參數進行比對；將多個參考圖中工件的尺寸參數與第一檢測圖中工件的尺寸參數相匹配的參考圖確定為工件所對應的第一參考圖。

通過根據尺寸參數來確定與檢測圖中工件對應的參考圖，能夠保證相比對的檢測圖和參考圖中包含的工件為同種工件，避免因為將包含不同種工件的圖像進行比對而導致輸出無效結果的問題；不僅如此，尺寸參數的獲得和比對都很容易實現，處理效率較高。

在一個進一步的實施例中，在確定尺寸參數時，可以確定第一檢測圖中工件的最小外接矩形(或者，也可以是最大內接矩形)的尺寸參數；

并且，在將確定的尺寸參數與預先保存的多個參考圖中工件的尺寸參數進行比對時，可以將第一檢測圖中工件的最小外接矩形(或者，也可以是最大內接矩形)的尺寸參數、與多個檢測圖中所包含工件的最小外接矩形(或者，也可以是最大內接矩形)的尺寸參數進行比較。

這樣，基于最小外接矩形或最大內接矩形的尺寸參數來確定與檢測圖進行比較的參考圖，其處理方式簡單，處理效率較高。

此外，不論是確定與第一檢測圖中工件所對應的第一參考圖，還是將檢測圖與參考圖進行相減，都需要保證檢測圖和參考圖中的每一個所包含的工件數量為一個，否則將導致檢測過程出現錯誤。在一個實施例中，在確定第一檢測圖中工件的尺寸參數之前(即，在根據尺寸參數確定與第一檢測圖進行比對的第一參考圖之前)，根據本發明的工件檢測方法可以進一步包括：

確定第一檢測圖和多個參考圖中的每一個所包含的工件數量；

在第一檢測圖所包含的工件數量或所確定的參考圖所包含的工件數量為多個的情況下，停止后續處理。

通過預先確定檢測圖和參考圖中所包含工件的數量，并在工件數量多于一個的情況下停止后續處理(包括確定尺寸參數、抽樣、旋轉等)，能夠預先發現圖像中所包含工件的數量是否滿足要求，避免因為將包含多個工件的圖像進行后續的旋轉、比對等處理而造成處理出現錯誤的問題。

此外，由于第一檢測圖中工件所在的位置與第一參考圖中工件所在的位置可能不同，兩者在位置上存在差異，這樣就可能影響到后續通過執行相減操作確定角度偏差值的準確性。為了確定并消除這種位置差異，在一個實施例中，在對第一檢測圖進行旋轉之前，根據本發明的工件檢測方法進一步包括：

基于第一檢測圖建立第一坐標系，并基于第一參考圖建立第二坐標系，第一檢測圖和第一參考圖與各自坐標系中原點的相對位置關系相同；例如，該步驟可以理解為，基于第一檢測圖建立一個坐標系，第一檢測圖的左下角位于坐標系的原點位置，基于第一參考圖也建立一個坐標系，第一參考圖的左下角同樣位于該坐標系的原點位置；

確定第一檢測圖中工件的質心在第一坐標系中的位置作為第一位置，并確定第一參考圖中工件的質心在第二坐標系中的位置作為第二位置；

根據第一位置和第二位置之間的位置差確定平移量，并根據平移量對第一檢測圖進行平移，使第一檢測圖中工件的質心在第一坐標系中的第一位置與第一參考圖中工件的質心在第二坐標系中的第二位置相同。假設第一坐標系中第一檢測圖中工件的質心在第一坐標系中的坐標位置為(5，5)，而第一參考圖中工件的質心在第二坐標系中的坐標位置為(4，5)，則此時需要對第一檢測圖進行平移，使得第一檢測圖中工件的質心在第一坐標系中所在的坐標位置同樣為(4，5)。這樣，在確定第一角度偏差值時，對于第一檢測圖執行的抽樣、旋轉、相減等操作，所基于的都是經過平移后的第一檢測圖。

或者，在另一實施例中，在確定第一角度偏差值時，也可以先進行抽樣得到第二參考圖，之后再對第二參考圖進行平移，最后在進行旋轉和比對，即，可以將抽樣放在平移之前執行。

類似地，在確定第二角度偏差值時，在對第一檢測圖進行旋轉之前，可以先根據之前確定的平移量對第一檢測圖進行平移，之后進行插值；或者，也可以先對第一檢測圖和第一參考圖進行插值，之后再對插值后的第一檢測圖進行平移。

通過確定檢測圖和參考圖中工件的質心位置并對檢測圖進行平移，不僅能夠確定檢測圖中工件的位置是否存在偏差以及偏差的大小(平移量)，而且能夠讓后續的圖像旋轉和相減操作均基于質心處于相同位置的工件執行，從而讓圖像的相減結果更加準確地反應檢測圖與參考圖之間的角度差異，提高檢測的精確度。

此外，根據本發明的一個實施例，在得到平移量和第二角度偏差值之后，可以根據平移量和/或第二角度偏差值，對第一檢測圖進行旋轉和平移，將經旋轉和/或平移后的第一檢測圖與第一參考圖進行比對，確定第一檢測圖中工件的質量。不僅如此，還可以根據平移量和/或第二角度偏差值拾取工件。

通過確定平移量和第二角度偏差值，能夠為后續對于工件表面、工件材質、工件外形等質量檢測提供幫助，而且還能夠為工件的夾持和輸送提供有效的位置參照。

此外，為了提高第二角度偏差值的精確度，根據本發明的實施例，在對第一檢測圖進行多次旋轉之前，可以對第一檢測圖和第一參考圖進行插值。

這樣，能夠更加準確地確定不同角度下第一檢測圖與第一參考圖之間的差，從而讓確定的第二角度偏差值更加精確。

在一個實施例中，在插值的過程中，可以通過亞像素邊緣定位方法對第一檢測圖和第一參考圖中工件的邊緣進行定位，并根據定位的邊緣進行插值。這樣，能夠提高檢測結果的精確度，使精確度達到亞像素級別。

在其他實施例中，在進行插值時，也可以采用其他插值算法，例如，可以用其他的亞像素取邊緣的計算方法進行替代，也可以采用非亞像素級別的插值方法。

此外，可選地，上述第一檢測圖和第一參考圖均為二值化處理后的圖像。也就是說，在旋轉、抽樣、相減等操作過程中，所采用的圖像都是二值圖，由于二值圖像已經排除了因為噪聲、光線等干擾因素對圖像質量所造成的不良影響，從而能夠提高檢測的精確度，同時二值圖的內容更加簡單，所以還能夠減少計算量。

圖2是根據本發明一個實施例的工件檢測方法的流程圖，其中示出了采用本發明的工件檢測方法對工件進行檢測的一種具體過程。

如圖2所示，其步驟如下：

參考圖標定過程：

對參考圖中工件目標個數進行識別，如果工件個數為1個，就取最小外接矩形，記錄工件面積、長寬、質心坐標以及工件原圖；如果工件數量大于或等于2個、或者為0，均進行報錯；例如，參見圖3，對于圖中所示的圓形工件，如果識別黑色區域的連通域個數為1，則記錄工件面積、長寬、質心坐標以及工件原圖。

檢測圖定位過程：

首先，對于檢測圖，識別工件個數；

接下來，進行二值化處理，得到二值圖(與圖3的形式類似，同樣是黑白圖)，并根據參考圖標定過程獲得的面積等參數，對定位目標進行匹配識別，如果兩者的面積、長度、寬度等差距在一定范圍內，則認為檢測圖與參考圖已經匹配；

之后，找到匹配工件(即，找到與檢測圖中工件對應的參考圖)并計算工件的質心坐標，與參考圖的質心坐標進行對比，獲得質心坐標的平移量；

比對過程：

首先，將檢測圖進行平移，使檢測圖和參考圖中工件的質心位于同一位置后，對檢測圖和檢測圖都進行抽樣；

之后，對抽樣后的檢測圖進行旋轉，每次旋轉1°，然后與抽樣后的參考圖進行相減，統計白點個數(差異像素點)；在旋轉過程中，隨著旋轉操作的不斷進行，檢測圖中工件與參考圖中工件之間的角度偏差越來越小，白點(差異像素點)的變化如圖4a至圖4c所示。具體而言，在圖4a中，檢測圖和參考圖之間的角度偏差較大，所以差異較大，體現在圖a中就是白點的數量較多；在圖4b中，檢測圖和參考圖的之間的角度差異正在變小，白點數量減少(即，白色區域面積變小)；在圖4c中，檢測圖和參考圖的角度差異在圖4b的基礎上進一步變小。最終，圖中應當幾乎看不到白點，白點的數量達到最少，此時，獲得當前的旋轉角度(即，獲得第一角度偏差值)；

然后，對參考圖和檢測圖進行插值，再次進行平移(使插值后的參考圖和檢測圖中工件的質心位于同一位置)和旋轉的計算，由于已經存在初步的定位結果(第一角度偏差值)，所以旋轉過程不用進行360°旋轉，只需要在原有定位基礎上進行，大量的節省了計算量；具體而言，在初步旋轉角度(第一角度偏差值)的±3°內旋轉插值后的檢測圖，每次旋轉的步長可以設置的比較小(小于1°)，在得到的白點最少時，記錄檢測圖的旋轉角度(第二角度偏差值)；

最后，輸出檢測圖與參考圖之間的平移量和旋轉量(第二角度偏差值)。

根據本發明的實施例，還提供了一種工件檢測裝置。

如圖5所示，根據本發明實施例的工件檢測裝置包括：

抽樣模塊51，用于對待檢測的工件的第一檢測圖進行抽樣，得到第二檢測圖，并對所述工件所對應的第一參考圖進行抽樣，得到第二參考圖，其中，所述第一檢測圖由對所述待檢測的工件進行拍照得到；

第一處理模塊52，用于以預定的第一角度對所述第二檢測圖進行多次旋轉，在每次旋轉后，將當前旋轉后的第二檢測圖與所述第二參考圖相減，得到差值，直至得到的差值為第一最小差值，將得到所述第一最小差值時對所述第二檢測圖旋轉的總角度確定為第一角度偏差值；

范圍確定模塊53，基于所述第一角度偏差值以及預定的角度誤差，得到旋轉角度范圍；

第二處理模塊54，用于在所述旋轉角度范圍內以第二角度對所述第一檢測圖進行多次旋轉，在每次旋轉后，將當前旋轉后的第一檢測圖與所述第一參考圖相減，得到差值，直至得到的差值為第二最小差值，并將得到所述第二最小差值時對所述第一檢測圖旋轉的總角度確定為第二角度偏差值。

此外，在一個實施例中，根據本發明的工件檢測裝置可以進一步包括：

尺寸比對模塊(未示出)，用于在所述抽樣模塊51對所述第一檢測圖和所述第一參考圖進行抽樣之前，確定所述第一檢測圖中工件的尺寸參數，將確定的所述尺寸參數與預先保存的多個參考圖中工件的尺寸參數進行比對；

圖像確定模塊(未示出)，用于將所述多個參考圖中工件的尺寸參數與所述第一檢測圖中工件的尺寸參數相匹配的參考圖確定為所述工件所對應的所述第一參考圖。

通過根據尺寸參數來確定與檢測圖中工件對應的參考圖，能夠保證相比對的檢測圖和參考圖中包含的工件為同種工件，避免因為將包含不同種工件的圖像進行比對而導致輸出無效結果的問題。

此外，在一個實施例中，根據本發明的工件檢測裝置可以進一步包括：

工件數量確定模塊(未示出)，用于在所述尺寸比對模塊確定所述第一檢測圖中所述工件的尺寸參數之前，確定所述第一檢測圖和所述多個參考圖中的每一個所包含的工件數量；并且，在所述第一檢測圖所包含的工件數量或所確定的所述參考圖所包含的工件數量為多個的情況下，通知其他模塊停止后續處理。

通過預先確定檢測圖和參考圖中所包含工件的數量，并在工件數量多于一個的情況下停止后續處理(包括抽樣、旋轉等)，能夠預先發現圖像中所包含工件的數量是否滿足要求，避免因為將包含多個工件的圖像進行后續的旋轉、比對等處理而造成處理出現錯誤的問題。

此外，在本發明的一個實施例中，所述尺寸比對模塊用于確定所述第一檢測圖中工件的最小外接矩形或最大內接矩形的尺寸參數，將該矩形的尺寸參數作為所述第一檢測圖中所述工件的尺寸參數；并且，所述尺寸比對模塊還用于將所述第一檢測圖中所述工件的最小外接矩形或最大內接矩形的尺寸參數、與所述多個檢測圖中所包含工件的最小外接矩形或最大內接矩形的尺寸參數進行比較。

通過最小外接矩形或最大內接矩形的尺寸參數來確定與檢測圖進行比較的參考圖，其處理方式簡單，處理效率較高。

此外，在本發明的一個實施例中，所述第一處理模塊52還用于在對所述第一檢測圖旋轉之前，基于所述第一檢測圖建立第一坐標系，并基于所述第一參考圖建立第二坐標系，所述第一檢測圖和所述第一參考圖與各自坐標系中原點的相對位置關系相同；所述第一處理模塊52進一步用于確定所述第一檢測圖中工件的質心在所述第一坐標系中的位置作為第一位置，并確定所述第一參考圖中工件的質心在所述第二坐標系中的位置作為第二位置；以及用于根據所述第一位置和所述第二位置之間的位置差確定平移量，并根據所述平移量對所述第一檢測圖進行平移，使所述第一檢測圖中工件的質心在第一坐標系中的第一位置與所述第一參考圖中工件的質心在第二坐標系中的第二位置相同；

并且，在對所述第一參考圖進行旋轉之前，所述第一處理模塊52根據所述平移量對所述第一檢測圖進行平移。

通過確定檢測圖和參考圖中工件的質心位置并對檢測圖進行平移，不僅能夠確定檢測圖中工件的位置是否存在偏差以及偏差的大小(平移量)，而且能夠讓后續的圖像旋轉和相減操作均基于質心處于相同位置的工件執行，從而讓圖像的相減結果更加準確地反應檢測圖與參考圖之間的角度差異。

此外，在本發明的一個實施例中，根據本發明的工件檢測裝置可以進一步包括：

質量檢測模塊(未示出)，用于根據所述平移量和/或所述第二角度偏差值，對所述第一檢測圖進行旋轉和平移，將經旋轉和/或平移后的第一檢測圖與所述第一參考圖進行比對，確定所述第一檢測圖中所述工件的質量；和/或

控制模塊(未示出)，用于根據所述平移量和/或所述第二角度偏差值控制工件拾取設備(例如，可以是機器手、吸盤等)，以拾取所述工件。

通過平移量和第二角度偏差值，能夠為后續對于工件表面、工件材質、工件外形等質量檢測提供幫助，而且還能夠為工件的拾取(例如，可以是夾持)和輸送提供有效的位置參照。

此外，在本發明的一個實施例中，所述第二處理模塊54還用于在對所述第一檢測圖進行多次旋轉之前，對所述第一檢測圖和所述第一參考圖進行插值。能夠更加準確地確定不同角度下第一檢測圖與第一參考圖之間的差，從而讓確定的第二角度偏差值更加精確。

可選地，所述第二處理模塊54通過亞像素邊緣定位方法對所述第一檢測圖和所述第一參考圖中工件的邊緣進行定位，并根據定位的邊緣進行插值。通過采用亞像素邊緣檢測方法進行插值，能夠提高檢測結果的精確度，使精確度達到亞像素級別。

可選地，上述第一角度大于上述第二角度。這樣，既能夠保證對抽樣后檢測圖進行旋轉的效率，還能夠保證對未抽樣的檢測圖進行旋轉的精度，從而在不影響角度偏差確定結果精確度的前提下，減少旋轉處理所需的計算量。

此外，可選地，上述第一檢測圖和所述第一參考圖均為二值化處理后的圖像。這樣，在后續進行抽樣、旋轉以及相減等操作時，所基于的圖像已經排除了因為噪聲、光線等干擾因素對圖像質量所造成的不良影響，從而提高了檢測的精確度。

綜上所述，借助于本發明的技術方案，能夠有效減少運算量，節省了處理時間，而且運算方法簡單，無需復雜的函數運算；不僅如此，本發明的方案適用于所有形狀的工件，不論工件的形狀是否復雜、特征和輪廓是否明顯，相減后的結果都能夠準確體現出兩個圖像之間的差異，而無需借助復雜的算法來描述工件的形狀以及確定兩個圖像是否匹配。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。