基於多攝影機合成之皮革瑕疵標記系統.pdfVIP

1 基於多攝影機合成之皮革瑕疵標記系統 何昭慶 國立雲林科技大學 HoChao@.tw 李政樵 國立雲林科技大學 xk4771127@ 摘要 動物皮革的應用是人造皮革無法取代的，然而動物皮革會出現一些天然的瑕疵，在即時分類大型 皮革瑕疵上，需要高解析度與大視角的影像，因為瑕疵面積相對於皮革面積比例是很小，將多個 攝影機影像縫合成一個合併影像，在合併的影像中邊界合併為較難處理的部分，因此透過攝影機 投影幾何關係作為處理。隨著機器視覺的進步，藉由機器視覺的輔助跟一些硬體設備，可以擷取 到影像檔案加以應用，並將數據存成 AutoCAD 格式，利用二維排版將所分類好的區域進行零件 排列，本論文在量測2800 mm × 1800 mm 的校正版平均誤差與標準差分別為 0.37 mm、0.41， 在量測2700 mm × 1300 mm的皮革上的平均誤差與標準差分別為 1.34 mm、0.65。 關鍵字：機器視覺、皮革瑕疵分類、多攝影機拼接 壹、前言 隨著科技不斷的進步、消費市場競爭激烈，從製造業者到原物料業者無不致力於投入自動化生產設備、 以減低人力的開銷，日常生活用品上天然皮革的耐用度與一些特性是人造皮革所無法取代的，但動物 皮革上往往會有許多天然的瑕疵，而這些瑕疵需要經過訓練有素的檢驗員逐一挑出並加以分類，因此 皮革業界產品瑕疵的檢測技術[1-5]仍難自動化；以人工檢驗而言，速度慢、成本高。如果採用機器視 覺輔助檢測，雖然現代電腦運算處理速度十分驚人，但是大尺寸的皮革透過單攝影機，會有解析度不 夠的問題，為了避免此狀況的發生，本論文提出利用多攝影機擷取影像對個別攝影機做畸變校正，將 四個攝影機的影像分別做手動與自動疊合，並探討疊合後投影誤差，利用疊合後的影像作為數位輔助 皮革影像處理的基礎，輔助操作員進行皮革分類，並將皮革分類後的數據轉換成繪圖軟體 AutoCAD 可以存取的 DXF 檔案，可方便後續的排版軟體使用，並進行皮革切割加工來使用。 貳、研究方法 本研究使用四台攝影機做為影像處理的輸入源，並做過攝影機校正，由於人為的安裝誤差會造成影像 座標不一致造成物體的影像有重複讀取的區域，為了避免此現象故使用Homography矩陣做為調整， 皮革分類工作台如圖 1 所示為長度 3 公尺、寬度 2 公尺、高度為 1.5 公尺，攝影機擺放位置如圖 2 所示，其中??LT 為左上角攝影機、??RT為右上角攝影機、??LB為左下角攝影機、??RB為右下角攝影機， 而各攝影機座標系不平行如圖 3 所示。Homography 矩陣是幾何中的一個概念，被定義為從一個平 面到另一個平面的投影變換也是二維平面之間的對應關係，透過平面對平面的對應關係，找到原始影 像與投影影像點的實際位置及相對位置。如圖 4 所示將物體平面的四個點 ???、???、???、???，透過齊次 矩陣映射到影像平面的點 ???、???、???、???，如方程式(1)、(2)所示分別為世界座標齊次矩陣 ??? 與影像座 標齊次矩陣 ???，M 為攝影機內部參數，攝影機外部參數因為使用齊次座標，因此可組成一個單一矩陣 ??，?? 跟 ?? 分別為旋轉矩陣與平移矩陣如方程式(3)所示，整理後可將轉換矩陣表示成方程式(4)，由 於我們討論是平面的座標因此我們可以假設 ?? = 0帶入方程式(5)，可忽略旋轉矩陣的一個向量，將方 程式(5)簡化成方程式(6)所示的 ?? 矩陣，並帶回方程式(4)可將轉換矩陣整理成方程式(7)，其中 s 為 一個尺度變換比例 、?? 為 Homography 矩陣。 2 3 m 2 m 皮革 教導棒 桌上型電腦 1.5 m 圖 1：架構實體圖 1.2 m 0.5 m 1 m LTC LBC RBC RTC 圖 2：攝影機擺放位置 3 LTx LTy RTx RTy RBx RBy LBx LBy 圖 3：影像平面示意圖 ??? = [ ?? ?? ?? 1 ]?? ??? = [ ?? ?? 1 ]?? ?? = [ ?? ?? ] (1) (2) (3) ??? = ?????????，其中 0 0 0 0 1 x x y y f c M f c ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? (4) [ ?? ?? 1 ] = ????[??1 ??2 ??3 ??] [ ?? ?? ?? 1 ] = ????[??1 ??2 ??] [ ?? ?? 1 ] (5) ?? = ????[ ??1 ??2 ?? ] = [ ?11 ?12 ?13 ?21 ?22 ?23 ?31 ?32 ?33 ] (6)