基于改进Zernike矩和均值漂移的插针位置检测方法.docx资源-CSDN文库

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电子接插件作为可分离式元件在电子系统中起着至关重要的作用

[1]

，是电子系统中信

号与功率的重要载体，必须对装配前的电子接插件进行严格的质量检测。视觉检测作为一

种非接触式的自动检测技术，具有高精度、高效率的优点，在汽车电子工业的自动检测领

域得到了广泛应用

[2]

。

接插件的插针图像是基于阵列椭圆的灰度图像，椭圆中心作为期望的金属插针的位置

特征点

[3]

，直接影响插针位置度的检测精度。目前，常用的圆形特征点定位方法包括灰度

质心法、Hough 变换法

[4]

、模板匹配法、边缘检测法

[5]

等像素级检测方法。Georgescu 等

[6]

使

用二阶 Riesz 分数导数推广了一些经典的边缘检测器，利用分数微分法的优势克服了

Robert、Prewitt 和 Sobel 等传统算子的缺点。传统的像素级检测方法已经难以适应如今工

业上高精度的检测要求。因此，针对亚像素边缘检测算法的研究被广泛关注。亚像素边缘

检测原理是通过对边缘附近的像素进行细分来实现精确的边缘定位。常用的亚像素边缘检

测方法有插值法、拟合法和矩方法。其中，插值法相对简单，但易受噪声的影响；拟合法

可以获得更好的边缘，但计算量相对较大，所需的模型也更加复杂；矩方法相比插值法和

拟合法具有较好的抗噪性和高效性，被广泛应用于高精度检测系统

[7]

。Tabatabai 等

[8]

采用三

阶灰度矩的边缘检测方法，实现了亚像素检测精度，该方法以闭合形式提供边缘位置，且

无需插值或迭代，不受加性和乘性灰度变化的影响。Lyvers 等

[9]

提出一种基于空间矩的方

法，利用空间矩和边缘阶跃参数确定边缘位置。虽然文献[8-9]的方法具有较高的精度，但

计算量太大，只适合信息量小的图像。Ghosal 等

[10]

提出一种基于 Zernike 正交矩的亚像素

定位算法，仅需 3 个 Zernike 矩便可获得边缘相关参数，能以较低的计算量获得较高的精

度，但该算法在判断边缘时需要通过人工调整来选择阈值，不仅效率低下，且容易误判，

严重影响检测的精度。Peng 等

[11]

提出一种新的基于边缘梯度方向插值和 Zernike 正交矩的

子像素边缘检测方法，大大提高了边缘检测的精度，在图像中存在复杂边缘时，避免了边

缘干扰。Liu 等

[12]

针对边缘检测的快速、高精度要求，提出一种快速亚像素边缘检测方

法，利用 Otsu 阈值进行背景分割，并使用 Zernike 矩计算边缘点的梯度方向。张晓林等

[13]

利用被测物的几何信息，只使用零阶矩实现了对边缘的亚像素定位，大幅减少了运算量。

Duan 等

[14]

提出了一种基于高斯积分模型的亚像素边缘检测算法。这些改进的检测算法主要

集中在亚像素边缘检测，却未保留传统像素级边缘检测的速度快和计算复杂度低的优点。

为此，提出一种基于改进的 Zernike 矩边缘检测方法，结合均值漂移以实现插针位置度的

亚像素检测。

1. Zernike 矩边缘检测原理

Zernike 矩是一种复正交矩阵，其核心是在极坐标空间中定义在单位圆(x

2

+y

2

=1)内的一

组由复多项式表示的完全正交基。图像 f(x, y)的 n 阶 m 次 Zernike 矩可定义为

Anm=(n+1)π∬x2+y2⩽1f(x,y)Vnm∗(ρ,θ)dx dy,

(1)

其中：V

nm

*

(ρ, θ)为积分核函数；m 和 n 为整数，且满足 n≥0，n≥m，n- m 为偶数。

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