基于车辆局部特征的车型识别系统设计及应用

摘要：随着新车型不断上线生产，车型识别对于汽车生产企业来说越来越重要。一方面，车型识别可以有效区分车辆类型，实现设备的有序切换;另一方面，在汽车生产装配过程中，可大大降低装配工人的车型识别筛选难度。现针对复杂输送生产线上不能准确有效识别出运动中的车型的问题，结合视觉系统优点，以车辆的局部特征作为车型识别的依据，设计了一种车型识别系统，可实现在运动的生产线上精确检测车型的目的。

关键词：车型识别;视觉系统;PLC控制

0 引言

在汽车生产过程中，车型识别是其中一个关键环节。传统的车型识别方法应用的是典型的光电开关识别技术和车身条码识别技术。光电开关识别技术原理是利用激光和红外线对各车型的不同外部特征进行检测、识别，通过判断某些车体部位的有无，进行数据组合分析，有效识别车型。该方法简单、直观，对于外观差别较大的车辆来说，识别准确度较高，但是对于外观相近的车型，在实际应用过程中存在车型相近无法识别的困扰。此外，激光和红外线容易受周围环境影响、干扰，从而出现误识别和识别不出的问题，无法适应汽车生产线的柔性生产模式。车身条码识别技术，能直接读出条码中的车型信息，不易受环境变化影响，具有高效、便捷、稳定的特点。但在汽车装配过程中，随着零配件的不断装配，难以避免地出现车身条码被遮挡的情况，所以该方法易受到复杂工序的影响。

笔者将在计算机视觉识别的基础上，将其用于识别车辆的局部特征，从而实现实时、高效地识别车型，开发出具有高性能、低成本优势的车型识别系统。

1 系统整体功能设计

车型识别系统主要由视觉识别和PLC控制两部分构成。视觉识别部分主要包括相机、图像处理控制器、服务器、照明、存储和显示屏，支持数字化和模拟化输出;PLC控制部分主要包括控制器、电源模块和I/O模块，可以稳定采集、处理和发送数据。相机拍照采集车体后车窗轮廓，经过图像处理控制器转化成数字信号，输出到PLC，同时在PC机中输出结果。

2 硬件部分

2.1    视觉识别硬件部分

视觉识别的硬件主要是利用相机识别的图像装置，主要由照明、透镜、相机、视觉高速控制器、PC机和LCD屏组成，如图1所示。增加照明主要是为了消除环境光对照明条件的影响，检测部位允许在相機视野范围内偏移±10%，适用于停止位置不是很精准的汽车生产线。

2.2    PLC控制硬件部分

PLC控制硬件部分主要由220 V电源模块和I/O模块组成。220 V电源模块为视觉高速控制器供电，I/O模块接收来自视觉高速控制器输出的数字信号，用于控制下一个动作逻辑。

PLC柜内信号有两种：一种是接收视觉高速控制器给出的车型数字信号，另一种是发出视觉拍照的开始信号，这些信号均为硬接线信号，受网络影响小，有利于增强系统稳定性。

3 软件设计

在视觉软件上将图像图案设置为模型，具体为在流程编辑中选择需要的功能块，并对功能块重命名，便于后续操作。模型建立主要有以下3个流程：

（1）通过“测量前处理”模块，抽取图像边缘，凸显车窗轮廓线条。

（2）通过“形状搜索”模块，将“测量前处理”凸显的轮廓进行模型设置，之后将模型和输入的图片轮廓进行对比判定。

（3）通过“并行数据输出”模块，将“形状搜索”判定车型结果转换成I/O信号输出到主线PLC。

并行数据输出是每个车型对应一个串行信号，本文使用的是“形状搜索”的JG判定，共可判定7种车型，经过处理器处理和转换后，得到I/O并行输出信号，从而传给机运控制系统。视觉拍照收到PLC_Do上升沿信号，开始一次自动拍照操作，视觉拍照一次，进行一次Do输出，并保持输出。当下一次拍照信号来临时，则根据识别的车型，视觉拍照进行Do切换输出，如下一次车型为车型2，则Do1输出为1，其他Do均为0;若前后两次车型均为车型1，则一直保持Do0输出为1，其他Do均为0，车型识别逻辑如图2所示。

当PLC系统中跟视觉输出相关的I/O信号得到高电平，则开始读出车型信息并存储，所有检测出的车型信息和未检测出的车型信息不仅在PLC系统有记录存储功能，在PC机上也能实时记录，生产管理人员可以在任何时刻调出车型信息进行相关的生产分析，同时还可作为设备维修人员分析故障的手段。

4 应用成果

为更好地提取车型特征，本文把相机安装在车体的后车窗侧面位置，通过侧面实时拍摄汽车生产线上的车辆，具有如下几个方面的好处：

（1）与相机安装在车体正前方相比，相机安装在车体的后车窗位置可以很好地消除汽车生产线环境的限制，如生产线旁有物料、厂房柱时，安装相机的空间有限;

（2）与相机安装在车体正前方相比，侧面有更多准确的车型识别信息，如车窗、车高、车轮、车长等，而正面只能得到大概的车高、车宽信息，对于柔性生产线来说，这些信息不是车型识别的决定性因素;

（3）如果识别车辆整体轮廓，成本投入大，且没有侧面识别来得简便、精准。所以，本文所讨论的视频图片均是基于侧面拍摄的结果。

本文车型识别方法是在汽车生产线的侧面安装相机，当到达一个合适的位置后进行车体后车窗图像采集。该方法可以较精准地识别车型，可完全替代光电开关，完全满足生产需求。

5 结语

本文设计了一种基于车辆局部特征的车型识别系统，该系统在充分发挥图像处理优势的基础上，识别流动生产线上的车型，系统应用简便、快速，完全能满足汽车生产需求。

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收稿日期：2020-05-07

作者简介：吴慧岚（1984—），女，广西桂林人，工程师，研究方向：工业控制。