基于机器视觉的尺寸测量方法研究

２ 系统 标 定
目前 ，国内外基 于机 器视 觉 的零 件尺 寸测量 多数
由机 器视 觉系统 所采 集到 的数 字图像 记 录了 目标 对 象之 间的尺 寸关 系 ，但这 种 尺寸关 系是 以像 素为单
采 用 Ｃ Ｄ摄 像 头作 为 图像 传 感 器 ，主 要 是 因 为其 能 Ｃ 获 得 比较 高 的精 度 ，但 其 成 本 较 高 ，一 般 为 同精 度 Ｃ ＭＯ Ｓ的 ４倍 ～ ５倍 。随 着 Ｃ ＭＯＳ传 感 器 的高 像 素
圆 弧尺 寸 的测 量 论 证 了低 成 本 ＣＭＯＳ镜 头用 于尺 寸 测 量 的 可 行 性 。 关 键 词 ：机 器 视 觉 ； 图像 处 理 ；边 缘检 测 ；尺 寸 测 量 中 图 分 类 号 ：Ｔ ８： ３ １ ７ Ｇ ＴＰ ９ ． ６ 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
像 ，并保 存到本 地计 算 机上 。
＊ 家 自然科 学 基金 资助 项 目 （０ ７ １ １ ｝国 ５９５９） 收 稿 日期 ；２ １— ００ ，修 回 日期 ：２ １ 一０ ２ ０ １１ －８ ０ Ｉ １— ８
来 表示 ，因而 理论 上 可 以包 含 ２‘ 不 同 的颜 色 ，能 。种
由摄 像 头 拍 摄 得 到 的 图像 格 式 为 ３ ２位 Ｒ ＧＢ图 像 ，分 别用 红 （ 、绿 （ 、蓝 （ ） 三 原 色 的 组 Ｒ） Ｇ） Ｂ 合来 表示 每个 像素 的颜色 ，每 个颜 色用 ８位 即 ２ ６ ５ 级
像 头 时借 助矩 尺来 调 整 摄像 头 与 工 作 台之 间 的夹 角 ， 使 它 们保 持较 高 的垂直 度 。系统设 置 完成 之后 ，由摄 像 头 完成 对 试 件 图像 的 采集 ，直 接 得 到 数 字 化 的 图
化 发展 ，使 得 利用 Ｃ ＭＯ Ｓ传 感 器 也 可 以 获得 高 精 度 的图像 ，因此本 文 以普 通 家 用 Ｃ ＭＯ Ｓ数 码 摄 像 头 为 图像 传感 器 ，以 美 国 ＮＩ 司 的 Ｖｉｉｎ Ａｓｉｔｎ 公 ｓ ｓｓａ ｔ软 ｏ 件 为 图像处理 软 件 ，图像存 储 以及 处理 在计 算机上 进 行 ，搭 建 了一个 简易 的机 器视 觉 系统 ，目的在于 检测 低 成本 Ｃ ＭＯ Ｓ摄 像 头 用 于 尺 寸 测 量 的 可 行性 ， 同时 为 自动测量 系统 的设计 提供 参 考 。
之 间的距离 将像 素间 的位置 关 系转换 到 了现 实世 界 中
两点 之间 的距离 。这一 过程 也可 以表述 为 ：已知现 实 世 界 中 Ａ、Ｂ两 点之 间距 离 为 Ｌ，图像 中 Ａ、Ｂ两 点 之 间距 离为 Ｍ ，则 由此 可得 ｋ ／ ，ｋ称 为像素 当 ＝Ｌ Ｍ 量 ，代 表 图像 中每 个像 素相 当于 实际 中 的 ｋ个单位 长 度 。这样 ，通 过 志就 可实现 图像尺 寸 与实际 尺寸之 间 的转换 本 文 以钢 尺上 的刻 度为参 考 点进行 了相应 的 标 定 ，标 定结 果如 图 ２ 示 。 所
够再 现 图像 的真实色 彩 。但 是 工件 尺寸 的图像测 量关 注 于工件 图像 的边缘 特征 ，这 些特征 可 以 由图像灰度
作 者 简 介 ｔ郭 超 （ ９ ６）男 ， 西 吕梁 人 ， 读 硕 士研 究 生 ， 要 从 事 机 器 视 觉 方 面 的 研 究 。 １ ８ 一， 山 在 主
Ｃ ｌ ｒ ｔ ｎ Ｕｓｎ ｓ ｒ Ｄｅｉｅ ｉ ｔ ａｉ ａｉ ｉｇ Ｕ ｅ － ｂ ｏ ｆｎ ｄＰｏｎ ｓ和 Ｇｒ ｌ ｉ Ｃａｉ ｄ —
ｂａｉｎ ｒｔ 。本 文 采 用 ＳｍｐｅＣ ｌ ｒｔ ｎ ｏ ｉ ｌ ａ ｂａｉ ，该 标 定 方 法 ｉ ｏ 视 为镜头 与 目标 所在 平面垂 直 ，并且 不考 虑镜 头的非 线 性 失真 ，通过标 定处 于 同一水平 或 者垂直 线上 两点
第ｌ 期 （ 第 １０期 ） 总 ７
２ ２年 ２月 ０１
机 械 工 程 与 自 动 化
Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭ Ａ ｌ） ｒ （Ｎ
Hale Waihona Puke Baidu
Ｎ０．１
Ｆ ｂ ｅ．
文 章 编 号 ：６ ２ ６ ｌ （Ｏ ２ ０ 一０ ５０ １ ７－ ４ ３ ２ １ ） ｌ０ １— ３
基 于 机 器 视 觉 的尺 寸测 量 方 法研 究米
郭 超 ，马 麟
（ 原理 工 大 学 ， 山 西 太 原 太 ００２） ３０ ４
摘 要 ：用 Ｃ Ｓ摄 像 头 搭 建 了简 易 的机 器 视 觉 系统 ，利 用 ＮＩ ｉ ｏ ｓｉ ａｔ 件 实 现 了对 试 件 线 性 尺 寸 和 ＭＯ ｓ ｎＡ ｓ ｔｎ 软 Ｖ ｉ ｓ
３ 图像 预 处 理
本文搭 建 的机 器 视觉 系统 示 意 图如 图 １所 示 。数 码摄像 头感光元 件为 Ｃ ＭＯＳ元 件 ，借 助其 内部 电路 直 接将采 集到 的代 表像 素 的 电荷 转换 为 能被计 算 机识 别 的数字信 号 ，省 略了应 用 Ｃ Ｄ镜 头时需借 助 图像 采集 Ｃ 卡进行 Ａ／ Ｄ转换 的步骤 ，成本上具 有绝对 的优势 。 根据 光学 系统 的成 像原理 ， 当镜 头轴 线 与待测 物 体所 在平 面 不 垂 直 时 ，将 使 拍 摄 的 图 像 产 生 透 视 误 差 ，这将 对后 面 工 件 尺 寸 的 定 量 分 析 产 生 较 大 的 影 响 。为 了减少 这种 误差 对分 析结 果 的影 响 ，在 安装 摄
１ 机 器 视 觉 系 统 设 置
位 的 ，要 获得 目标 的具体 几何 尺寸 ，必须 建立 起 图像
中像 素点位 置关 系和 现实 世界 中各点 位置关 系的对应 关 系 ，这 一 过 程 称 为 系 统 的标 定 。Ｖｉｏ ｓｓａ ｔ ｓ ｎ Ａｓｉ ｎ ｉ ｔ 软件 提 供 了 ３种 标 定 方 法 ， 即 ＳｍｐｅＣ ｌ ｒｔ ｎ ｉ ｌ ａｉ ａｉ 、 ｂ ｏ