CN101144703A - 一种基于多源图像融合的物体几何尺寸测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于多源图像融合的物体几何尺寸测量装置及方法，包括一个对被测物体的图像数据进行采集和增强处理的数据采集装置，一个对图像数据进行边缘粗定位及亚像素边缘检测，并采用数据拟合法对亚像素边缘进行拟合得到边缘间距的数据检测处理装置；一个将数据检测处理装置提取的测量对象数据进行融合的数据融合装置；本发明将单CCD传感器测量扩展到多CCD传感器测量，充分利用多传感器冗余信息并对其进行加权融合处理，得到多传感器融合估计结果，提高了测量结果的精度。

Description

一种基于多源图像融合的物体几何尺寸测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种物体几何尺寸的测量装置及方法，尤其涉及一种基于多源图像融合的物体几何尺寸测量装置及方法。

背景技术

传统的CCD图像测量方法具有非接触、全视场、成本低等特点，因此图像测量技术成为测量技术中一个较新的分支并已被广泛应用于物体几何尺寸的在线检测及高精度、高速度的测量技术领域。单传感器测量系统由光学系统、CCD摄像机、图像采集卡、计算机等组成。光学系统对被测物体进行光学成像后在CCD摄像机感光面上实现光信号到电信号的转换，经由采集卡实现模拟信号到数字信号的转换，然后在计算机上对采集到的数字图像信号进行相应的算法处理，得到被测物体的尺寸参数。但是，由于受到CCD传感器的精度限制，该方法所达到的测量精度十分有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够提高测量精度的基于多源图像融合的物体几何尺寸测量装置及方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括一个对被测物体的图像数据进行采集和增强处理的数据采集装置；一个对数据采集装置输入的数据进行边缘粗定位及亚像素边缘检测，并采用数据拟合法对亚像素边缘进行拟合得到边缘间距的数据检测处理装置；一个将数据检测处理装置提取的测量对象数据进行处理并融合的数据融合装置；该数据采集装置包括若干个分布在被测物体周围的CCD传感器，该CCD传感器与数据检测处理装置相连，数据融合装置对各个传感器获得的数据进行加权融合得到被测物体的几何参数。

本发明的多源图像融合的物体几何尺寸测量方法为：

1)系统标定：首先根据需要在被测物体周围等间隔分布若干个CCD传感器，各CCD传感器对一个已知几何参数物体的尺寸进行测量，获取物像之间的倍率关系，得到单位像素所代表的实际尺寸；

2)分别由单个CCD传感器获取被测对象的局部图像数据；

3)分别将单个CCD传感器采集到的图像数据进行降噪和增强处理，获得若干个噪声相对较小的图像数据并将这若干个图像数据输入数据检测处理装置；

4)数据检测处理装置采用图像边缘检测方法与亚像素边缘检测算法对各个图像的边缘进行精确定位，使各个图像的边缘定位在亚像素精度并将该定位后的图像输入数据融合装置；

5)数据融合装置将各个边缘精确定位后的图像采用曲线拟合法计算出边缘间的像素数，即边界间的光敏像元个数，然后根据物像倍率 $D=\frac{m\×\mathrm{\ΔN}}{\mathrm{\λ}}$ 计算单CCD传感器上得到物体的几何尺寸；其中，D为被测物体的几何参数，m为CCD传感器单位光敏像元的几何尺寸，ΔN为被测物体边缘间的光敏像元个数，λ为光学系统对被测物体的缩放倍率；

6)对各个单CCD传感器分别得到的被测物体几何尺寸数据采用信息融合即数据加权融合算法得到被测物体的几何尺寸。

本发明的图像边缘检测方法采用sobel算子，在两个方向上确定边缘的梯度图，之后采用一阶微分对边缘图像进行亚像素定位，即通过较粗的轮廓上像素亮度值之间的相关性来精确地得到图像的边缘位置。

本发明结合传统图像测量技术非接触、成本低的优点与多源数据融合方法精度高的优点，将单CCD传感器测量扩展到多CCD传感器测量，充分利用多传感器冗余信息并对其进行加权融合处理，得到多传感器融合估计结果，提高了测量结果的精度。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明包括一个对被测物体的图像数据进行采集和增强处理以提高图像数据利用率的数据采集装置1；一个对数据采集装置1输入的数据进行边缘粗定位及亚像素边缘检测，并采用数据拟合法对亚像素边缘进行拟合得到边缘间距的数据检测处理装置2；一个将数据检测处理装置2提取的测量对象数据进行融合的数据融合装置3；该数据采集装置1包括若干个分布在被测物体周围的CCD传感器4，根据需要确定传感器的数量及传感器之间的距离分布，该CCD传感器4与数据检测处理装置2相连，数据融合装置3对各个CCD传感器4获得的数据进行加权融合得到被测物体的几何参数。

CCD传感器4是通过由光学系统对被测物体的几何尺寸以一定的、准确的倍率成像于CCD传感器4的光敏面上，对CCD传感器4输出的图像进行A/D转换，然后输入数据检测处理装置2进行处理以实现测量，因此测量前应对系统进行标定，即利用一个已知尺寸的物体进行处理得到系统物像之间的倍率关系。计算公式为： $D=\frac{m\×\mathrm{\ΔN}}{\mathrm{\λ}}.$ 其中，D为被测物体的几何参数，m为CCD单位光敏像元的几何尺寸，ΔN为被测物体边缘间的光敏像元个数，λ为光学系统对被测物体的缩放倍率。

参见图1，本发明的测量方法如下：

1)系统标定：首先根据需要在被测物体周围分布若干个CCD传感器4，各CCD传感器4对一个已知几何参数物体的尺寸进行测量，获取物像之间的倍率关系，得到单位像素所代表的实际尺寸；

2)分别由单个CCD传感器4获取被测对象的局部图像数据；

3)分别将单个CCD传感器4采集到的图像数据进行降噪和增强处理，获得若干个噪声相对较小的图像数据并将这若干个图像数据输入数据检测处理装置2；

4)数据检测处理装置2采用图像边缘检测方法与亚像素边缘检测算法对各个图像的边缘进行精确定位，使各个图像的边缘定位在亚像素精度并将该定位后的图像输入数据融合装置3，图像边缘检测方法采用sobel算子，在两个方向上确定边缘的梯度图，之后采用一阶微分期望方法对边缘图像进行亚像素定位，即通过较粗的轮廓上像素亮度值之间的相关性来精确地得到图像的边缘位置；

5)数据融合装置3将各个边缘精确定位后的图像采用曲线拟合法计算出边缘间的像素数，即边界间的光敏像元个数，然后根据物像倍率 $D=\frac{m\×\mathrm{\ΔN}}{\mathrm{\λ}}$ 计算单CCD传感器4上得到物体的几何尺寸；其中，D为被测物体的几何参数，m为CCD传感器4单位光敏像元的几何尺寸，ΔN为被测物体边缘间的光敏像元个数，λ为光学系统对被测物体的缩放倍率；

6)对各个单CCD传感器4分别得到的被测物体几何尺寸数据采用信息融合即数据加权融合算法得到被测物体的几何尺寸，经测量管理系统后

由决策输出。

本发明可以在非接触环境中综合利用图像处理技术与多传感器融合估计技术，对物体的几何参数进行测量。与传统方法相比，该方法可以综合利用多传感器冗余信息，运算简便，并在一定程度上提高了测量数据的精度和准确度。

例1，采用10个CCD传感器分别对棒状物体的直径进行测量，仿真测量过程如下：

将采集到的图像分别经过处理之后即可得到物体的边缘的间距，之后根据系统标定可以确定出物体的尺寸。之后对多传感器的多源信息采用多源数据加权融合算法进行融合，得到多传感器融合测量结果。

对直径为7.1 3的棒状物体的直径参数进行测量，得到的测量结果如表1所示。

表1传感器测量数据

传感器	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	均值
												测量值(mm)	7.12	7.13	7.24	7.10	7.02	7.01	7.19	7.02	7.19	7.45	7.147

采用数据加权融合算法中的切尾加权融合算法对获得的数据进行处理，取不同的切尾率α对数据融合，分别得出其融合估计值，如表2所示。

表2多传感器测量融合估计值

切尾率α	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25	0.3	0.35	0.4	0.45
										融合值(mm)	7.1378	7.1262	7.1257	7.1250	7.1290	7.1350	7.1317	7.1250	7.1250

Claims (3)

1.一种基于多源图像融合的物体几何尺寸测量装置，其特征在于：

包括一个对被测物体的图像数据进行采集和增强处理的数据采集装置(1)；

一个对数据采集装置(1)输入的数据进行边缘粗定位及亚像素边缘检测，并采用数据拟合法对亚像素边缘进行拟合得到边缘间距的数据检测处理装置(2)；

一个将数据检测处理装置(2)提取的测量对象数据进行处理并融合的数据融合装置(3)；

该数据采集装置(1)包括若干个分布在被测物体周围的CCD传感器(4)，该CCD传感器(4)与数据检测处理装置(2)相连，数据融合装置(3)对各个传感器(1)获得的数据进行加权融合得到被测物体的几何参数。

2.一种基于权利要求1所述的装置的多源图像融合的物体几何尺寸测量方法，其特征在于：

1)系统标定：首先根据需要在被测物体周围等间隔分布若干个CCD传感器(4)，各CCD传感器(4)对一个已知几何参数物体的尺寸进行测量，获取物像之间的倍率关系，得到单位像素所代表的实际尺寸；

2)分别由单个CCD传感器(4)获取被测对象的局部图像数据；

3)分别将单个CCD传感器(4)采集到的图像数据进行降噪和增强处理，获得若干个噪声相对较小的图像数据并将这若干个图像数据输入数据检测处理装置(2)；

4)数据检测处理装置(2)采用图像边缘检测方法与亚像素边缘检测算法对各个图像的边缘进行精确定位，使各个图像的边缘定位在亚像素精度并将该定位后的图像输入数据融合装置(3)；

5)数据融合装置(3)将各个边缘精确定位后的图像采用曲线拟合法计算出边缘间的像素数，即边界间的光敏像元个数，然后根据物像倍率 $D=\frac{m\×\mathrm{\ΔN}}{\mathrm{\λ}}$ 计算单CCD传感器(4)上得到物体的几何尺寸；其中，D为被测物体的几何参数，m为CCD传感器(4)单位光敏像元的几何尺寸，ΔN为被测物体边缘间的光敏像元个数，λ为光学系统对被测物体的缩放倍率；

6)对各个单CCD传感器(4)分别得到的被测物体几何尺寸数据采用信息融合即数据加权融合算法得到被测物体的几何尺寸。

3.根据权利要求2所述的基于多源图像融合的物体几何尺寸测量装置及方法，其特征在于：所说的图像边缘检测方法采用sobel算子，在两个方向上确定边缘的梯度图，之后采用一阶微分对边缘图像进行亚像素定位，即通过较粗的轮廓上像素亮度值之间的相关性来精确地得到图像的边缘位置。

Images