CN102778196A - 一种基于激光标定的图像尺寸测量方法 - Google Patents

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徐熙平
李红伟
张宁
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Abstract

本发明公开一种激光标定方法来实现对待测件尺寸的非接触测量，特别涉及工业流水线产品尺寸的在线测量。其方案如下：把两个激光器夹持在支架上，并使它们发出的光线平行，标定好两个激光器之间的距离；激光光线发射到待测工件上形成两个光斑，然后用CCD获取待测件的图像；通过matlab中的图像处理算法提取出图像中两个光斑之间的像素个数和待测物体外形尺寸像素个数；已知图像中两个光斑之间的实际距离，求出比例因子，进而求出待测件的外形尺寸参数。本发明提供的测量方法不需要标定一个标准量块，CCD与待测件之间的距离和位置关系也没有严格的限定，现场安装方便，适用于工业流水线的在线测量中。

Description

一种基于激光标定的图像尺寸测量方法
技术领域
本发明涉及计算机视觉在线检测领域，尤其是利用一种激光标定的方法实现流水线产品尺寸在线检测。
背景技术
在工业生产的流水线上，需要测量生产产品的尺寸参数是否达标，例如模具、一些机械零部件的尺寸。在实际的工厂生产中，对生产产品的测量仍然停留在接触式测量水平上(主要指千分尺、游标卡尺、卡规法)，这种传统测量方法具有主观性，费时费力、测量的精度不高。
近年来随着计算机技术和数字图像处理技术的发展，开始借助于计算机视觉技术对图像进行测量。在这类方法中比较典型的测量方法是标定标准量块然后对所获得的图像进行图像测量法，这种方法相对于传统的测量方法能实现非接触测量，但是对待测件的测量属于离线检测，需要把生产产品固定到标准夹具上面，不便于对工业生产中流水线上产品的尺寸检测。另外还有一种标定方法是标准网格平面标定法，该方法的缺点也是不便应用于流水线产品尺寸检测，而且标定起来比较繁琐麻烦。实际的工业产品检测中急需一种能够在线检测的系统，新系统的标定方法应能够实现非接触高精度的测量，并能够满足工业环境的使用要求。
发明内容
本发明要解决的技术难题是克服上述现有的技术缺点，提出一种新的激光标定方法来实现对待测工件的非接触式测量。本发明的结构包括带有标尺的激光器标定支架、两个激光器、CCD成像器件，测量的过程中需要把激光器夹持在支架上面，调整支架使激光器发射的光线平行。
本发明采用的技术方案是：标定两个激光器之间的距离，让激光器发射的平行光发射到待测工件上，用CCD获取包含激光光斑和待测件的图像，利用matlab图像处理算法获得两个光斑中心之间的像素个数和待测工件外形参数所占的像素数，求的比例因子，再利用已知光斑中心点之间的时间距离，可以计算出待测工件的外形尺寸。
本发明提供的方法不需要保证被测工件与CCD平面之间平行，也不需要激光平面与待测工件垂直，能够实现流水线在线尺寸测量，而且具有测量精度高、简便的优点，使基于视觉的测量方法走向实用。
附图说明
图1是激光器以及标定支架结构图；
图2是本测量方法的流程图；
图3是整个测量的场景图。
图中1.激光器 2.夹持工具 3.带有标尺的导轨 4.底座 5.待测件 6.激光光斑 7.CCD相机 8.主机 9.显示器
发明的具体实施方式
本发明采用一新的激光标定方法对待测工件5进行测量，该标定方法需要两个激光器2和两个激光器夹持工具2，把激光器1安装于夹持工具2上，调整激光器1以使两个激光器1发射的光线平行，调节激光器使发射的光线平行的过程至关重要，决定着后续测量的精度。
该方法能够灵活的应用于各种生产场合，不需要待测工件脱离工作环境，可以把测量系统安装于流水线上实现流水线产品参数的在线测量，有利于提高整个测量过程的自动化过程。对于一个待测工件，该方法主要包括激光器1的标定、获得图片、图像处理、测量等步骤组成，如图2所示，各个步骤的具体说明如下：
1.激光器1的标定
对测量系统的激光标定装置进行参数标定，用标尺标定出的两个激光器1之间的距离，并使激光器1发出的光线平行。在本实例中待测物5是一个边长为465×137.31mm的长方形，所以我们可以把激光器1的距离调整为300mm到400mm，在本实例中我们调整激光器1之间的距离为为l为350mm，这个距离能够保证比较高的精确度。如果待测物件5较小则应该调整激光器1之间的距离小于待测5工件尺寸，具体距离多少要根据待测件的尺寸大小做出决定，这样调整的目的是在用matlab进行图像处理的的时候尽量减小比例因子K的误差。在本实例中待测件与激光器之间的距离为2000mm。
2.获得图片将激光器1发射的两束平行光投射到待测工件5上，然后用焦距为12mm、光圈为1/3的CCD相机7拍摄含有激光光斑6和待测工件5的二维图像，借助于labview的图像采集卡1411把拍摄的模拟图像转换为数字图像传输到电脑上。
3.图像处理
通过人机交互式的方法从图像中提取出待测工件5和激光光斑6的信息。首先用matlab的小波降噪函数把图像中的噪声滤除掉，然后利用RGB2GRAY函数把获得的RGB图像转换成灰度图像，利用edge函数基于sobel算子的的边缘检测功能，把敏感度阈值设置为0.06，便提取出待测工件5和激光光斑6的边缘信息，选择sobel算子的原因是sobel算子具有平滑的功能，且对灰度渐变和噪声较多的图像处理较好。虽然sobel算子边缘定位效果不错，但检测出的边缘容易出现多像素宽度，所以要借助于细化算法来提取区域骨架。
4.测量
利用Matlab中的ginput函数能够精确的选择我们所需要的位置。其调用形式为[x，y]＝ginput(m)，利用这个函数可以从当前的坐标系中读取m个点，并返回这m个点的坐标值，在本测量方案中，由于我们只需要两个点的坐标，所以m值设置为2。首先我们提取两个激光光斑的中心点坐标，由于不能准确的用鼠标提取出光斑中心和边缘点坐标，所以必须用拟合算法和边缘算法，在鼠标点击点的附近拟合出光斑的中心点坐标和待测件边缘坐标。获取的光斑中心点像素坐标为(x1，y1)和(x2，y2)，边缘点像素坐标(x3，y3)和(x4，y4)。
假设提取出的两个激光光斑中心之间的像素个数为N，待测件两个边缘点之间的像素个数为n，已知标定激光光斑6的实际距离为L，可以计算出待测件5两个边缘参数之间的实际尺寸把获得的像素个数信息和标定激光光斑之间的尺寸信息代入上面式子的
Figure BSA00000491864400022
第一个光斑中心点像素坐标为(62，75)，第二个光斑的中心点像素坐标为(242，85)，第一个边缘点像素的坐标为(31，73)第二个边缘点像素的坐标为(270，86)，经过计算可得到待测件的实际长度为464mm。宽度方向第一个边缘点像素坐标为(31，73)，第二个边缘点像素坐标为(270，86)经过计算可以得到待测件的宽度为137.4mm。

Claims (7)

1.一种基于激光标定的图像尺寸测量方法，其特征在于使用两个激光器对待测件进行标定。
2.根据权利要求1所述的基于激光标定的图像测量方法，其特征在于两个激光器之间的距离是可以调节的，根据测量工件的尺寸调节激光器之间的距离。
3.根据权利要求2所述的基于激光标定的图像测量方法，其特征在于用两个激光器支架固定激光器。
4.根据权利要求3所述的基于激光标定的图像测量方法，其特征在于固定激光器支架的导轨上面带有标尺。
5.根据权利要求4所述的基于激光标定的图像测量方法，其特征在于利用NI的1411图像采集卡进行图像采集。
6.根据权利要求5所述的基于激光标定的图像测量方法，其特征在于使用labview调用matlab脚本的方法进行图像处理。
7.根据权利要求6所述的基于激光标定的图像测量方法，其特征在于利用matlab进行图像处理，获得两个激光光斑中心之间的像素个数N和待测件两个外形参数之间的像素个数n，再利用已知的两个激光器之间的距离l，可以求得两个外形尺寸参数之间的实际距离为
Figure FSA00000491864300011
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