CN102853777A - 基于图像处理的制动间隙宽度测量方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于图像处理的制动间隙宽度测量方法和设备。该技术是在图像处理算法的基础上实现的。首先采集缝隙图片，通过在缝隙一侧放置光源使缝隙在图片中更容易检测，然后对采集的图片进行处理，得到缝隙在图片中的宽度，结合所选相机的定标信息，可以计算出缝隙的物理宽度。本发明能够解决刹车片缝隙难以测量的问题，测出的缝隙精确度比较高，能广泛应用于具有类似场景的缝隙测量系统中。

Description

基于图像处理的制动间隙宽度测量方法和设备
技术领域
本发明涉及一种制动间隙宽度测量方法和设备，属于宽度计量领域。
背景技术
制动器是保障汽车行驶安全性的一个重要部件，而制动间隙的数值是影响汽车制动器制动性能的关键因素。在汽车装配和维修过程中，需要对制动间隙进行精确测量。目前，对制动间隙的测量方法主要有两类，一类是采用测量制动鼓内径和制动蹄外径，然后取两者差值的方法实现，这种方法操作麻烦；另一类是利用基于传感器的测距仪进行测量，测距仪的造价较高。因此，市场上迫切需要能够方便、准确地测量制动间隙的设备和方法。
发明内容
为了满足汽车装配和维修市场的需求，改进制动间隙宽度测量方式，将人工手动测量转变为计算机自动测量，使操作更加简单方便，同时提高测量精度，本发明提供一种基于图像处理的制动间隙宽度测量方法和设备。采用本发明的方法，利用光源、相机并辅之以简单的计算就可完成测量，具有操作简单、灵活和成本较低的优点。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于图像处理的制动间隙宽度测量方法，该方法在制动间隙的一侧放置光源，在另一侧拍摄缝隙图像，通过对缝隙图像进行图像处理，得到制动间隙宽度值，包括如下步骤：
（1）相机定标：取标准尺寸的样本，用相机对其拍摄，记录不同拍摄距离下，每单位宽度的物体在所成图像中的像素宽度值，做成查询表；
（2）缝隙图像采集：用已定标的相机对准制动间隙并贴紧，拍摄另一侧光源发出的光线透过制动间隙后形成的缝隙图像；
（3）缝隙检测：对步骤（2）中得到的缝隙图像，通过边缘检测、霍夫变换、直线矫正算法检测出缝隙的位置，并得到缝隙在图像中的像素宽度值，单位是像素；
（4）制动间隙物理宽度计算：根据实际拍摄距离和步骤（1）中形成的查询表，得到该拍摄距离下每单位宽度的物体在所成图像中的像素宽度值dp，假设步骤（3）中得到的缝隙在图像中的像素宽度值为Δdp，则制动间隙的物理宽度为Δd＝Δdp/dp。
优选地，步骤（1）中记录的不同拍摄距离，按照常规工件的可选尺寸确定。
优选地，步骤（1）中所述的每单位宽度取十分之一毫米，这个精度可基本满足测量要求。
优选地，步骤（2）中，相机光轴、制动间隙纵深方向和光源发出的光线三者是平行的，这样得到的拍摄效果最好。
优选地，所述光源采用平行光源，光源宽度应大于缝隙宽度，且有一定的光强，保证相机能够拍摄到缝隙图像。
优选地，一次测量中进行多次拍摄，得到缝隙在图像中的多个像素宽度值后取平均值，作为最终的像素宽度值，可进一步提高测量精度。
一种基于图像处理的制动间隙宽度测量设备，该设备包括光源、图像采集装置、计算装置和将各部件位置进行固定和调节的定位装置，其特征在于：在制动间隙测量位置的一侧安放光源，另一侧安放图像采集装置，所述光源为平行光源，光源宽度大于缝隙宽度，且有一定的光强，以保证能够拍摄到缝隙图像为准，定位装置对光源、图像采集装置的位置进行调节和固定，使光源发出的光线平行穿过制动间隙，图像采集装置的镜头对准并贴紧制动间隙，且图像采集装置的光轴与制动间隙纵深方向平行；图像采集装置拍摄光线透过制动间隙后的缝隙图片，计算装置对缝隙图片进行处理，检测出缝隙的位置奥杰并得到缝隙在图片中的宽度，结合定标数据，得到制动间隙宽度值。
优选地，定标数据为不同拍摄距离下，每单位宽度的物体在所成图像中的像素宽度值，所述不同拍摄距离，按照常规工件的可选尺寸确定。
优选地，所述的每单位宽度取十分之一毫米。
优选地，计算装置对于拍摄得到的缝隙图像，通过边缘检测、霍夫变换、直线矫正算法检测出缝隙的位置，并得到缝隙在图像中的像素值Δdp，然后计算制动间隙的物理宽度为Δd＝Δdp/dp，其中dp为该拍摄距离下每单位宽度的物体在所成图像中的像素宽度值。
附图说明
图1是说明本发明方法的各步骤及其之间相互关系的框图；
图2是拍摄的制动间隙图像；
具体实施方式
本发明的制动间隙宽度测量技术先通过相机拍摄包含有缝隙的图像，然后采用图像处理技术检测出缝隙在图像中的像素宽度，结合定标数据可以得到缝隙的物理宽度。
图1是本发明的实现框图，根据框图，本发明包括以下具体步骤：
步骤一：相机的定标。该步骤的目的是要得到一定拍摄距离下，每单位宽度在图像中的像素宽度。单位宽度根据测量精度需要选取，一般可选取十分之一毫米。在相机焦距、分辨率固定的情况下，一定物距下，物体的物理长度和像素长度是有对应关系的。实验中，选择定焦相机，对标准尺寸的样本拍摄图像，可得到每单位宽度在图像中的像素宽度。选择不同物距进行拍摄和记录，根据实验采集的样本图像，得到该相机的物距与每单位宽度在图像中的像素宽度的关系表，表的形式如下：
拍摄时，相机镜头对准缝隙并贴紧工件，因此物距等于缝隙远端到相机的距离，故定标时所选取的不同拍摄距离按照常规工件的可选尺寸确定。也可采用其它方式进行相机定标，如在相机焦距、分辨率固定的情况下，一定物距下，对某物体进行拍摄，得到该物体在所成图像中的像素宽度，再测量该物体的实际宽度，两者相除即可得到每单位宽度在图像中的像素宽度。
相机定标一般在实际测量之前预先进行，也可以在实际测量过程中进行，均不影响本发明的实施。
步骤二：缝隙图像采集，该步骤的实现流程如下：
（1）从缝隙的一侧放置一个合适的光源，调节光源的位置和光照大小，以达到最佳的拍摄效果；
（2）使用相机，从缝隙的另一侧拍摄缝隙图像，由于只有缝隙处能透光，其他地方都不能透光，因此该照片中在缝隙处明显变亮，而其他地方都是近乎黑色的（如图2）；
（3）调节相机拍摄平面与缝隙平面的角度，尽量让相机光轴与缝隙纵深方向、光源发出的光线三者平行，同时要调节相机镜头与缝隙的位置，要让相机的镜头正对缝隙中央，这样拍出的效果最好。
所述光源最好采用平行光源，光源宽度应大于缝隙宽度，且有一定的光强，保证相机能够拍摄到缝隙图像。若拍摄效果不好，则可调整相机拍摄角度，得到效果好的图像后再进行后续处理，以进一步提高测量精度。
步骤三：缝隙检测，该步骤的实现流程如下：
（1）对采集的缝隙图像进行修正，包括光照和色彩的修正，以保证缝隙的准确检测；
（2）采用边缘检测算法对采集图像进行边缘检测，通过滤波除去一些噪声边缘和虚假边缘，得到边缘图像；
（3）利用霍夫变换检测出步骤（2）得到的边缘图像中的直线，并取出其中两条最长的垂直的直线作为缝隙的边缘；
（4）对缝隙进行水平方向上的修正，以保证缝隙的边缘在图像上尽量是竖直的，从而方便地定义出缝隙的宽度；
（5）对缝隙进行垂直方向上的修正，以保证缝隙的边缘在图像上的形态即为缝隙实际中的形态，从而减少图像中缝隙的形变带来的误差；
（6）通过计算修正后的两条直线之间的像素距离，得到缝隙的像素宽度。
一次测量中进行多次拍摄，得到缝隙在图像中的多个像素宽度值后取平均值，作为最终的像素宽度值，可进一步提高测量精度。
步骤四：缝隙物理宽度计算
假设测得相机与制动间隙最远端的距离是d，那么根据相机定标数据可以得到该距离下，每单位宽度在图像中的像素宽度是dp，单位是像素。设步骤三中得到缝隙的像素宽度为Δdp，那么检测的缝隙的物理宽度是Δd＝Δdp/dp。
为实现上述测量方法，我们设计了专用设备，设备主要包括光源、图像采集装置、计算装置和将各部件位置进行固定和调节的定位装置。该设备中，在制动间隙测量位置的一侧安放光源，另一侧安放图像采集装置，所述光源为平行光源，光源宽度大于缝隙宽度，且有一定的光强，以保证能够拍摄到缝隙图像为准，定位装置对光源、图像采集装置的位置进行调节和固定，使光源发出的光线平行穿过制动间隙，图像采集装置的镜头对准并贴紧制动间隙，且图像采集装置的光轴与制动间隙纵深方向平行；图像采集装置拍摄光线透过制动间隙后的缝隙图片，计算装置对缝隙图片进行处理，检测出缝隙的位置并得到缝隙在图片中的宽度，结合定标数据，得到制动间隙宽度值。

Claims (10)

1.一种基于图像处理的制动间隙宽度测量方法，该方法在制动间隙的一侧放置光源，在另一侧拍摄缝隙图像，通过对缝隙图像进行图像处理，得到制动间隙宽度值，包括如下步骤：
（1）相机定标：取标准尺寸的样本，用相机对其拍摄，记录不同拍摄距离下，每单位宽度的物体在所成图像中的像素宽度值，做成查询表；
（2）缝隙图像采集：用已定标的相机对准制动间隙并贴紧，拍摄另一侧光源发出的光线透过制动间隙后形成的缝隙图像；
（3）缝隙检测：对步骤（2）中得到的缝隙图像，通过边缘检测、霍夫变换、直线矫正算法检测出缝隙的位置，并得到缝隙在图像中的像素宽度值，单位是像素；
（4）制动间隙物理宽度计算：根据实际拍摄距离和步骤（1）中形成的查询表，得到该拍摄距离下每单位宽度的物体在所成图像中的像素宽度值dp，假设步骤（3）中得到的缝隙在图像中的像素宽度值为Δdp，则制动间隙的物理宽度为Δd＝Δdp/dp。
2.根据权利要求1所述的基于图像处理的制动间隙宽度测量方法，其特征在于：步骤（1）中记录的不同拍摄距离，按照常规工件的可选尺寸确定。
3.根据权利要求1所述的基于图像处理的制动间隙宽度测量方法，其特征在于：步骤（1）中所述的每单位宽度取十分之一毫米。
4.根据权利要求1所述的基于图像处理的制动间隙宽度测量方法，其特征在于：步骤（2）中，相机光轴、制动间隙纵深方向和光源发出的光线三者是平行的。
5.根据权利要求1所述的基于图像处理的制动间隙宽度测量方法，其特征在于：所述光源采用平行光源，光源宽度应大于缝隙宽度，且有一定的光强，保证相机能够拍摄到缝隙图像。
6.根据权利要求1所述的基于图像处理的制动间隙宽度测量方法，其特征在于：一次测量中进行多次拍摄，得到缝隙在图像中的多个像素宽度值后取平均值，作为最终的像素宽度值。
7.一种基于图像处理的制动间隙宽度测量设备，该设备包括光源、图像采集装置、计算装置和将各部件位置进行固定和调节的定位装置，其特征在于：在制动间隙测量位置的一侧安放光源，另一侧安放图像采集装置，所述光源为平行光源，光源宽度大于缝隙宽度，且有一定的光强，以保证能够拍摄到缝隙图像为准，定位装置对光源、图像采集装置的位置进行调节和固定，使光源发出的光线平行穿过制动间隙，图像采集装置的镜头对准并贴紧制动间隙，且图像采集装置的光轴与制动间隙纵深方向平行；图像采集装置拍摄光线透过制动间隙后的缝隙图片，计算装置对缝隙图片进行处理，检测出缝隙的位置奥杰并得到缝隙在图片中的宽度，结合定标数据，得到制动间隙宽度值。
8.根据权利要求7所述的基于图像处理的制动间隙宽度测量设备，其特征在于：定标数据为不同拍摄距离下，每单位宽度的物体在所成图像中的像素宽度值，所述不同拍摄距离，按照常规工件的可选尺寸确定。
9.根据权利要求8所述的基于图像处理的制动间隙宽度测量设备，其特征在于：所述的每单位宽度取十分之一毫米。
10.根据权利要求7、8或9所述的基于图像处理的制动间隙宽度测量设备，其特征在于：计算装置对于拍摄得到的缝隙图像，通过边缘检测、霍夫变换、直线矫正算法检测出缝隙的位置，并得到缝隙在图像中的像素值Δdp，然后计算制动间隙的物理宽度为Δd＝Δdp/dp，其中dp为该拍摄距离下每单位宽度的物体在所成图像中的像素宽度值。
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