CN104359414A - 一种圆柱型物体直径尺寸的高精度视觉测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的圆柱型物体直径尺寸高精度测量的方法，属于视觉检测技术领域。本发明可以实现对圆柱型物体直径尺寸高精度测量。本发明通过以下步骤得以实现：(1)把相机固定在支架的合适位置，使得相机光轴与基准平面垂直；(2)将待测圆柱型物体放置到基准平面上，拍摄图像；(3)根据拍摄的图像，计算圆柱型物体直径的图像空间尺寸；(4)基于透镜相机模型，建立被测圆柱型物体直径的图像空间尺寸与物理空间尺寸的映射关系，利用被测圆柱型物体直径的图像空间尺寸计算物理空间尺寸。

Description

一种圆柱型物体直径尺寸的高精度视觉测量方法

技术领域

本发明属于视觉检测领域，涉及视觉测量技术，特别是一种圆柱型物体直径尺寸的高精度视觉测量方法。

背景技术

视觉测量是指将计算机视觉应用于空间几何尺寸的精确测量和定位。视觉测量因具有连续性、非接触和易于实现自动化等优点，而成为机械零件尺寸测量的一种革新手段。利用视觉测量技术测量圆柱型物体的直径尺寸是视觉测量的重要应用之一。

目前基于机器视觉测量圆柱型物体直径的方法要求待测圆柱形物体的轴心到相机光心的距离保持固定，以便得到精确的测量结果，如图1。但是，在某些测量环境下要求将被测物体放置于一个基准平面上，此时相机光心到基准平面的距离是固定的，而相机光心到被测物体轴心线的距离会随着被测物体直径的大小而变化，如图2。本发明主要针对这种测量要求，提出一种高精度的圆柱形物体直径高精度视觉测量方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有轴径测量方法的不易实现和对测量环境要求高等问题，提出了一种基于机器视觉的圆柱型物体直径测量方法。

本发明采用如下技术方案，步骤如下：

(1)把相机固定在支架的合适位置，使得相机光轴与基准面垂直；设相机光心为，相机光轴垂直基准面并交于点，相机光心到基准面的距离为，在测量过程中保持不变；相机的焦距为；相机的空间分辨率，即单位像素代表的物理尺寸u；

(2)把被测物体放置在相机正下方的基准面上，要求相机的光轴通过物体的轴心，拍摄图像；

(3)根据拍摄的图像，计算圆柱型物体的两边缘之间像素距离，则圆柱形物体直径的图像空间尺寸为；

(4)基于透镜相机模型，建立被测圆柱形物体直径的图像空间尺寸与物理空间尺寸的映射关系，利用被测圆柱形物体直径的图像空间尺寸计算物理空间尺于。

附图说明

图1示出已有方法中相机和圆柱的安装位置

图中：①相机；②圆柱轴心固定架；③待测物体；④基准面

图2示出改进后的方法中相机和圆柱的安装位置

图中：①相机；②待测物体；③基准面

图3示出计算直径尺寸透镜成像模型的几何成像关系。

具体实施方式

本发明是为了快速、高精度地测量圆柱型物体直径尺寸而设计的视觉测量方法，下面参照附图和步骤对本发明的具体实施方式进行说明。

该发明的步骤如下：

(1)把相机固定在支架的合适位置，使得相机光轴与基准面垂直；设相机光心为，相机光轴垂直基准面并交于点，相机光心到基准而的距离为，在测量过程中保持不变；相机的焦距为；相机的空间分辨率，即单位像素代表的物理尺寸u；

(2)把被测物体放置在相机正下方的基准面上，要求相机的光轴通过物体的轴心，拍摄图像；

(3)根据拍摄的图像，计算圆柱型物体的两边缘之间像素距离，则圆柱形物体直径的图像空间尺寸为；

(4)基于透镜相机模型，建立被测圆柱形物体直径的图像空间尺寸与物理空间尺寸的几何关系，如图3。根据平行线等分线定理可以得到

$\frac{{\stackrel{\‾}{\mathrm{OO}}}_2}{\stackrel{\‾}{\mathrm{AC}}}=\frac{\stackrel{\‾}{O_{2}F}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{FC}}}\⇒\frac{{\stackrel{\‾}{\mathrm{OO}}}_2}{{\stackrel{\‾}{\mathrm{OO}}}_1-\stackrel{\‾}{O_1{O}_1}}=\frac{\stackrel{\‾}{O_{2}F}}{\stackrel{\‾}{O_{2}F}+\stackrel{\‾}{O_{2}C}}---\left(1\right)$

$\frac{\stackrel{\‾}{O_{2}F}}{\stackrel{\‾}{O_{2}C}}=\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{HF}}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{OC}}}---\left(2\right)$

综合公式(1)、(2)得到如下关系

$\frac{{\stackrel{\‾}{\mathrm{OO}}}_2}{{\stackrel{\‾}{\mathrm{OO}}}_1-\stackrel{\‾}{O_1{O}_1}}=\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{HF}}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{HF}}+\stackrel{\‾}{\mathrm{OC}}}---\left(3\right)$

其中： ${\mathrm{OO}}_2=f_c,{\stackrel{\‾}{\mathrm{OO}}}_1={\stackrel{\‾}{\mathrm{OO}}}_1-\frac{R}{2},\stackrel{\‾}{\mathrm{HF}}=\frac{X}{2},\stackrel{\‾}{\mathrm{OC}}=\frac{R}{2},$ 带入(3)得：

$\frac{f_c}{{\mathrm{OO}}_1-\frac{R}{2}}=\frac{\frac{X}{2}}{\frac{X}{2}+\frac{R}{2}}---\left(4\right)$

解得：

$R=\frac{2X\×({\stackrel{\‾}{\mathrm{OO}}}_1-f_c)}{X+2\×f_c}---\left(5\right)$

由于均为已知量，利用公式(5)可以计算得到被测圆柱型物体的直径物理空间尺寸。

Claims (1)

1.一种圆柱型物体直径尺寸高精度视觉测量的方法，包括下列步骤：

(1)把相机固定在支架的合适位置，使得相机光轴与基准面垂直；设相机光心为O，相机光轴垂直基准面并交于O_f点；相机光心到基准面的距离为OO_f，OO_f在测量过程中保持不变；相机的焦距为f_c；相机的空间分辨率，即单位像素代表的物理尺寸为u；

(2)把被测物体放置在相机正下方的基准面上，要求相机的光轴通过物体的轴心，拍摄图像；

(3)根据拍摄的图像，计算圆柱型物体的两边缘之间像素距离N，则圆柱型物体直径的图像空间尺寸为X＝N×u；

(4)基于透镜相机模型，建立圆柱形物体直径尺寸的图像空间与物理空间的映射关系，

$R=\frac{2\×X\×(\stackrel{\‾}{{\mathrm{OO}}_f}-f_c)}{X+2\×f_c}$

根据该映射关系，计算圆柱形物体的直径物理尺寸。