CN105180732A - 钢卷尺刻度误差测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了钢卷尺刻度误差测量方法，包括以下步骤：步骤1、将被检尺和标准尺横向水平安装固定于检定台上；步骤2、采用摄像头在测量点处拍照得到钢卷尺图像；步骤3、对钢卷尺图像进行处理，获取标准尺的距离像素比b；步骤4、获取标准尺目标刻度位置W1和被检尺目标刻度位置W2；步骤5、利用得到的标准尺目标刻度位置W1、被检尺目标刻度位置W2及距离像素比b计算出被检尺刻度误差，并判定被检尺测量点处刻度误差是否符合要求。本发明整体工序简单，便于实现，成本低，本发明基于机器视觉对钢卷尺刻度误差进行测量，实现了钢卷尺刻度误差的自动测量，能提高测量精度，并能提升检测效率。

Description

钢卷尺刻度误差测量方法

技术领域

本发明涉及钢卷尺检定技术，具体是钢卷尺刻度误差测量方法。

背景技术

钢卷尺是一种基本的长度计量器具，广泛应用于工农业生产与日常生活中。钢卷尺检定过程是：将被检钢卷尺（被检尺）和标准钢卷尺（标准尺）安放于检定台上，将被检尺和标准尺零位刻度线纹对齐，然后采用被检尺刻度线纹与标准尺刻度线纹进行比对的测量方式。目前整个钢卷尺刻度误差测量过程全凭肉眼观测，人工识别，劳动量大，精度低，且容易出现人为读数误差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种钢卷尺刻度误差测量方法，其应用时能避免因人为读数误差的产生，能提高测量精度，并能提升工作效率。

本发明解决上述问题主要通过以下技术方案实现：钢卷尺刻度误差测量方法，包括以下步骤：

步骤1、将被检尺和标准尺横向水平安装固定于检定台上；

步骤2、采用摄像头在测量点处拍照得到钢卷尺图像；

步骤3、对钢卷尺图像进行处理，获取标准尺的距离像素比b；

步骤4、获取标准尺目标刻度位置W1和被检尺目标刻度位置W2；

步骤5、利用得到的标准尺目标刻度位置W1、被检尺目标刻度位置W2及距离像素比b计算出被检尺刻度误差，并判定被检尺测量点处刻度误差是否符合要求。本发明在具体实施时配备计算机实现，并由计算机完成图像的处理，如此，本发明为基于机器视觉的测量方法，可以实现钢卷尺刻度误差的自动测量。

进一步的，所述步骤1中安装固定的被检尺和标准尺两者尺面均向上，两者彼此平行且两者的零位对齐。

进一步的，所述步骤3的具体操作步骤为：

步骤3.1、将钢卷尺图像转换为灰度图；

步骤3.2、以迭代最佳阈值方法获取钢卷尺图像中的标准尺图像的最佳阈值，通过最佳阈值对标准尺图像进行自适应二值化处理；

步骤3.3、对标准尺图像进行扫描，获取标准尺半厘米刻度线纹位置集合；

步骤3.4、获取首尾半厘米刻度线纹跨越的真实距离L；

步骤3.5、由首尾半厘米刻度线纹位置差，得到首尾半厘米刻度线纹跨越的像素数量S；

步骤3.6、首尾半厘米刻度线纹跨越的真实距离除以首尾半厘米刻度线纹跨越的像素数量得出标准尺图像的距离像素比。其中，本发明采集的图像为像素图，首尾半厘米刻度线纹位置差就是首尾半厘米刻度线纹的像素差，也就是首尾半厘米刻度线纹跨越的像素数量S。

作为本发明获取标准尺目标刻度位置W1的第一种实施方式，进一步的，所述步骤4在获取标准尺目标刻度位置W1时包括以下步骤：将标准尺图像中的所有半厘米刻度线纹位置与钢卷尺图像水平中心位置进行对比，将距离钢卷尺图像水平中心位置最近的半厘米刻度线纹作为标准钢卷尺目标线纹，并获取标准钢卷尺目标线纹位置W1。

作为本发明获取被检尺目标刻度位置W2的第一种实施方式，进一步的，所述步骤4在获取被检尺目标刻度位置W2时包括以下步骤：

步骤a1、将钢卷尺图像转换为灰度图；

步骤a2、以迭代最佳阈值方法获取钢卷尺图像中的被检尺图像的最佳阈值，通过最佳阈值对被检尺图像进行自适应二值化处理；

步骤a3、判定二值化处理后的图像中被检尺尺面刻度线纹颜色是否为白色，若是则进入下一步骤，若不是则进行颜色反转；

步骤a4、对被检尺图像进行扫描，获取被检尺半厘米刻度线纹位置集合；

步骤a5、将被检尺所有半厘米刻度线纹位置与标准尺目标线纹位置进行比较，将距离标准尺目标线纹最近的半厘米线纹作为被检尺目标线纹，并获取被检尺目标线纹位置W2。根据国家钢卷尺检定规程，得知5米内被检二级钢卷尺与标准钢卷尺刻度误差最大1.3mm，所以本发明将被检尺所有半厘米刻度线纹位置与标准尺目标线纹位置进行比较，距离最近的半厘米线纹为被检尺目标线纹，得到被检钢卷尺目标线纹位置。本发明在二值化后以扫描白色像素点判定刻度线纹，在被检尺刻度线纹颜色为黑色的情况下，进行颜色反转使其变为白色，以便于判定刻度线纹。

本发明在获取标准尺距离像素比、标准尺目标刻度线纹及被检尺目标刻度线纹时应用到扫描半厘米刻度线纹的方式，这是因为半厘米刻度线纹高于毫米刻度线纹，位于毫米刻度线纹与文字标示之间，特征明显，使本发明应用时便于识别扫描。

作为本发明获取标准尺目标刻度位置W1和被检尺目标刻度位置W2的第二种实施方式，进一步的，所述步骤4在获取标准尺目标刻度位置W1和被检尺目标刻度位置W2时包括以下步骤：在采集的钢卷尺图像中人工分别框选标准尺目标刻度线纹和被检尺目标刻度线纹，将框选图像从钢卷尺图像中截取出来进行图像灰度化和二值化处理，再在截取图像中横向扫描目标刻度线纹，标准尺目标刻度线纹位置W1为标准尺目标刻度线纹在截取的具有标准尺目标刻度线纹的图像中的水平位置和截取的具有标准尺目标刻度线纹的图像在钢卷尺图像中水平位置的叠加，被检尺目标刻度线纹位置W2为被检尺目标刻度线纹在截取的具有被检尺目标刻度线纹的图像中的水平位置和截取的具有被检尺目标刻度线纹的图像在钢卷尺图像中水平位置的叠加。本实施方式采用人工框选刻度线纹，图像处理量更少，刻度误差计算对象更灵活（可以选择任意线纹），更可以解决由于一些钢卷尺尺面有断线、锈迹、不整洁等对自动扫描目标刻度线纹造成难以测量的影响（人工框选可以选择目标线纹中的良好部分，避开不良线纹）。

进一步的，所述步骤5中计算被检尺刻度误差的公式如下：

Δ=（W1-W2）*b

其中，Δ为计算被检尺刻度误差。

进一步的，所述步骤5还包括以下步骤：在采集的钢卷尺图像中人工框选被检尺任意目标刻度线纹，将框选图像从钢卷尺图像中截取出来进行图像灰度化和二值化处理，在截取图像中横向扫描刻度线纹，获取被检尺目标刻度线纹像素起点和终点，得到被检尺目标刻度线纹像素差值，并根据被检尺目标刻度线纹像素差值和标准尺距离像素比，计算出被检尺目标刻度线纹宽度。

进一步的，所述步骤5还包括以下步骤：在采集的钢卷尺图像中人工框选被检尺任意线纹分度，将框选图像从被检尺图像中截取出来进行图像灰度化和二值化处理，在截取图像中从左往右沿中心线横向扫描刻度线纹，获取的第一根线纹位置为线纹分度起点，再在截取图像中沿中心线从右往左横向扫描刻度线纹，获取的第一根线纹位置为线纹分度终点，计算得到被检尺线纹分度像素差值，并利用得到的被检尺线纹分度像素差值和距离像素比，计算出被检尺线纹分度值。

综上所述，本发明具有以下有益效果：（1）本发明基于机器视觉对钢卷尺刻度误差进行测量，实现了钢卷尺刻度误差的自动测量，本发明较传统肉眼观测的方式减轻人工劳动强度，提高了测量精度，并能提升检测效率。

（2）本发明在测量过程中，利用标准尺刻度对距离像素比进行实时标定，避免了将标准尺目标刻度线纹位置设为定值或进行使用前标定，实时自动获取标准尺刻度线纹位置能保证本发明的测量精度。

（3）本发明在具体实施时，不仅可以实现图像中任意两刻度线纹之间距离的测量，还可实现对任意刻度线纹宽度和任意分度值大小的测量，能进一步保证本发明测量的准确性。

（4）本发明在图像处理时转换为灰度图的目的在于减少图像数据量，保留图像特征，减少计算量，便于算法实现。本发明通过最佳阈值对标准尺图像和被检尺图像进行自适应二值化处理的目的在于适应环境光强明暗变化，根据不同的图像明暗程度，获取相应的最佳阈值，进行相应的二值化，计算得到更准确的图像特征，有利于算法实现。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明做进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，钢卷尺刻度误差测量方法，包括以下步骤：步骤1、将被检尺和标准尺横向水平安装固定于检定台上；步骤2、采用摄像头在测量点处拍照得到钢卷尺图像；步骤3、对钢卷尺图像进行处理，获取标准尺的距离像素比b；步骤4、获取标准尺目标刻度位置W1和被检尺目标刻度位置W2；步骤5、利用得到的标准尺目标刻度位置W1、被检尺目标刻度位置W2及距离像素比b计算出被检尺刻度误差，并判定被检尺测量点处刻度误差是否符合要求。

本实施例的步骤1中安装固定的被检尺和标准尺两者尺面均向上，两者彼此平行且两者的零位对齐。本实施例在具体应用时，摄像头可预先安装于钢卷尺尺面正上方，在安装时保证摄像头拍摄的图像中标准尺目标刻度线纹位于所拍摄图像的横向中央位置，图像中标准尺两端和被检尺两端均分别延伸至图像左右边缘，如此，便于识别标准尺目标刻度位置。本实施例在拍照时应调整摄像头光圈、焦距以便获取清晰图像。本实施例的步骤3的具体操作步骤为：步骤3.1、将钢卷尺图像转换为灰度图；步骤3.2、以迭代最佳阈值方法获取钢卷尺图像中的标准尺图像的最佳阈值，通过最佳阈值对标准尺图像进行自适应二值化处理；步骤3.3、对标准尺图像进行扫描，获取标准尺半厘米刻度线纹位置集合；步骤3.4、获取首尾半厘米刻度线纹跨越的真实距离L；步骤3.5、由首尾半厘米刻度线纹位置差，得到首尾半厘米刻度线纹跨越的像素数量S；步骤3.6、首尾半厘米刻度线纹跨越的真实距离除以首尾半厘米刻度线纹跨越的像素数量得出标准尺图像的距离像素比。本实施例的步骤4在获取标准尺目标刻度位置W1时包括以下步骤：将标准尺图像中的所有半厘米刻度线纹位置与钢卷尺图像水平中心位置进行对比，将距离钢卷尺图像水平中心位置最近的半厘米刻度线纹作为标准钢卷尺目标线纹，并获取标准钢卷尺目标线纹位置W1。

本实施例的步骤4在获取被检尺目标刻度位置W2时包括以下步骤：步骤a1、将钢卷尺图像转换为灰度图；步骤a2、以迭代最佳阈值方法获取钢卷尺图像中的被检尺图像的最佳阈值，通过最佳阈值对被检尺图像进行自适应二值化处理；步骤a3、判定二值化处理后的图像中被检尺尺面刻度线纹颜色是否为白色，若是则进入下一步骤，若不是则进行颜色反转；步骤a4、对被检尺图像进行扫描，获取被检尺半厘米刻度线纹位置集合；步骤a5、将被检尺所有半厘米刻度线纹位置与标准尺目标线纹位置进行比较，将距离标准尺目标线纹最近的半厘米线纹作为被检尺目标线纹，并获取被检尺目标线纹位置W2。本实施例中步骤5中计算被检尺刻度误差的公式如下：Δ=（W1-W2）*b；其中，Δ为计算被检尺刻度误差。

本实施例在具体实施时基于计算机实现，在标准尺和被检尺安装固定后可设定测量参数，其中，具体设定的测量参数包括被检尺尺面背景颜色、标准尺测量点刻度值、被检尺精度等级等。如此，本实施例在判定被检尺测量点处刻度误差是否符合要求时根据标准尺测量点刻度值、被检尺精度等级及国家钢卷尺检定规程进行判定。本实施例在配备有计算机时，摄像头拍照可由计算机的程序触发实现，摄像头拍摄的图像传至计算机。本实施例在具体实施时，还可将拍摄得到的钢卷尺图像横向水平分割处理，分别提取标准尺图像和被检尺图像，具体分割时以设定的ROI区域对图像进行截取。在分别获取标准尺图像和被检尺图像后，本实施例在实施步骤3及步骤5获取标准尺目标刻度位置时可以仅对标准尺图像进行处理，在实施步骤5获取被检尺目标刻度位置时可以仅对被检尺图像进行处理，可以减少图像处理量。

本实施例将钢卷尺图像的RGB图像转换为灰度图的具体方法是采用分量法，即以RGB三个分量中红色分量作为该点的灰度值，消除钢卷尺常见的红色文字对刻度识别的干扰。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于获取标准尺目标刻度位置W1和被检尺目标刻度位置W2的方式不同，本实施获取标准尺目标刻度位置W1和被检尺目标刻度位置W2的具体方式如下：本实施例在获取标准尺目标刻度位置W1时，在采集的钢卷尺图像中人工框选标准钢卷尺目标刻度线纹，将框选图像从钢卷尺图像中截取出来进行图像灰度化和二值化处理，再在截取图像中横向扫描刻度线纹位置（截取图像中只有一根刻度线纹，可以轻易获取目标刻度线纹位置），标准尺目标刻度线纹位置W1则为目标刻度线纹在截取图像中水平位置和截取图像在钢卷尺图像中水平位置的叠加。本实施例在获取被检尺目标刻度位置W2时，在采集的钢卷尺图像中人工框选被检尺目标刻度线纹，将框选图像从钢卷尺图像中截取出来进行图像灰度化和二值化处理，再在截取图像中横向扫描刻度线纹位置（截取图像中只有一根刻度线纹，可以轻易获取目标刻度线纹位置），被检尺目标刻度线纹位置W2则为目标刻度线纹在截取图像中水平位置和截取图像在钢卷尺图像中水平位置的叠加。

实施例3：

本实施例在实施例1或实施例2的基础上做出了如下进一步限定：本实施例还包括在采集的钢卷尺图像中人工框选被检尺任意目标刻度线纹，将框选图像从钢卷尺图像中截取出来进行图像灰度化和二值化处理，在截取图像中横向扫描刻度线纹，获取被检尺目标刻度线纹像素起点和终点（目标刻度线纹为白色，横向从左往右扫描，由黑转白即为起点，由白转黑即为终点），得到被检尺目标刻度线纹像素差值（终点位置-起点位置），并根据被检尺目标刻度线纹像素差值和标准尺距离像素比，计算出被检尺目标刻度线纹宽度。其中，被检尺目标刻度线纹宽度为被检尺目标刻度线纹像素差值与标准尺距离像素比的乘积。

实施例4：

本实施例在实施例1～实施例3中任意一个实施例的基础上做出了如下进一步限定：本实施例还包括在采集的钢卷尺图像中人工框选被检尺任意线纹分度，将框选图像从被检尺图像中截取出来进行图像灰度化和二值化处理，在截取图像中从左往右沿中心线横向扫描刻度线纹，获取的第一根线纹位置为线纹分度起点，再在截取图像中沿中心线从右往左横向扫描刻度线纹，获取的第一根线纹位置为线纹分度终点，计算得到被检尺线纹分度像素差值（终点位置-起点位置），并利用得到的被检尺线纹分度像素差值和距离像素比，计算出被检尺线纹分度值。其中，被检尺线纹分度值为被检尺线纹分度像素差值与标准尺距离像素比的乘积。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.钢卷尺刻度误差测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将被检尺和标准尺横向水平安装固定于检定台上；

步骤2、采用摄像头在测量点处拍照得到钢卷尺图像；

步骤3、对钢卷尺图像进行处理，获取标准尺的距离像素比b；

步骤4、获取标准尺目标刻度位置W1和被检尺目标刻度位置W2；

步骤5、利用得到的标准尺目标刻度位置W1、被检尺目标刻度位置W2及距离像素比b计算出被检尺刻度误差，并判定被检尺测量点处刻度误差是否符合要求。

2.根据权利要求1所述的钢卷尺刻度误差测量方法，其特征在于，所述步骤1中安装固定的被检尺和标准尺两者尺面均向上，两者彼此平行且两者的零位对齐。

3.根据权利要求1所述的钢卷尺刻度误差测量方法，其特征在于，所述步骤3的具体操作步骤为：

步骤3.1、将钢卷尺图像转换为灰度图；

步骤3.2、以迭代最佳阈值方法获取钢卷尺图像中的标准尺图像的最佳阈值，通过最佳阈值对标准尺图像进行自适应二值化处理；

步骤3.3、对标准尺图像进行扫描，获取标准尺半厘米刻度线纹位置集合；

步骤3.4、获取首尾半厘米刻度线纹跨越的真实距离L；

步骤3.5、由首尾半厘米刻度线纹位置差，得到首尾半厘米刻度线纹跨越的像素数量S；

步骤3.6、首尾半厘米刻度线纹跨越的真实距离除以首尾半厘米刻度线纹跨越的像素数量得出标准尺图像的距离像素比。

4.根据权利要求3所述的钢卷尺刻度误差测量方法，其特征在于，所述步骤4在获取标准尺目标刻度位置W1时包括以下步骤：将标准尺图像中的所有半厘米刻度线纹位置与钢卷尺图像水平中心位置进行对比，将距离钢卷尺图像水平中心位置最近的半厘米刻度线纹作为标准钢卷尺目标线纹，并获取标准钢卷尺目标线纹位置W1。

5.根据权利要求1所述的钢卷尺刻度误差测量方法，其特征在于，所述步骤4在获取被检尺目标刻度位置W2时包括以下步骤：

步骤a1、将钢卷尺图像转换为灰度图；

步骤a2、以迭代最佳阈值方法获取钢卷尺图像中的被检尺图像的最佳阈值，通过最佳阈值对被检尺图像进行自适应二值化处理；

步骤a3、判定二值化处理后的图像中被检尺尺面刻度线纹颜色是否为白色，若是则进入下一步骤，若不是则进行颜色反转；

步骤a4、对被检尺图像进行扫描，获取被检尺半厘米刻度线纹位置集合；

步骤a5、将被检尺所有半厘米刻度线纹位置与标准尺目标线纹位置进行比较，将距离标准尺目标线纹最近的半厘米线纹作为被检尺目标线纹，并获取被检尺目标线纹位置W2。

6.根据权利要求1所述的钢卷尺刻度误差测量方法，其特征在于，所述步骤4在获取标准尺目标刻度位置W1和被检尺目标刻度位置W2时包括以下步骤：在采集的钢卷尺图像中人工分别框选标准尺目标刻度线纹和被检尺目标刻度线纹，将框选图像从钢卷尺图像中截取出来进行图像灰度化和二值化处理，再在截取图像中横向扫描目标刻度线纹，标准尺目标刻度线纹位置W1为标准尺目标刻度线纹在截取的具有标准尺目标刻度线纹的图像中的水平位置和截取的具有标准尺目标刻度线纹的图像在钢卷尺图像中水平位置的叠加，被检尺目标刻度线纹位置W2为被检尺目标刻度线纹在截取的具有被检尺目标刻度线纹的图像中的水平位置和截取的具有被检尺目标刻度线纹的图像在钢卷尺图像中水平位置的叠加。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的钢卷尺刻度误差测量方法，其特征在于，所述步骤5中计算被检尺刻度误差的公式如下：

Δ=（W1-W2）*b

其中，Δ为计算被检尺刻度误差。

8.根据权利要求1～6中任意一项所述的钢卷尺刻度误差测量方法，其特征在于，所述步骤5还包括以下步骤：在采集的钢卷尺图像中人工框选被检尺任意目标刻度线纹，将框选图像从钢卷尺图像中截取出来进行图像灰度化和二值化处理，在截取图像中横向扫描刻度线纹，获取被检尺目标刻度线纹像素起点和终点，得到被检尺目标刻度线纹像素差值，并根据被检尺目标刻度线纹像素差值和标准尺距离像素比，计算出被检尺目标刻度线纹宽度。

9.根据权利要求1～6中任意一项所述的钢卷尺刻度误差测量方法，其特征在于，所述步骤5还包括以下步骤：在采集的钢卷尺图像中人工框选被检尺任意线纹分度，将框选图像从被检尺图像中截取出来进行图像灰度化和二值化处理，在截取图像中从左往右沿中心线横向扫描刻度线纹，获取的第一根线纹位置为线纹分度起点，再在截取图像中沿中心线从右往左横向扫描刻度线纹，获取的第一根线纹位置为线纹分度终点，计算得到被检尺线纹分度像素差值，并利用得到的被检尺线纹分度像素差值和距离像素比，计算出被检尺线纹分度值。