CN109883396B - 一种基于图像处理技术的水准泡刻线宽度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像处理技术的水准泡刻线宽度测量方法，具体实施内容为：本发明方法对获取的水准泡刻线灰度图像进行二值化、中值滤波获得二值滤波图像；然后在二值滤波图像中进行轮廓检测，若水准泡刻线轮廓数为2，则对刻线轮廓进行旋转摆正处理；最后获取摆正后的水准泡刻线最小外接矩形，在矩形范围内逐行获取刻线行程长度，排除干扰后求取水准泡刻线宽度。该方法提高了测量精度，同时可用于机器替代人工测量对刻线宽度进行测量，解决了人眼识别、人工测量费时费力，效率低下的问题。

Description

一种基于图像处理技术的水准泡刻线宽度测量方法

技术领域

本发明涉及机器视觉测量技术领域，尤其是涉及一种基于图像处理技术的水准泡刻线宽度测量方法。

背景技术

在众多工业制造生产活动中，人们常常需要对物体表面进行水平度和垂直度的检测，因此通常会借助一些带有水准泡的计量器具(例如：水平尺等)来完成此类精密测量。目前使用最为广泛的计量器具是水平尺。水平尺主要由水准泡和尺身两部分组成，其中水准泡是其检测功能的核心，它内部有刻线和气泡。在测量过程中，水平尺水准泡中的气泡与刻线发生相对偏移，通过测量气泡相对于刻线的偏移量来判断被测物体表面是否水平或垂直。

人工测量水准泡刻线宽度是传统的测量方式，但由于水准泡刻线在水准泡内部，且刻线宽度较小，导致人工测量的方式耗时较长，工人容易疲劳且测量结果的精度较低。而且，当今世界对于这些信息的处理方式也要求要更加地智能化，尽量减少人工的干预，提高自动化程度和工作效率。但到目前为止，国内外对水准泡刻线宽度的视觉测量方法的研究成果非常少。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于图像处理技术的水准泡刻线宽度测量方法，该方法对获取的水准泡刻线灰度图像进行二值化、中值滤波获得二值滤波图像；然后在二值滤波图像中进行轮廓检测，若水准泡刻线轮廓数为2，则对刻线轮廓进行旋转摆正处理；最后获取摆正后的水准泡刻线最小外接矩形，在矩形范围内逐行获取刻线行程长度，排除干扰后求取水准泡刻线宽度。该方法提高了测量精度，同时可用于机器替代人工测量对刻线宽度进行测量，解决了人眼识别、人工测量费时费力，效率低下的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于图像处理技术的水准泡刻线宽度测量方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：读取水准泡刻线原始灰度图像并对其进行二值化与中值滤波处理；

步骤2：对中值滤波后水准泡刻线图像进行轮廓检测，计算各轮廓所包围区域的面积；

步骤3：通过对各轮廓所包围区域的面积的限制，来判断图像中是否存在两个刻线轮廓，若存在两个刻线轮廓，则求取刻线轮廓的最小外接矩形的倾角与中心点；

步骤4：根据步骤3得到的刻线轮廓最小外接矩形倾角和中心点对刻线图像进行摆正处理，使得刻线的短边平行于x轴，并提取出摆正刻线；

步骤5：根据步骤4得到处理后图像进行轮廓检测，寻找摆正图像中的两水准泡刻线轮廓并求取水准泡刻线轮廓的最小外接矩形顶点坐标和最小外接矩形宽度；

步骤6：在步骤5中得到的两最小外接矩形范围内寻找水平短1行程，即每行图像中相邻像素像素值均为1的连续像素段，通过对最小外接矩形内短1行程的长度与最小外接矩形宽度的比值的限制，对短1行程进行筛选，计算像素平面的水准泡刻线宽度；

步骤7：根据步骤6中得到的像素平面的水准泡刻线宽度和所得图像标定结果计算水准泡刻线物理宽度。

本发明的有益效果是，通过图像处理技术对水准泡刻线图像进行二值化、滤波、刻线检测和旋转矫正，最后在水准泡刻线最小外接矩形内计算刻线水平行程的均值，实现水准泡刻线宽度的测量。本发明方法能有效解决人眼识别费时费力且精度较低的问题，可极大地提高测量效率和测量精度。

附图说明

图1是本发明方法的步骤流程图；

图2是本发明方法获取的水准泡刻线原始灰度图像；

图3是本发明方法获取的水准泡刻线二值化图像；

图4是本发明方法获取的水准泡刻线中值滤波图像；

图5是本发明方法提取的水准泡刻线轮廓图像；

图6是本发明方法获取的刻线轮廓最小外接矩形图像；

图7是本发明方法获取的刻线轮廓旋转摆正图像。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明方法的步骤是：

步骤1：读取原始灰度图像，并对其进行二值滤波处理

读取待进行水准泡刻线宽度测量的水准泡刻线原始灰度图像，得到的原始灰度图像如图2所示；对原始图像采用OTSU法进行二值化分割得到二值化图像I₁，如图3所示；对二值化图像I₁进行5×5窗口中值滤波去除噪声，得到滤波后图像I_filt，如图4所示。

步骤2：对中值滤波后水准泡刻线图像进行轮廓检测，计算各轮廓所包围区域的面积

对滤波后图像I_filt进行轮廓检测，得到轮廓检测图像，如图5所示，计算中值滤波后图像I_filt中每个轮廓C_i，其中，i＝1,2,3,…,N的包围区域面积S_i，其中，i＝1,2,3,…,N。

步骤3：通过对各轮廓所包围区域的面积的限制，来判断图像中是否存在两个刻线轮廓，若存在两个刻线轮廓，则求取刻线轮廓的最小外接矩形的倾角与中心点

对步骤2得到的各轮廓包围区域面积S_i进行限制，当轮廓包围面积S_i在某个固定范围[S_l,S_h]内时，即：

S_l<S_i<S_h (1)

则判定中值滤波后图像I_filt中轮廓C_i为水准泡刻线轮廓；若图像I_filt中水准泡刻线轮廓数为2，作两刻线轮廓的最小外接矩形如图6所示，分别计算水准泡刻线最小外接矩形rRect1的倾角θ₁和中心点center1与水准泡刻线最小外接矩形rRect2的倾角θ₂和中心点center2；否则，判定图像I_filt中水准泡刻线轮廓数不为2，给出“水准泡刻线数目不准确”的信息提示，不再进行后续处理。

步骤4：根据步骤3得到的刻线轮廓最小外接矩形倾角和中心点对刻线图像进行摆正处理，使得刻线的短边平行于x轴，并提取出摆正刻线

在图像I_filt中，判断水准泡刻线最小外接矩形rRect1的宽度为长边或短边：若为短边，则以中心点center1为旋转中心，顺时针旋转角度|θ₁|；若为长边，则以中心点center1为旋转中心，逆时针旋转角度|90°+θ₁|；提取相对应的摆正后刻线轮廓到图像I_rotated中，如图7所示；再判断水准泡刻线最小外接矩形rRect2的宽度为长边或短边：若为短边，则以中心点center2为旋转中心，顺时针旋转角度|θ₂|；若为长边，则以中心点center2为旋转中心，逆时针旋转角度|90°+θ₂|；提取相对应的摆正后刻线轮廓到图像I_rotated中，如图7所示。

步骤5：根据步骤4得到处理后图像进行轮廓检测，寻找摆正图像中的两水准泡刻线轮廓并求取水准泡刻线轮廓的最小外接矩形顶点坐标和最小外接矩形宽度

在图像I_rotated中进行轮廓检测，寻找两水准泡刻线轮廓并求取其最小外接矩形顶点坐标(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)、(x₄,y₄)和最小外接矩形宽度b_I，其中，I＝1,2。

步骤6：在步骤5中得到的两最小外接矩形范围内寻找水平短1行程，通过对最小外接矩形内短1行程的长度与最小外接矩形宽度的比值的限制，对短1行程进行筛选，计算像素平面的水准泡刻线宽度

对图像I_rotated中(x₁,y₁)至(x₄,y₄)区域进行从左往右、从上往下的逐行扫描，获取每行像素值均为1的连续像素组成的刻线短1行程d_i，其中，i＝1,2,3,…,N，再将得到的短1行程与步骤5得到的最小外接矩形宽度b_I相比得到行程占比p_i，其中，i＝1,2,3,…,N；如果短1行程在最小外接矩形中的行程占比p_i小于某个阈值A，即：

p_i<A (2)

则该短1行程可能为水准泡刻线的不规则边缘，需剔除。反之，如果短1行程在最小外接矩形中的行程占比p_i大于等于某个阈值A，即：

p_i≥A (3)

则该短1行程为水准泡刻线内宽度的有效行程；将n行有效短1行程进行累加后求取平均值得到像素平面的水准泡刻线宽度d_I其中，I＝1,2，即：

步骤7：根据步骤6中得到的像素平面的水准泡刻线宽度和所得图像标定结果计算水准泡刻线物理宽度

根据步骤6得到的像素平面的水准泡刻线宽度d_I(单位为pixel)和所得图像标定结果Res，单位为mm/pixel，可计算得到水准泡刻线物理宽度d_R，单位为mm，即：

d_R＝d_I×Res (5)。

Claims (1)

1.一种基于图像处理技术的水准泡刻线宽度测量方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1：读取水准泡刻线原始灰度图像并对其进行二值化与中值滤波处理；

步骤2：对中值滤波后水准泡刻线图像进行轮廓检测，计算各轮廓所包围区域的面积；

步骤3：通过对各轮廓所包围区域的面积的限制，来判断图像中是否存在两个刻线轮廓，若存在两个刻线轮廓，则求取刻线轮廓的最小外接矩形的倾角与中心点；

步骤4：根据步骤3得到的刻线轮廓最小外接矩形倾角和中心点对刻线图像进行摆正处理，使得刻线的短边平行于x轴，并提取出摆正刻线；

步骤5：根据步骤4得到处理后图像进行轮廓检测，寻找摆正图像中的两水准泡刻线轮廓并求取水准泡刻线轮廓的最小外接矩形顶点坐标和最小外接矩形宽度；

步骤6：在步骤5中得到的两最小外接矩形范围内寻找水平短1行程，即每行图像中像素值均为1的连续像素组成的像素段，通过对最小外接矩形内短1行程的长度与最小外接矩形宽度的比值的限制，对短1行程进行筛选，计算像素平面的水准泡刻线宽度；

步骤7：根据步骤6得到的像素平面的水准泡刻线宽度和所得图像标定结果计算水准泡刻线物理宽度；

所述的步骤1具体是：

对原始灰度图像src采用OTSU法进行二值化分割得到二值化图像I₁，对I₁进行5×5窗口中值滤波去除噪声，得到滤波后图像I_filt；

所述的步骤2具体是：

对滤波后图像I_filt进行轮廓检测，计算中值滤波后图像I_filt中每个轮廓C_i，其中i＝1,2,3,…,N的包围区域面积S_i，其中i＝1,2,3,…,N；

所述的步骤3具体是：

对步骤2得到的各轮廓包围区域面积S_i进行限制，当轮廓包围面积S_i在某个固定范围[S_l,S_h]内时，即：

S_l<S_i<S_h (1)

则判定中值滤波后图像I_filt中轮廓C_i为水准泡刻线轮廓；若图像I_filt中水准泡刻线轮廓数为2，则分别计算水准泡刻线最小外接矩形rRect1的倾角θ₁和中心点center1与水准泡刻线最小外接矩形rRect2的倾角θ₂和中心点center2；否则，判定图像I_filt中水准泡刻线轮廓数不为2，给出“水准泡刻线数目不准确”的信息提示，不再进行后续处理；

所述的步骤4具体是：

在图像I_filt中，判断水准泡刻线最小外接矩形rRect1的宽度为长边或短边：若为短边，则以中心点center1为旋转中心，顺时针旋转角度|θ₁|；若为长边，则以中心点center1为旋转中心，逆时针旋转角度|90°+θ₁|；提取相对应的摆正后刻线轮廓到图像I_rotated中；再在图像I_filt中，判断水准泡刻线最小外接矩形rRect2的宽度为长边或短边：若为短边，则以中心点center2为旋转中心，顺时针旋转角度|θ₂|；若为长边，则以中心点center2为旋转中心，逆时针旋转角度|90°+θ₂|；提取相对应的摆正后刻线轮廓到图像I_rotated中；

所述的步骤5具体是：

在图像I_rotated中进行轮廓检测，寻找两水准泡刻线轮廓并求取其最小外接矩形顶点坐标(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)、(x₄,y₄)和最小外接矩形宽度b_I，其中，I＝1,2；

所述的步骤6具体是：

对图像I_rotated中(x₁,y₁)至(x₄,y₄)区域进行从左往右、从上往下的逐行扫描，获取每行像素值均为1的连续像素组成的刻线短1行程d_i，其中，i＝1,2,3,…,N，再将得到的短1行程与步骤5得到的最小外接矩形宽度b_I相比得到行程占比p_i，其中，i＝1,2,3,…,N；如果短1行程在最小外接矩形中的行程占比p_i小于某个阈值A，即：

p_i<A (2)

则该短1行程可能为水准泡刻线的不规则边缘，需剔除；反之，如果短1行程在最小外接矩形中的行程占比p_i大于等于某个阈值A，即：

p_i≥A (3)

则该短1行程为水准泡刻线内宽度的有效行程；将n行有效短1行程进行累加后求取平均值得到像素平面的水准泡刻线宽度d_I，其中，I＝1,2，即：

所述的步骤7具体是：

根据步骤6得到的像素平面的水准泡刻线宽度d_I，单位为pixel，和所得图像标定结果Res，单位为mm/pixel，可计算得到水准泡刻线物理宽度d_R，单位为mm，即：

d_R＝d_I×Res (5)。

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