CN112361977A - 一种基于权重分配的直线间距测量方法 - Google Patents

一种基于权重分配的直线间距测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于权重分配的直线间距测量方法，包括如下步骤：S1：在待测图像中的两条平行直线各选取一个区域；S2：选用Canny边缘提取法对两个区域分别进行边缘检测，得到两个边缘图像；S3：分别遍历两个区域的边缘图像中的所有点，得到点集A、B；S4：对点集A、B中的所有点分别进行最小二乘直线拟合，得到直线A1、B1；S5：以直线A1为参考，为点集A中的所有点分配权重；S6：根据点集A中所有点与直线B1的距离与每个点对应的权重计算得到直线A1、B1的间距。本发明可有效剔除边缘噪声点，按照权重分配的方式对边缘点进行筛选分组，降低了常规机器视觉技术中存在的测量误差，有效的提高了直线间距测量的精度和稳定性。

Description

一种基于权重分配的直线间距测量方法
技术领域
本发明属于视觉测量领域，具体涉及一种基于权重分配的直线间距测量方法。
背景技术
近年来，随着自动化生产的快速发展，对于产品尺寸测量的要求越来越高。传统的手工测量精度低、效率低下，且测出的产品良率存在不稳定性。机器视觉测量是指利用相机获取待测物体图像，并结合图像处理算法进行待测目标几何信息的测量方式。机器视觉以非接触、通用性强、易于实现自动化等优点，目前已经得到了广泛应用。利用机器视觉技术的常规直线间距测量方法为：边缘检测-霍夫直线检测或最小二乘法直线拟合-直线方程计算-直线间距测量，但由于某些产品边缘不明确，导致直线检测过程中噪声点较多，直线方程计算不准确，间距测量存在一定误差，且测量结果稳定性较差。
发明内容
为降低由于某些产品边缘不明确带来的测量误差，本发明提供了一种基于权重分配的直线间距测量方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于权重分配的直线间距测量方法，包括如下步骤：
S1：在待测图像中的两条平行直线各选取一个区域；
S2：选用Canny边缘提取法对两个区域分别进行边缘检测，得到两个边缘图像；
S3：分别遍历两个区域的边缘图像中的所有点，得到点集A、B；
S4：对点集A、B中的所有点分别进行最小二乘直线拟合，得到直线A1、B1；
S5：以直线A1为参考，为点集A中的所有点分配权重；
S6：根据点集A中所有点与直线B1的距离与每个点对应的权重计算得到直线A1、B1的间距。
在上述方案的基础上，进一步地有，步骤S2中的边缘检测方法具体包括：
计算图像中的梯度，并将梯度幅值归一化到0～255的范围，设置高阈值tH和低阈值tL，tH＝2*tL，且0≤tL，tH≤255，提取目标边缘的边缘点。
在上述方案的基础上，进一步地有，步骤S5为点集A中的所有点分配权重的依据为：
点集A中的所有点到直线A1的距离值的加权平均数。
在上述方案的基础上，进一步地有，步骤S5为点集A中的所有点分配权重前，还需要舍弃一部分点，得到点集
Figure BDA0002770819130000021
筛选点的依据为：
点集A中的所有点到直线A1的距离值的中位数。
在上述方案的基础上，进一步地有，步骤S5中参考直线的选择依据为：
点集A、B中所有点分别到直线A1、B1的距离值的标准差的大小。
步骤S5参考直线的选择包括如下步骤：
S501：计算点集A中所有点到直线A1的距离，得到距离值集A2；计算点集B中所有点到直线B1的距离，得到距离值集B2；
S502：计算距离值集A2中所有值的标准差б1，计算距离值集B2中所有值的标准差б2；
S503：比较标准差б1和标准差б2的大小，选择标准差更大的距离值所对应的直线作为参考直线。
在上述方案的基础上，进一步地有，步骤S5包括子步骤：
S51：以直线A1为参考，计算点集A中所有点到直线A1的距离，得到距离值集A2，及所有距离值的中位数a；
S52：判断距离值集A2中的所有值是否小于中位数a，若否则舍弃该值，得到筛选后的距离值集
Figure BDA0002770819130000031
S53：求解距离值集
Figure BDA0002770819130000032
中所有值的加权平均数b，判断距离值集
Figure BDA0002770819130000033
中的所有值是否小于加权平均数b，若是则为该值在点集A中对应的点分配权重a1，否则为该值在点集A中对应的点分配权重a2。
在上述方案的基础上，进一步地有，步骤S5还包括子步骤：
S051：计算点集A中所有点到直线A1的距离，得到距离值集A2；计算点集B中所有点到直线B1的距离，得到距离值集B2；
S052：计算距离值集A2中所有值的标准差б1，计算距离值集B2中所有值的标准差б2；
S053：比较标准差б1和标准差б2的大小，选择标准差更大的距离值所对应的直线作为参考直线；
S054：设定步骤S053得到的参考直线为A1，计算距离值集A2中所有距离值的中位数a；
S055：判断距离值集A2中的所有值是否小于中位数a，若否则舍弃该值，得到筛选后的距离值集
Figure BDA0002770819130000034
S056：求解距离值集
Figure BDA0002770819130000035
中所有值的加权平均数b，判断距离值集
Figure BDA0002770819130000036
中的所有值是否小于加权平均数b，若是则为该值在点集A中对应的点分配权重a1，否则为该值在点集A中对应的点分配权重a2。
在上述方案的基础上，进一步地有，步骤S6还包括子步骤：
S61：分别计算点集A中权重为a1的点到直线B1距离值的平均数L1、权重为a2的点到直线B1的距离值的平均数L2；
S62：计算直线A1、B1之间的距离L：
L＝a1*L1+a2*L2。
与现有技术相比，本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明可有效剔除边缘噪声点，以直线的标准差为依据在两条待测直线之间选择参考直线，减少除参考直线外的另一条直线拟合精度带来的影响；按照权重分配的方式对边缘点进行筛选分组，通过对边缘点的筛选分配，使所有有效的边缘点都能参与计算，降低了常规机器视觉技术中存在的测量误差，有效的提高了直线间距测量的精度和稳定性。
附图说明
结合附图，可以得到对本发明实施例的进一步理解，从本发明的权利要求和优选实施例的以下描述可以获得本发明的其它特征和优点。在不超出本发明的范围的情况下，在这种情况下可以按任何期望的方式将图中所示的不同实施例的单独特征加以组合。在附图中：
图1为实施例2的方法流程图；
图2为实施例3的方法流程图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
在本实施例中，一种基于权重分配的直线间距测量方法，包括如下步骤：
S1：在待测图像中的两条平行直线各选取一个ROI(感兴趣区域)；
S2：选用Canny边缘提取法对两个区域分别进行边缘检测，得到两个边缘图像；
S3：分别遍历两个ROI区域的边缘图像中的所有点，得到点集A、B；
S4：对点集A、B中的所有点分别进行最小二乘直线拟合，得到直线A1、B1；
S51：以直线A1为参考，计算点集A中所有点到直线A1的距离，得到距离值集A2，及所有距离值的中位数a；
S52：判断距离值集A2中的所有值是否小于中位数a，若否则舍弃该值，得到筛选后的距离值集
Figure BDA0002770819130000051
S53：求解距离值集
Figure BDA0002770819130000052
中所有值的加权平均数b，判断距离值集
Figure BDA0002770819130000053
中的所有值是否小于加权平均数b，若是则为该值在点集A中对应的点分配权重a1，否则为该值在点集A中对应的点分配权重a2。
S61：分别计算点集A中权重为a1的点到直线B1距离值的平均数L1、权重为a2的点到直线B1的距离值的平均数L2；
S62：通过公式L＝a1*L1+a2*L2，按照权重分配的方法来计算直线A1、B1之间的距离L。
本实施例可有效剔除边缘噪声点，按照权重分配的方式对边缘点进行筛选分组，降低了常规机器视觉技术中存在的测量误差，有效的提高了直线间距测量的精度和稳定性。
为了进一步实现本发明的目的，本发明还提出了第二个实施例。
实施例2：
本发明可用于测量手机屏产品的长度和宽度。以长度计算为例，如图1所示，本实施例的步骤如下：
①首先通过相机采集得到产品图像，在手机屏图像的宽度方向上各选取一个ROI(感兴趣区域)，记为ROI_Left和ROI_Right；
②分别对两个ROI区域进行Canny边缘检测，得到两个边缘图像；
③遍历两个边缘图像中的所有点，记为P_Left，P_Right；
④根据P_Left和P_Right对两个ROI区域中的手机屏边缘进行最小二乘直线拟合，得到两条直线的方程Line1：A1x+B1y+C1＝0，Line2：A2x+B2y+C2＝0；
⑤以Line1为参考，计算P_Left中所有点到Line1的距离
Figure BDA0002770819130000061
所有距离值的中位数记为DisMedian；
⑥判断Disi与DisMedian的关系，两者差值大于0的点舍弃，所有小于0的点记为Pc_Left，求解Pc_Left中所有点到该直线距离值的加权平均数T；
Figure BDA0002770819130000062
其中n为Pc_Left中所有点的个数，x1,x2…xk为所有相同距离值的数值，n1,n2…nk对应x1,x2…xk出现的次数，且n1+n2+…nk＝n；
⑦判断Pc_Left中所有点到该直线的距离与T的关系，大于T的点分配权重为a1，小于T的点分配权重为a2，a1+a2＝1，0<a1<1，0<a2<1；
⑧分别计算两种权重中的所有点到另外一条直线的距离
Figure BDA0002770819130000063
Figure BDA0002770819130000064
平均值记为L1，L2，
Figure BDA0002770819130000065
其中k1、k2表示权重为a1和a2的点的个数；
⑨按权重分配计算出手机屏宽度方向上两直线间距L＝a1L1+a2L2；
使用上述技术方案对自动化生产车间中的手机屏产品进行长度和宽度的测量，共测试100组数据，与人工复检的结果相比，本实施例中算法的平均测量误差在0.02mm以内，重复精度在0.005mm以内，测量精度较高，具有较好的应用前景。
为了进一步实现本发明的目的，本发明还提出了第三个实施例。
实施例3：
本发明中算法同样可应用于部分精密量块的尺寸测量，主要是测量量块的宽度，如图2所示，本实施例的步骤如下：
①首先通过相机采集得到量块图像，在量块图像的长度方向上各选取一个ROI，记为ROI_Left和ROI_Right，并分别对两个ROI区域进行Canny边缘检测，去除大部分噪声点，得到两个边缘图像；
②遍历两个边缘图像中的所有点，记为P_Left，P_Right；
③根据P_Left和P_Right对两个ROI区域中的手机屏边缘进行最小二乘直线拟合，得到两条直线的方程Line1：A1x+B1y+C1＝0，Line2：A2x+B2y+C2＝0；
④分别计算P_Left中所有点到Line1的距离
Figure BDA0002770819130000071
P_Right中所有点到Line2的距离
Figure BDA0002770819130000072
⑤分别计算Line1和Line2中所有距离值的平均值
Figure BDA0002770819130000073
Figure BDA0002770819130000074
其中n1，n2分别对应P_Left和P_Right中所有点的个数；之后分别计算Line1和Line2中所有距离值的标准差
Figure BDA0002770819130000075
Figure BDA0002770819130000076
⑥判断STD1和STD2的关系，选择标准差较大的直线作为参考直线，减少除参考直线外的另一条直线拟合精度带来的影响，参考直线对应的所有距离值的中位数记为DisMedian；
⑦判断参考直线中每一个距离值与DisMedian的关系，两者差值大于0的点舍弃，剔除参与拟合参考直线所有点中的边缘噪声点，所有小于0的点记为Pc_Left，求解Pc_Left中所有点到该直线距离值的加权平均数T；
Figure BDA0002770819130000081
其中n为Pc_Left中所有点的个数，x1,x2…xk为所有相同距离值的数值，n1,n2…nk对应x1,x2…xk出现的次数，且n1+n2+…nk＝n；
⑧判断Pc_Left中所有点到该直线的距离与T的关系，大于T的点分配权重为a1，小于T的点分配权重为a2，通过对边缘点的筛选分配，使所有有效的边缘点都能参与计算，减少测量误差，a1+a2＝1，0<a1<1，0<a2<1；
⑨分别计算参考直线中两种权重中的所有点到另外一条直线的距离
Figure BDA0002770819130000082
平均值记为L1，L2，
Figure BDA0002770819130000083
Figure BDA0002770819130000084
其中A、B、C为除参考直线外的另一条直线的参数，k1、k2表示权重为a1和a2的点的个数；
⑩按权重分配计算出精密量块的宽度为L＝a1L1+a2L2；
本实施例对2级精密量块进行宽度的测量，共测试100组数据，与量块的标准宽度相比，本发明中算法的平均测量误差在0.005mm以内，重复精度在0.002mm以内，测量精度较高，具有较好的应用前景。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于权重分配的直线间距测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在待测图像中的两条平行直线各选取一个区域；
S2：选用Canny边缘提取法对两个区域分别进行边缘检测，得到两个边缘图像；
S3：分别遍历两个区域的边缘图像中的所有点，得到点集A、B；
S4：对点集A、B中的所有点分别进行最小二乘直线拟合，得到直线A1、B1；
S5：以直线A1为参考，为点集A中的所有点分配权重；
S6：根据点集A中所有点与直线B1的距离与每个点对应的权重计算得到直线A1、B1的间距。
2.根据权利要求1所述的一种基于权重分配的直线间距测量方法，其特征在于，所述步骤S2中的边缘检测方法具体包括：
计算图像中的梯度，并将梯度幅值归一化到0～255的范围，设置高阈值tH和低阈值tL，tH＝2*tL，且0≤tL，tH≤255，提取目标边缘的边缘点。
3.根据权利要求1所述的一种基于权重分配的直线间距测量方法，其特征在于，所述步骤S5为点集A中的所有点分配权重的依据为：
点集A中的所有点到直线A1的距离值的加权平均数。
4.根据权利要求1所述的一种基于权重分配的直线间距测量方法，其特征在于，所述步骤S5为点集A中的所有点分配权重前，还需要舍弃一部分点，得到点集
Figure FDA0002770819120000011
筛选点的依据为：
点集A中的所有点到直线A1的距离值的中位数。
5.根据权利要求1所述的一种基于权重分配的直线间距测量方法，其特征在于，所述步骤S5中参考直线的选择依据为：
点集A、B中所有点分别到直线A1、B1的距离值的标准差的大小。
6.根据权利要求1所述的一种基于权重分配的直线间距测量方法，其特征在于，所述步骤S5中参考直线的选择包括如下步骤：
S501：计算点集A中所有点到直线A1的距离，得到距离值集A2；计算点集B中所有点到直线B1的距离，得到距离值集B2；
S502：计算距离值集A2中所有值的标准差б1，计算距离值集B2中所有值的标准差б2；
S503：比较标准差б1和标准差б2的大小，选择标准差更大的距离值所对应的直线作为参考直线。
7.根据权利要求1所述的一种基于权重分配的直线间距测量方法，其特征在于，所述步骤S5还包括子步骤：
S51：以直线A1为参考，计算点集A中所有点到直线A1的距离，得到距离值集A2，及所有距离值的中位数a；
S52：判断距离值集A2中的所有值是否小于中位数a，若否则舍弃该值，得到筛选后的距离值集
Figure FDA0002770819120000021
S53：求解距离值集
Figure FDA0002770819120000022
中所有值的加权平均数b，判断距离值集
Figure FDA0002770819120000023
中的所有值是否小于加权平均数b，若是则为该值在点集A中对应的点分配权重a1，否则为该值在点集A中对应的点分配权重a2。
8.根据权利要求1所述的一种基于权重分配的直线间距测量方法，其特征在于，所述步骤S5还包括子步骤：
S051：计算点集A中所有点到直线A1的距离，得到距离值集A2；计算点集B中所有点到直线B1的距离，得到距离值集B2；
S052：计算距离值集A2中所有值的标准差б1，计算距离值集B2中所有值的标准差б2；
S053：比较标准差б1和标准差б2的大小，选择标准差更大的距离值所对应的直线作为参考直线；
S054：设定步骤S053得到的参考直线为A1，计算距离值集A2中所有距离值的中位数a；
S055：判断距离值集A2中的所有值是否小于中位数a，若否则舍弃该值，得到筛选后的距离值集
Figure FDA0002770819120000031
S056：求解距离值集
Figure FDA0002770819120000032
中所有值的加权平均数b，判断距离值集
Figure FDA0002770819120000033
中的所有值是否小于加权平均数b，若是则为该值在点集A中对应的点分配权重a1，否则为该值在点集A中对应的点分配权重a2。
9.根据权利要求7所述的一种基于权重分配的直线间距测量方法，其特征在于，所述步骤S6还包括子步骤：
S61：分别计算点集A中权重为a1的点到直线B1距离值的平均数L1、权重为a2的点到直线B1的距离值的平均数L2；
S62：计算直线A1、B1之间的距离L：
L＝a1*L1+a2*L2。
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