CN113008267B - 基于图像处理技术的水平尺极限倾斜合格检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像处理技术的水平尺极限倾斜合格检测系统及方法，本发明系统包括工业相机、远心镜头、光源、水平尺、PC机和管水准器。通过工业相机捕捉管水准器的原始图像，先对图像进行旋转α角度的操作，将图像的刻度线由倾斜变为竖直状态。之后对图像进行预处理，包括滤波、阈值处理以及膨胀操作，再对图像的一侧进行内外刻度线的搜索。基于搜索到的内外刻度线像素坐标值对整幅图像进行切割，获取感兴趣的ROI区域。再对分割后的区域进行轮廓提取，若找到水泡轮廓则进一步找到水泡外轮廓右端极限点的像素坐标值，水泡的右端极限点在ROI区域内则表明该水平尺极限倾斜合格，反之表明不合格。本发明提高水平尺检测的效率及精度。

Description

基于图像处理技术的水平尺极限倾斜合格检测系统及方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，主要特征是在倾斜角为α的工作台上，检测水平尺管水准器中水泡位置是否合格，具体涉及一种基于图像处理技术的水平尺极限倾斜合格检测系统及方法。

背景技术

水平尺带有管水准器，被广泛应用于检验、测量、划线、设备安装以及工业工程的施工。每个水平尺出厂之前都要进行精度合格检测，符合标准的水平尺才能使用。然而，大批量的水平尺需要进行精度检测，数量多，检测的精度较高，难度较大。

目前主要是通过工人肉眼检测水平尺管水准器的位置精度，不仅劳动强度大、效率低，而且易发生主观的检测错误，出厂合格率低，不稳定，且耗时耗力。管水准器由于尺寸较小，故而即使有较大的偏差肉眼还是难以识别，因此检测精度很低。

基于图像处理技术的水平尺管水准器精度检测技术的优点是设备成本低、结构简单并且使用方便，可以得到精度很高的检测结果，而且直观可读性好；可以解决传统水平尺水准器位置精度检测效率低、精度低等缺点。

水平尺是一款检验测量工具，因此有着很高的精度要求，不仅需要检测在水平工作台上的水泡位置精度，还要检测在一定倾斜角度下的水泡位置精度，但是由于管水准器的尺寸小，人工检测精度低；目前，在水平工作台上检测水泡位置精度已有具体的检测方法，但是检测在α角度下的水泡位置是否合格还没有一个成熟的解决方法，因此，需要设计一种能够检测在倾斜工作台上的水平尺是否合格的系统，以提高水平尺检测的效率及精度。

发明内容

基于实际情况中存在的一些问题，本发明提供一种基于图像处理技术的水平尺极限倾斜合格检测系统及方法。

为达到上述发明目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于图像处理技术的水平尺极限倾斜合格检测系统包括工业相机、远心镜头、光源、水平尺、PC机和管水准器，所述的工业相机与所述的PC机之间通过光缆等数据传输线连接；同时将工业相机、远心镜头以及光源固定安装，对于单个水平尺来说，使用时调整水平尺的位置，让工业相机成像清晰，并且镜头对准管水准器，然后进行检测，图像处理系统对工业相机拍摄的图像进行处理，并将检测的结果以及水平尺的实时图像显示在PC机的显示屏中。

作为优选方案，所述的图像处理系统主要用于对采集的图像进行预处理及轮廓检测，判断水平尺管水准器在倾角为α的工作台上时，水泡的端点是否在管水准器一侧的内外刻度线之间，是则表明产品合格，反之则不合格；所述的PC机显示屏主要用于实时显示水平尺管水准器中的水泡位置，并将检测结果可视化的展示在界面上。

一种基于图像处理技术的水平尺极限倾斜合格检测方法，采用上述基于图像处理技术的水平尺极限倾斜合格检测系统进行操作，操作步骤如下：

①将水平尺摆放在具有一定角度α的工作台上，调整检测系统，使管水准器清晰成像；

②对于单张图像来说，PC机接收到图像，图像处理系统先对图像进行旋转操作，将倾斜的刻度线变换成竖直状态，然后对旋转后的图像进行预处理，包括滤波、阈值处理以及膨胀操作；

③在步骤②的基础上，通过像素遍历的方式从原始图像的Row/2行对管水准器的一侧进行内外刻度线的搜索，此处以右侧为例，得到右侧内刻度线的右边列像素坐标值c_l1以及右侧外刻度线左边列像素坐标值C_l2；同时通过C_l1的值往上遍历，寻找管水准器中与液体相接触的圆柱管壁顶端的行像素坐标值R₁；

④基于步骤③中搜索到的内外刻度线像素坐标值C_l1、C_l2以及顶端像素坐标值R₁，对整幅图像进行切割，获取所需要的ROI区域，之后再对分割后的区域进行轮廓提取，获取轮廓周长为第二长的轮廓---轮廓2，最长的轮廓为图像的轮廓，此为在ROI区域内的水泡轮廓，对该轮廓进行像素遍历，找到水泡最右端点的列像素坐标值P，若C_l1＜P＜C_l2，则表明在倾角为α的工作台上，水泡的右端点ROI区域内，此时该水平尺符合要求，极限倾斜检测合格，反之表明不合格。

作为优选方案，所述步骤①中，工作台不是水平工作台，而是倾斜角为α的工作台，将水平尺摆放在工作台上时，需要调整水平尺的位置，使管水准器清晰成像。

作为优选方案，所述步骤②中，图像处理系统对图像先对工业相机拍摄的照片进行旋转操作，反向调整α角度，将图像中内外刻度线从倾斜状态调整至竖直状态，再进行下一步操作。

作为优选方案，所述步骤③中，图像处理系统对图像进行刻度线检测，是检测管水准器一侧的内外刻度线，而不是检测左右两侧的刻度线，检测到一侧内外刻度线后对图像进行切割，再进行轮廓提取操作。

作为优选方案，一种基于图像处理技术的水平尺极限倾斜合格检测方法，采用上述系统进行操作，操作步骤如下：

步骤1：对于单张图像来说，PC机接收到图像，图像处理系统先对图像进行旋转操作，将倾斜的刻度线变换成竖直状态，然后对旋转后的图像进行预处理，包括滤波、阈值处理以及膨胀操作；

步骤2：在步骤1的基础上，通过像素遍历的方式从原始图像的Row/2行对管水准器的一侧进行内外刻度线的搜索，此处以右侧为例，得到右侧内刻度线的右边列像素坐标值C_l1以及右侧外刻度线左边列像素坐标值C_l2；同时通过C_l1的值往上遍历，寻找管水准器中与液体相接触的圆柱管壁顶端的行像素坐标值R₁；

步骤3：基于步骤2中搜索到的内外刻度线像素坐标值C_l1，C_l2以及顶端像素坐标值R₁，对整幅图像进行切割，获取所需要的ROI区域，之后再对分割后的区域进行轮廓提取，获取轮廓周长为第二长的轮廓，最长的轮廓为图像的轮廓，此为在ROI区域内的水泡轮廓，对该轮廓进行像素遍历，找到水泡最右端点的列像素坐标值P，若C_l1＜P＜C_l2，则表明在倾角为α的工作台上，水泡的右端点ROI区域内，此时该水平尺符合要求，极限倾斜检测合格，反之表明不合格。

作为优选方案，所述的工业相机采用面阵相机，且有着以下两个要求：一个是高分辨率，另一个是高帧率：

1.高分辨率：主要是为了提高拍摄图像的清晰度，因此图像检测的精度高，检测结果更加准确；

2.高帧率：主要是为了提高检测的实时性，能实时的检测水泡的位置变化，因此需要高的帧率。

作为优选方案，所述的光源位于水平尺的后方，相机成像质量的高低取决于两个因素，一个是工业相机分辨率；另一个就是光源的强弱。目的是让工业相机拍摄的图像更加清晰，减少噪音的影响，方便后续的图像处理，提高检测的精度。

作为优选方案，所述的镜头采用远心镜头，由于管水准器上的刻度线是环形线，本发明采用远心镜头，目的是利用其超低畸变以及独有的平行光设计，使得拍摄的刻度线不会出现重影，并且能减小镜头畸变对检测结果的影响。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著的技术进步：

1.本发明主要由两个大模块组成：一个是图像采集模块；另一个是图像数据处理模块：图像采集模块：由光源、工业相机和镜头组成，主要用来采集水平尺管水准器部分的图像数据；图像处理模块：主要是对工业相机采集的图像进行下一步的处理，通过图像处理的技术来计算分析水泡的端点是否在管水准器一侧的内外刻度线中间，并将最后的检测结果在显示器上显示出来。

2.本发明在倾斜角为α的工作台上，检测水平尺管水准器中水泡位置是否合格，能够检测在倾斜工作台上的水平尺是否合格的系统，以提高水平尺检测的效率及精度。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图。

图2为本发明实施例的水平尺摆放示意图。

图3为本发明实施例的整体流程图。

图4为本发明实施例的水平尺管水准器部分实物图。

图5为本发明实施例的图像处理流程图。

图6为本发明实施例工业相机拍摄的管水准器部分图像。

图7为本发明实施例在图6基础上进行旋转一定角度的管水准器部分图像。

图8为本发明实施例在图7基础上进行图像切割获得的ROI区域图像。

图9为本发明实施例进行轮廓提取得到的轮廓。

具体实施方案

下面结合附图详述优选实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例一

参见图1，一种基于图像处理技术的水平尺极限倾斜合格检测系统，包括工业相机1、远心镜头2、光源3、水平尺4、PC机5和管水准器7，所述的工业相机1与所述的PC机4之间通过光缆等数据传输线连接；同时将工业相机1、远心镜头2以及光源3固定安装，对于单个水平尺4来说，使用时调整水平尺4的位置，让工业相机1成像清晰，并且镜头对准管水准器7，然后进行检测，图像处理系统对工业相机1拍摄的图像进行处理，并将检测的结果以及水平尺4的实时图像显示在PC机的显示屏中。

本实施例能够检测在倾斜工作台上的水平尺是否合格的系统，以提高水平尺检测的效率及精度。

实施例二

本实施例基于图像处理技术的水平尺极限倾斜合格检测系统，用于对采集的图像进行预处理及轮廓检测，判断水平尺管水准器在倾角为α的工作台上时，水泡的端点是否在管水准器一侧的内外刻度线之间，是则表明产品合格，反之则不合格；所述PC机5的显示屏主要用于实时显示水平尺管水准器中的水泡位置，并将检测结果可视化的展示在界面上。

本实施例基于图像处理技术的水平尺极限倾斜合格检测系统的图像采集模块：由光源、工业相机和镜头组成，主要用来采集水平尺管水准器部分的图像数据；本实施例系统的图像处理模块：主要是对工业相机采集的图像进行下一步的处理，通过图像处理的技术来计算分析水泡的端点是否在管水准器一侧的内外刻度线中间，并将最后的检测结果在显示器上显示出来。

实施例三

参见图3，一种基于图像处理技术的水平尺极限倾斜合格检测方法，采用上述系统进行操作，其特征在于操作步骤如下：

①将水平尺4摆放在具有一定角度α的工作台上，调整检测系统，使管水准器7清晰成像；

②对于单张图像来说，PC机5接收到图像，图像处理系统先对图像进行旋转操作，将倾斜的刻度线变换成竖直状态，然后对旋转后的图像进行预处理，包括滤波、阈值处理以及膨胀操作；

③在步骤②的基础上，通过像素遍历的方式从原始图像的Row/2行对管水准器7的一侧进行内外刻度线的搜索，此处以右侧为例，得到右侧内刻度线11的右边列像素坐标值C_l1以及右侧外刻度线12左边列像素坐标值C_l2；同时通过C_l1的值往上遍历，寻找管水准器中与液体相接触的圆柱管壁顶端的行像素坐标值R₁；

④基于步骤③中搜索到的内外刻度线像素坐标值C_l1、C_l2以及顶端像素坐标值R₁，对整幅图像进行切割，获取所需要的ROI区域13，之后再对分割后的区域进行轮廓提取，获取轮廓周长为第二长的轮廓---轮廓2，最长的轮廓为图像的轮廓，此为在ROI区域内的水泡轮廓，对该轮廓进行像素遍历，找到水泡最右端点的列像素坐标值P，若C_l1＜P＜C_l2，则表明在倾角为α的工作台上，水泡的右端点ROI区域内，此时该水平尺符合要求，极限倾斜检测合格，反之表明不合格。

本实施例方法能够检测在倾斜工作台上的水平尺是否合格的系统，以提高水平尺检测的效率及精度。

实施例四

本发明可以应用在实际生活中，在水平尺检测车间，预先将工作台的角度调整为α，再将水平尺放在工作台上，通过工业相机获取的实时图像，调整水平尺的位置，使得镜头对准管水准器的水泡部分，并让图像尽可能的清晰，稳定后的检测结果即为最后结果，能直观看到该水平尺极限倾斜检测是否合格----在一定的倾角α状态下，水泡端点位于管水准器内外刻度线之内。本实施例能够检测在倾斜工作台上的水平尺是否合格的系统，以提高水平尺检测的效率及精度。

实施例五

本发明的图像处理系统对获取到的原始图像进行处理的步骤是：

步骤1：对工业相机捕获的原始图像(Src)，取其上半部分图像，如图6所示，先对其进行旋转操作得到图像(Src1)，如图7所示，此时管水准器中的刻度线由原先倾斜状态变为竖直状态，再对Src1进行一系列的预处理操作，先进行中值滤波操作，目的是去除图像中的噪声，然后进行阈值操作，将图像转化为二值图像，此处的阈值是固定阈值，因为在实际造作中发现自适应阈值的效果不是很好，因此采用固定阈值，最后进行膨胀操作进一步去除图像中的微小区域以及无用的边角瑕疵图像信息，得到预处理后的图像(Temp)；

步骤2：经过步骤1得到图像(Temp)后；可以对图像的一侧进行刻度线的查找，通过像素遍历的方式找到管水准器一侧的内外刻度线，此处以右侧为例，为了能正确的遍历到右侧的内外侧刻度线，可以调整相机和被测水平尺的相对位置，使拍摄到的水平尺上的管水准器尽量居于整幅图像的中间位置。假设原始图像(Src)的总行数为Row，总列数为C_ol，则遍历的起点为然后向右侧进行遍历查找，先找到右侧内刻度线11的右边列像素坐标值C_l1以及右侧外刻度线12左边列像素坐标值C_l2；同时通过C_l1的值往上遍历，寻找管水准器中与液体相接触的圆柱管壁顶端的行像素坐标值R₁；

步骤3：在步骤2的基础上，得到ROI区域的几个关键坐标点，为了提高检测要求，降低检测结果的误差，因此对C_l1、C_l2，R₁的值进行适当的修改，使得图像切割的区域更加符合检测的ROI区域。然后对图像(Temp)进行切割，得到ROI区域13，如图8所示，得到ROI区域矩形左上端点坐标为(R₁，C_l1)，右下端点坐标为此区域即为进行轮廓提取操作的部分。

步骤4：在步骤3的基础上，对ROI区域进行轮廓提取，如图9所示，这样可以避免提取到大量的无用轮廓，且便于快速而准确的定位出水泡外轮廓，提高检测效率。有两条或两条以上轮廓，通过比较分析，轮廓周长最长的一条为图像的外轮廓；第二长的轮廓为水泡的外轮廓，为目标轮廓。因此通过轮廓周长大小对比得到水泡的外轮廓(轮廓2)，再对水泡的外轮廓进行像素遍历，得到水泡最右端点的列像素坐标值P，若C_l1＜P＜C_l2，则表明在倾角为α的工作台上，水泡的右端点在此区域内，此时该水平尺符合要求，检测合格，反之表明不合格。

综上所述，上述实施例基于图像处理技术的水平尺极限倾斜合格检测系统包括工业相机、远心镜头、光源、水平尺、PC机和管水准器。本方法是通过工业相机捕捉管水准器的原始图像，原始图像包含管水准器上的刻度线以及内部水泡的图像，先对图像进行旋转α角度的操作，将图像的刻度线由倾斜变为竖直状态。之后对图像进行预处理，包括滤波、阈值处理以及膨胀操作等，在此基础上再对图像的一侧进行内外刻度线的搜索。基于搜索到的内外刻度线像素坐标值对整幅图像进行切割，获取感兴趣的ROI区域。之后再对分割后的区域进行轮廓提取，若找到水泡轮廓则进一步找到水泡外轮廓右端极限点的像素坐标值，水泡的右端极限点在ROI区域内则表明该水平尺极限倾斜合格，反之表明不合格。上述实施例能够检测在倾斜工作台上的水平尺是否合格的系统，以提高水平尺检测的效率及精度。

上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于图像处理技术的水平尺极限倾斜合格检测系统，包括工业相机(1)、远心镜头(2)、光源(3)、水平尺(4)、PC机(5)和管水准器(7)，其特征在于：所述的工业相机(1)与所述的PC机(4)之间通过光缆等数据传输线连接；同时将工业相机(1)、远心镜头(2)以及光源(3)固定安装，对于单个水平尺(4)来说，使用时调整水平尺(4)的位置，让工业相机(1)成像清晰，并且镜头对准管水准器(7)，然后进行检测，图像处理系统对工业相机(1)拍摄的图像进行处理，并将检测的结果以及水平尺(4)的实时图像显示在PC机(5)的显示屏中；

所述基于图像处理技术的水平尺极限倾斜合格检测系统实施水平尺极限倾斜合格检测方法，操作步骤如下：

①将水平尺(4)摆放在具有一定角度α的工作台上，调整检测系统，使管水准器(7)清晰成像；

②对于单张图像来说，PC机(5)接收到图像，图像处理系统先对图像进行旋转操作，将倾斜的刻度线变换成竖直状态，然后对旋转后的图像进行预处理，包括滤波、阈值处理以及膨胀操作；

③在步骤②的基础上，通过像素遍历的方式从原始图像的Row/2行对管水准器(7)的一侧进行内外刻度线的搜索，此处以右侧为例，得到右侧内刻度线(11)的右边列像素坐标值C_l1以及右侧外刻度线(12)左边列像素坐标值C_l2；同时通过C_ll的值往上遍历，寻找管水准器中与液体相接触的圆柱管壁顶端的行像素坐标值R₁；

④基于步骤③中搜索到的内外刻度线像素坐标值C_l1、C_l2以及顶端像素坐标值R₁，对整幅图像进行切割，获取所需要的ROI区域(13)，之后再对分割后的区域进行轮廓提取，获取轮廓周长为第二长的轮廓---轮廓2，最长的轮廓为图像的轮廓，此为在ROI区域内的水泡轮廓，对该轮廓进行像素遍历，找到水泡最右端点的列像素坐标值P，若C_l1＜P＜C_l2，则表明在倾角为α的工作台上，水泡的右端点ROI区域内，此时该水平尺符合要求，极限倾斜检测合格，反之表明不合格。

2.根据权利要求1所述基于图像处理技术的水平尺极限倾斜合格检测系统，其特征在于：用于对采集的图像进行预处理及轮廓检测，判断水平尺管水准器在倾角为α的工作台上时，水泡的端点是否在管水准器一侧的内外刻度线之间，是则表明产品合格，反之则不合格；所述PC机(5)的显示屏主要用于实时显示水平尺管水准器中的水泡位置，并将检测结果可视化的展示在界面上。