CN115876108B - 内径测量方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及测量技术领域，具体涉及一种内径测量方法、装置及计算机可读存储介质。该方法包括：获取由图像采集模块采集的待测件内壁上的光斑图像；确定光斑图像在像素坐标系中的像素坐标参数；将像素坐标参数转换成世界坐标系中的世界坐标参数；以及根据世界坐标参数计算光斑图像的直径，并将光斑图像的直径作为待测件的内径。本申请提供的内径测量方法、装置及计算机可读存储介质通过图像采集模块获取待测件内壁上的光斑图像，并通过计算该光斑的图像的直径，便能够得出待测件内壁的直径，实现了不接触待测件的内壁便测量出了待测件的内径，避免了因为测量工具与待测件之间的接触所导致对待测件的损坏，并提高了测量精度。

Description

内径测量方法、装置及计算机可读存储介质

技术领域

本申请涉及测量技术领域，具体而言，涉及一种内径测量方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术

在工业生产中，对零件的几何量测量是产品质量管理的必要手段，是零件加工的一个重要环节，通过对零件的形状、尺寸和所处姿态进行测量和分析，可以判断被测零件是否合格，并针对不合格零件分析其缺陷产生的原因，并改进对应的生产工艺，最终做到提高生产力和生产效率。因此，有必要对零件内壁直径，也即是内径进行测量。

目前，常用的零件内径测量方式多为通过游标卡尺、千分尺、卡规、塞规等测量工具进行尺寸和形位误差的测量，或者使用专门定制的零件尺寸标准模板来进行对比测量。然而，现有技术中的内径测量方式会对被测零件造成伤害。

发明内容

本申请实施例的目的在于一种内径测量方法、装置及计算机可读存储介质，通过获取待测件内壁上的光斑图像并对其进行图像处理，得出待测件的内径，以解决现有技术中对待测件内径测量时造成的伤害。

第一方面，本申请实施例提供了一种内径测量方法，包括：获取由图像采集模块采集的待测件内壁上的光斑图像；确定所述光斑图像在像素坐标系中的像素坐标参数；将所述像素坐标参数转换成世界坐标系中的世界坐标参数；以及根据所述世界坐标参数计算所述光斑图像的直径，并将所述光斑图像的直径作为所述待测件的内径。

上述内径测量方法，通过图像采集模块获取待测件内壁上的光斑图像，并通过计算该光斑的图像的直径，便能够得出待测件内壁的直径。实现了不接触待测件的内壁便测量出了待测件的内径，避免了因为测量工具与待测件之间的接触所导致对待测件的损坏。并且，通过光学的方法进行测量，相较于人工操作传统的游标卡尺、千分尺、卡规、塞规等测量工具进行测量，其测量精度更高。

结合第一方面，可选地，其中，所述光斑图像由发光组件向待测件内壁投射结构光而产生。其中，所述发光组件包括与所述待测件内壁非同轴设置的激光发射器和棱镜，所述棱镜包括顶角为90度的锥透镜。

上述内径测量方法，通过采用与待测件内壁非同轴设置的激光发射器与棱镜构成的发光组件，便实现了向待测件内壁投射结构光，节省了测量时所需的零部件。此外，向待测件内壁上投射的结构光，相较于其他类型的光而言，由于结构光的较好的相干性、单一波长且能量集中，进而提高了测量的精度。

结合第一方面，可选地，其中，所述确定所述光斑图像在像素坐标系中的像素坐标参数，包括：利用平滑滤波算法对所述光斑图像进行平滑处理，得到平滑光斑图像；利用条纹中心提取算法提取所述平滑光斑图像的条纹中心线，以所述条纹中心线的像素坐标作为所述像素坐标参数；其中，所述条纹中心线的像素宽度为1。

上述内径测量方法，通过对光斑图形进行平滑处理并通过条纹中心提取算法提取光强分布峰值点构成的条纹中心线。由于条纹中心线的分布是由待测件内壁上的发光点所构成，因此，该条纹中心线的直径便能够精确表征待测件的内径。因此，进一步地提高了待测件内壁的测量精度。

结合第一方面，可选地，其中，所述利用平滑滤波算法对所述光斑图像进行平滑处理，得到平滑光斑图像，包括：利用高斯滤波函数以及所确定的卷积核大小生成所述卷积核所对应的权重值；其中，所述卷积核大小根据所述光斑图像的条纹宽度所确定；利用所述卷积核对所述光斑图像进行卷积操作，得到所述平滑光斑图像。

上述内径测量方法，通过利用高斯函数以及根据光斑图像条纹所确定的卷积核大小，所确定出用于和待进行平滑处理的光斑图像进行卷积运算，基于卷积运算所得到的各个像素点的像素所确定出的平滑光斑图像，相较于其他平滑处理方式，通过该方式处理后的图像稳定性更高，更加方便处理。进而也提高了后续所提取条纹中心线的精确度，最终提高了测量的精度。

结合第一方面，可选地，其中，所述利用条纹中心提取算法提取所述平滑光斑图像的条纹中心线，包括：利用Steger 算法提取所述平滑光斑图像的条纹中心线。

上述内径测量方法，通过Steger 算法提取平滑光斑图像的条纹中心线，由于Steger算法稳健性好，且提取出的条纹中心线精度高。进而进一步地提高了测量的精度，以及本申请所提供的内径测量方法的可靠性。

结合第一方面，可选地，其中，所述将所述像素坐标参数转换成世界坐标系中的世界坐标参数，包括：将所述像素坐标参数转换成图像坐标系中的图像坐标参数；将所述图像坐标参数转换成所述图像采集模块所对应的坐标系中的图像采集坐标参数；以及根据图像采集坐标参数与世界坐标参数的对应关系，将所述图像采集坐标参数转换成所述世界坐标参数；其中，所述像素坐标参数与世界坐标参数的对应关系的表达式为：

其中，x _w、y _w、z _w分别为所述世界坐标参数中的X _w轴、Y _w轴、Z _w轴的坐标值，M为投影矩阵，R为3×3旋转矩阵，A为3×1平移矢量，x _i 、y _i为图像坐标参数中的X_i轴、Y_i轴的坐标值，z_c为图像采集坐标参数中Z _c轴的坐标值，f为所述图像采集模块的焦距，u、v分别为所述像素坐标参数中的X_p轴、Y_p轴的坐标值，dx _i为图像坐标参数中X_i轴坐标值的微分，dy _i为图像坐标参数中Y_i轴坐标值的微分，u ₀、v ₀分别为图像坐标的坐标原点在所述像素坐标参数中X_p轴、Y_p轴的坐标值。

第二方面，本申请实施例还提供了一种内径测量装置，包括：发光组件、图像采集模块以及图像处理模块；其中，所述图像处理模块与所述图像采集模块电连接；所述发光组件配置为向待测件投射结构光；所述图像采集模块配置为：采集所述待测件内壁上的光斑图像；所述图像处理模块配置为：获取由图像采集模块采集的待测件内壁上的光斑图像；确定所述光斑图像在像素坐标系中的像素坐标参数；将所述像素坐标参数转换成世界坐标系中的世界坐标参数；以及根据所述世界坐标参数计算所述光斑图像的直径，并将所述光斑图像的直径作为所述待测件的内径。

上述内径测量方法，通过将像素坐标参数转换为世界坐标参数，实现了将光斑图像的像素坐标参数与世界坐标参数的转换，最终实现了对通过光斑条纹对待测件内径的计算。

结合第二方面，可选地，其中，所述图像采集模块的光轴与所述发光组件的光轴不共轴，所述图像采集模块的光轴与所述待测件内壁的中轴线共轴。

结合第二方面，可选地，其中，所述发光组件包括激光发射器与棱镜；所述激光发射器的光轴与所述棱镜的光轴共线；所述棱镜用于将激光发射器发射的准直光线进行折射，以形成所述光斑图像；其中，所述光斑图像为圆环形的结构光。

上述实施例，提供的内径测量装置具有与上述第一方面，或第一方面的任意一种可选的实施方式所提供的一种内径测量方法相同的有益效果，此处不作赘述。

第三方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上面描述的方法。

上述实施例，提供的计算机可读存储介质具有与上述第一方面，或第一方面的任意一种可选的实施方式所提供的一种内径测量方法相同的有益效果，此处不作赘述。

第四方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括：处理器和存储器，存储器存储有处理器可执行的机器可读指令，机器可读指令被处理器执行时执行如上面描述的方法。

上述实施例，提供的电子设备具有与上述第一方面，或第一方面的任意一种可选的实施方式所提供的一种内径测量方法相同的有益效果，此处不作赘述。

综上所述，本申请提供的内径测量方法、装置及计算机可读存储介质通过获取待测件内壁上的光斑图像并对其进行图像处理，得出待测件的内径，实现了不接触待测件的内壁便测量出了待测件的内径，避免了因为测量工具与待测件之间的接触所导致对待测件的损坏。并且，通过光学的方法进行测量，相较于人工操作传统的游标卡尺、千分尺、卡规、塞规等测量工具进行测量，其测量精度更高。并且，通过基于高斯函数的方式对光斑图像进行平滑处理，再通过Steger 算法提取平滑光斑图像的条纹中心线，提高了对待测件内径测量的稳定性，并进一步地提高了测量的精度。此外，通过采用与待测件内壁非同轴设置的激光发射器与棱镜构成的发光组件，便实现了向待测件内壁投射结构光，节省了测量时所需的零部件。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的内径测量方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的内径测量方法中步骤S140详细流程图；

图3为本申请实施例提供的光斑条纹对比图；

图4为本申请实施例提供的内径测量方法中步骤S141详细流程图；

图5为本申请实施例提供的内径测量方法中步骤S160详细流程图；

图6为本申请实施例提供的像素坐标系与图像坐标系关系图；

图7为本申请实施例提供的图像采集坐标系与图像坐标系变换关系图；

图8为本申请实施例提供的内径测量装置布局图；

图9为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”、“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

由于现有技术中的内径测量方式多为接触式测量，也即是测量工具会与待测件的内壁直接接触。而测量工具与待测件内壁的直接接触便会对待测件的内壁造成伤害。而且，现有技术中的内径测量方式主要通过人工操作进行测量，因而，由于操作时间长导致的测量效率低，以及人工操作的不稳定性导致测量出现误差。另外，人工测量的方式的人力成本也相对较高。

因此，为解决现有技术中存在的上述技术问题，本申请提供一种内径测量方法、装置及计算机可读存储介质。具体地，请参阅本申请提供的实施例及附图。

请参照图1，图1是本申请实施例提供的内径测量方法的流程图。本申请实施例提供的内径测量方法，包括：

步骤S120：获取由图像采集模块采集的待测件内壁上的光斑图像。

上述步骤S120中，图像采集模块可以是工业相机，也可以是其他类型的相机。待测件内壁上的光斑图像，可以是由激光照射到棱镜上，然后通过棱镜的折射之后照射在待测件的内壁上。

步骤S140：确定光斑图像在像素坐标系中的像素坐标参数。

上述步骤S140中，通过图像采集模块采集到该光斑图像，便能够形成对应的采集图像。由于在图像装置中，该采集图像是由像素构成的。因此，能够确定该光斑图像在图像采集模块所形成图像中的坐标参数，即图像的像素坐标。

步骤S160：将像素坐标参数转换成世界坐标系中的世界坐标参数。

上述步骤S160中，由于该光斑图像的像素坐标为二维平面上的像素坐标，因此需要将该二维平面上的像素坐标转换为三维空间中的世界坐标。

步骤S180：根据世界坐标参数计算光斑图像的直径，并将光斑图像的直径作为待测件的内径。

上述步骤S180中，在已知光斑图像世界坐标系参数的情况下，便能根据该世界坐标系参数计算出该光斑图像的直径，而该光斑图像来源于待测件的内壁，因此，该光斑图像的直径便是该待测件内壁的直径。

上述实现过程中，通过图像采集模块获取待测件内壁上的光斑图像，并通过计算该光斑的图像的直径，便能够得出待测件内壁的直径。实现了不接触待测件的内壁便测量出了待测件的内径，避免了因为测量工具与待测件之间的接触所导致对待测件的损坏。并且，通过光学的方法进行测量，相较于人工操作传统的游标卡尺、千分尺、卡规、塞规等测量工具进行测量，其测量精度更高。

在一种可选的实施方式中，光斑图像由发光组件向待测件内壁投射结构光而产生。其中，发光组件包括与待测件内壁非同轴设置的激光发射器和棱镜，所述棱镜包括顶角为90度的锥透镜。

结构光一般由激光束组成，是通过投射器投射到被测物体表面的主动结构信息，然后通过单个或多个图像采集装置采集被测表面即得结构光图像。其中，激光束是人造的纯粹光，相干性好，具有单一波长、能量集中的特点。因此，结构光作为通过图像处理进行测量，能够提高测量的精度。上述与待测件内壁非同轴设置的激光发射器和棱镜，也就意味着激光发射器与棱镜不位于待测件内壁的中轴线上，且激光发射器与棱镜所在光轴也不与该中轴线平行。如此，可以有效的避免激光发射器与棱镜对采集相机产生遮挡，进而造成计算结果不准确的状况发生。

上述顶角为90度的锥透镜，可以是形状为直径相等的圆锥形和圆柱形同轴组合所构成形状的透镜，其中，该透镜的顶角为：圆锥体底面直径与顶角连线所构成的等腰三角形的顶角。

上述实现过程中，通过采用与待测件内壁非同轴设置的激光发射器与棱镜构成的发光组件，便实现了向待测件内壁投射结构光，节省了测量时所需的零部件。此外，向待测件内壁上投射的结构光，相较于其他类型的光而言，由于结构光的较好的相干性、单一波长且能量集中，进而提高了测量的精度。

请参照图2，图2是本申请实施例提供的内径测量方法中步骤S140详细流程图。在一种可选的实施方式中，上述步骤S140，包括：

步骤S141：利用平滑滤波算法对光斑图像进行平滑处理，得到平滑光斑图像，平滑处理可以抑制图像上的多余噪声，提高后续图像处理的可靠性。

上述步骤S141中，对光斑图像进行处理的算法包括但不限于：高斯模糊、双重模糊、光圈模糊、径向模糊以及Kawase模糊，通过对光斑进行平滑处理，能够得到边界平滑的光斑图像便于后续的处理。请结合参照图3，图3是提供的光斑条纹对比图。进行平滑处理之前的光斑图像如图3中左侧所示，平滑处理之后的平滑光斑图像如图3中右侧所示。

步骤S142：利用条纹中心提取算法提取平滑光斑图像的条纹中心线，以条纹中心线的像素坐标作为像素坐标参数。其中，条纹中心线的像素宽度为1个像素。

上述步骤S142中，根据结构光分布的特性，结构光条纹的截面是符合高斯分布的，其中极值点的位置应当是位于待测件的内壁。因此，只要得出该高斯分布中极值点所形成的圆的直径，便能够得出待测件内壁的直径。通过条纹提取算法便能够提取出由高斯分布极值点所构成的条纹中心线，条纹提取算法包括但不限于：Steger算法、曲线拟合法、灰度重心法、极值法以及方向模板法。由于该条纹中心线最根本是由投射在待测件内壁上的结构光所产生，因此，该条纹中心线便是圆形。而该条纹中心线的像素宽度为1个像素，即标识在条纹中心线的宽度方向上，其仅排布了一个像素，进而通过该条纹中心线的像素坐标计算待测件的内径精确度也就最高。

上述实现过程中，通过对光斑图形进行平滑处理并通过条纹中心提取算法提取光强分布峰值点构成的条纹中心线。由于条纹中心线的分布是由待测件内壁上的发光点所构成，因此，该条纹中心线的直径便能够精确表征待测件的内径。因此，进一步地提高了待测件内壁的测量精度。

请参照图4，图4是为本申请实施例提供的内径测量方法中步骤S141详细流程图。在一种可选的实施方式中，上述步骤S141包括：

步骤S1411：利用高斯滤波函数以及所确定的卷积核大小生成卷积核所对应的权重值。其中，卷积核大小根据光斑图像的条纹宽度所确定。

上述步骤S1411中，光斑图像的条纹宽度是该光斑在宽度方向上的像素数量。示例性地，如果光斑图像的条纹宽度为5个像素，则根据该光斑图像的条纹宽度所确定的卷积核大小便是5×5，卷积核中的权重值，也即是该5×5矩阵中各矩阵元素的值通过高斯函数确定。其中，二维高斯函数的表达式为：

其中，G _σ变为卷积核中的权重值，σ为高斯函数的标准差，x、y表示的是在以该卷积核中心点为坐标原点所建立的坐标系中，各个矩阵元素的位置坐标。以5×5的卷积核、且σ=0为例，在该卷积核中，根据前面所描述的坐标系，可以得出最左上角矩阵元素的坐标参数为（3，3）、与该矩阵元素于左侧相邻的矩阵元素的坐标参数为（2，3）……以此类推便可得出该卷积核中所有矩阵元素的坐标参数。并将其逐个代入上述二维高斯函数可得到该卷积核的具体权重值为：

步骤S1412：利用卷积核对光斑图像进行卷积操作，得到平滑光斑图像。

上述步骤S1412中，从构成光斑图像的所有像素中依次选取与该卷积核大小一致的矩阵，矩阵中各元素的取值便是对应像素点的像素值。用该矩阵与上述卷积核进行卷积运算，便能够得出处理后平滑图像中各像素点的像素值，根据该像素点的像素值便能够得出上述平滑光斑图像。

上述实现过程中，通过利用高斯函数以及根据光斑图像条纹所确定的卷积核大小，所确定出用于和待进行平滑处理的光斑图像进行卷积运算，基于卷积运算所得到的各个像素点的像素所确定出的平滑光斑图像，相较于其他平滑处理方式，其模糊的品质与稳定性相对较高。进而也提高了后续所提取条纹中心线的精确度，最终提高了测量的精度。

在一种可选的实施方式中，上述步骤S142包括：

步骤S1421：利用Steger 算法提取平滑光斑图像的条纹中心线。

上述步骤S1421中，Steger 算法是基于Hessian矩阵得到图像中光条纹的法线方向，图像中点的法线方向由该点的Hessian矩阵最大特征值的绝对值对应的特征向量给出，通过在法线方向上求极值点得到光条纹中心的亚像素位置。

上述实现过程中，通过Steger 算法提取平滑光斑图像的条纹中心线，由于Steger算法稳健性好，且提取出的条纹中心线精度高。进而进一步地提高了测量的精度，以及本申请所提供的内径测量方法的可靠性。

请参照图5，图5是为本申请实施例提供的内径测量方法中步骤S160详细流程图。在一种可选的实施方式中，上述步骤S160包括：

步骤S161：像素坐标参数转换成图像坐标系中的图像坐标参数。

上述步骤S161中，像素坐标系转换图像坐标系，像素坐标系和图像坐标系都在成像平面上，只是各自的原点和度量单位不一样，关系图如图6，图6是本申请实施例提供的像素坐标系与图像坐标系关系图。O ₀为像素坐标系的坐标原点，其坐标轴分别X _p轴、Y _p轴。由于(u，v)只代表像素的列数与行数，而像素在图像中的位置并没有用物理单位表示出来，所以建立以物理单位(如毫米)表示的图像坐标系X _i-Y _i。将相机光轴与图像平面的交点定义为该坐标系的原点，且X _i轴与X _p轴平行，Y _i轴与Y _p轴平行，假设(u ₀，v ₀)代表O ₁在X _p -Y _p坐标系下的坐标，u ₀、v ₀分别为图像坐标的坐标原点在像素坐标参数中X _p轴、Y _p轴的坐标值，dx _i为图像坐标参数中X_i轴坐标值的微分，dy _i为图像坐标参数中Y_i轴坐标值的微分，则图像中的每个像素在X _p -Y _p坐标系中的坐标(u，v)和在X _i -Y _i坐标系中的坐标(x _i，y _i)的转换关系用矩阵的形式表述如下：

步骤S162：将图像坐标参数转换成图像采集模块所对应的坐标系中的图像采集坐标参数。

上述步骤S162中，图像坐标系转换图像采集模块所对应的图像采集坐标参数，相机成像的几何关系可由图7表示，图7是本申请实施例提供的图像采集坐标系与图像坐标系变换关系图。其中O _c点为摄像机光心(投影中心)，X _c轴和Y _c轴与图像坐标系的x _i轴和y _i轴平行，Z _c轴为摄像机的光轴，和图像平面垂直。光轴与图像平面的交点为图像的主点O ₁，由点O _c与X _c、Y _c、Z _c轴组成的直角坐标系称为图像采集坐标参数。O ₁为图像采集模块的焦点。点P(x _c，y _c，z _c)由通过投影中心的光线投影到图像平面上，其中，x _c、y _c、z _c分别为X _c、Y _c、Z _c轴的坐标值。相应的图像点为p(x _i，y _i)，根据相似三角形原理可得出的转换矩阵方程如下：

其中，f为图像采集模块的焦距。

步骤S163：根据图像采集坐标参数与世界坐标参数的对应关系，将图像采集坐标参数转换成世界坐标参数。

上述步骤S163中，所述的图像采集坐标参数转换世界坐标系中，世界坐标系的引入是为了可以正确计算待测零件的直径，因为待测零件是处在三维空间中的，而采集到的图像是处在二维平面中，因此需要将二维坐标转为三维坐标才能正确计算待测零件的直径。平移向量A与旋转矩阵R可以用来表示图像采集坐标参数与世界坐标系的关系。所以，假设空间点P在世界坐标系下的齐次坐标是(x _w，y _w，z _w，1)A，在相机坐标下的齐次坐标是(x _c，y _c，z _c，1)A，则世界坐标系与图像采集坐标参数之间的转换关系矩阵方程如下：

其中R为3×3旋转矩阵，A为3×1平移矢量。

最终，像素坐标参数与世界坐标参数的对应关系的表达式为：

其中，M为投影矩阵。

上述实现过程中，通过将像素坐标参数转换为世界坐标参数，实现了将光斑图像的像素坐标参数与世界坐标参数的转换，最终实现了对通过光斑条纹对待测件内径的计算。

请参照图8，图8是本申请实施例提供的内径测量装置布局图。基于同样的发明构思，本申请实施例提供一种内径测量装置，包括：发光组件、图像采集模块以及图像处理模块；图像处理模块与图像采集模块电连接；发光组件配置为向待测件内壁投射结构光；图像采集模块配置为：采集待测件内壁上的光斑图像；图像处理模块配置为：获取由图像采集模块采集的待测件内壁上的光斑图像；确定光斑图像在像素坐标系中的像素坐标参数；将像素坐标参数转换成世界坐标系中的世界坐标参数；以及根据世界坐标参数计算光斑图像的直径，并将光斑图像的直径作为待测件的内径。

在图8中，X _c、Y _c、Z _c以及O _c分别表示该图像采集模块所对应坐标系中的坐标轴和坐标原点。P’(u，v，1)为图像采集模块所采的集图像中，待转换坐标像素点在像素坐标中的坐标参数，P(x _w，y _w，z _w)为该待转换坐标像素点P’(u，v，1)在光斑图像中所对应的图像点在世界坐标系中的坐标参数。

请继续参照图8，在一种可选的实施方式中，图像采集模块的光轴与发光组件的光轴不共轴，所述图像采集模块的光轴与所述待测件内壁的中轴线共轴。

上述图像采集模块的光轴与发光组件的光轴不共轴，能够解决其共轴产生的视野遮挡问题，同时可以减少由于测量时装置振动带来的误差。

请继续参照图8，在一种可选的实施方式中，发光组件包括激光发射器与棱镜；激光发射器的光轴与棱镜的光轴共线；棱镜用于将激光发射器发射的准直光线进行折射，以形成光斑图像。其中，光斑图像为圆环形的结构光。

上述内径测量装置，仅用一个激光发射器与棱镜，在合适的位置关系下就形成了结构光的投射，相对于现有技术节省了耗材。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上的方法。

其中，计算机可读存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory，简称SRAM），电可擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM），可擦除可编程只读存储器（Erasable Programmable Read Only Memory，简称EPROM），可编程只读存储器（Programmable Red-Only Memory，简称PROM），只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

基于同样的发明构思，请参见图9，图9是本申请实施例提供的电子设备900的结构示意图。电子设备900可以包括存储器911、存储控制器912、处理器913、外设接口914、输入输出单元915、显示单元916。本领域普通技术人员可以理解，图9所示的结构仅为示意，其并不对电子设备900的结构造成限定。例如，电子设备900还可包括比图9中所示更多或者更少的组件，或者具有与图9所示不同的配置。

上述的存储器911、存储控制器912、处理器913、外设接口914、输入输出单元915及显示单元916各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。上述的处理器913用于执行存储器中存储的可执行模块。

其中，存储器911可以是，但不限于，随机存取存储器（Random Access Memory，简称RAM），只读存储器（Read Only Memory，简称ROM），可编程只读存储器（ProgrammableRead-Only Memory，简称PROM），可擦除只读存储器（Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EPROM），电可擦除只读存储器（Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EEPROM）等。其中，存储器911用于存储程序，所述处理器913在接收到执行指令后，执行所述程序，本申请实施例任一实施例揭示的过程定义的电子设备900所执行的方法可以应用于处理器913中，或者由处理器913实现。

上述的处理器913可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器913可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(digital signalprocessor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

上述的外设接口914将各种输入/输出装置耦合至处理器913以及存储器911。在一些实施例中，外设接口914，处理器913以及存储控制器912可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。

上述的输入输出单元915用于提供给用户输入数据。所述输入输出单元915可以是，但不限于，鼠标和键盘等。

上述的显示单元916在电子设备900与用户之间提供一个交互界面（例如用户操作界面）或用于显示图像数据给用户参考。在本实施例中，所述显示单元可以是液晶显示器或触控显示器。若为触控显示器，其可为支持单点和多点触控操作的电容式触控屏或电阻式触控屏等。支持单点和多点触控操作是指触控显示器能感应到来自该触控显示器上一个或多个位置处同时产生的触控操作，并将该感应到的触控操作交由处理器进行计算和处理。

本实施例中的电子设备900可以用于执行本申请实施例提供的各个方法中的各个步骤。

综上所述，本申请提供的内径测量方法、装置及计算机可读存储介质通过获取待测件内壁上的光斑图像并对其进行图像处理，得出待测件的内径，实现了不接触待测件的内壁便测量出了待测件的内径，避免了因为测量工具与待测件之间的接触所导致对待测件的损坏。并且，通过光学的方法进行测量，相较于人工操作传统的游标卡尺、千分尺、卡规、塞规等测量工具进行测量，其测量精度更高。并且，通过基于高斯函数的方式对光斑图像进行平滑处理，再通过Steger 算法提取平滑光斑图像的条纹中心线，提高了对待测件内径测量的稳定性，并进一步地提高了测量的精度。此外，通过采用与待测件内壁非同轴设置的激光发射器与棱镜构成的发光组件，便实现了向待测件内壁投射结构光，节省了测量时所需的零部件。通过采用标准环形规对本申请提供的内径测量方法、装置及计算机可读存储介质进行验证，验证结果如表1所示：

表1

从表1中可以看出本申请的重复性精度可以达到0.014mm左右，测量的精度相当的高，完全符合实际测量要求。

本申请实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请实施例的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请实施例各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

以上的描述，仅为本申请实施例的可选实施方式，但本申请实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请实施例揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请实施例的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种内径测量方法，其特征在于，包括：

获取由图像采集模块采集的待测件内壁上的光斑图像；

确定所述光斑图像在像素坐标系中的像素坐标参数；

将所述像素坐标参数转换成世界坐标系中的世界坐标参数；以及

根据所述世界坐标参数计算所述光斑图像的直径，并将所述光斑图像的直径作为所述待测件的内径；

其中，所述光斑图像由发光组件向待测件内壁投射结构光而产生；所述发光组件包括与所述待测件内壁非同轴设置的激光发射器和棱镜；

所述确定所述光斑图像在像素坐标系中的像素坐标参数，包括：

利用平滑滤波算法对所述光斑图像进行平滑处理，得到平滑光斑图像；

利用条纹中心提取算法提取所述平滑光斑图像的条纹中心线，以所述条纹中心线的像素坐标作为所述像素坐标参数；其中，所述条纹中心线的像素宽度为1。

2.根据权利要求1所述的内径测量方法，其特征在于，其中，所述棱镜包括顶角为90度的锥透镜。

3.根据权利要求1所述的内径测量方法，其特征在于，所述利用平滑滤波算法对所述光斑图像进行平滑处理，得到平滑光斑图像，包括：

利用高斯滤波函数以及所确定的卷积核大小生成所述卷积核所对应的权重值；其中，所述卷积核大小根据所述光斑图像的条纹宽度所确定；

利用所述卷积核对所述光斑图像进行卷积操作，得到所述平滑光斑图像。

4.根据权利要求1所述的内径测量方法，其特征在于，所述利用条纹中心提取算法提取所述平滑光斑图像的条纹中心线，包括：

利用Steger 算法提取所述平滑光斑图像的条纹中心线。

5.根据权利要求1所述的内径测量方法，其特征在于，所述将所述像素坐标参数转换成世界坐标系中的世界坐标参数，包括：

将所述像素坐标参数转换成图像坐标系中的图像坐标参数；

将所述图像坐标参数转换成所述图像采集模块所对应的坐标系中的图像采集坐标参数；以及

根据图像采集坐标参数与世界坐标参数的对应关系，将所述图像采集坐标参数转换成所述世界坐标参数；

其中，所述像素坐标参数与世界坐标参数的对应关系的表达式为：

其中，x _w、y _w、z _w分别为所述世界坐标参数中的X _w轴、Y _w轴、Z _w轴的坐标值，M为投影矩阵，R为3×3旋转矩阵，A为3×1平移矢量，x _i 、y _i为图像坐标参数中的X_i轴、Y_i轴的坐标值，z_c为所述图像采集坐标参数中Z _c轴的坐标值，f为所述图像采集模块的焦距，u、v分别为所述像素坐标参数中的X_p轴、Y_p轴的坐标值，dx _i为图像坐标参数中X_i轴坐标值的微分，dy _i为图像坐标参数中Y_i轴坐标值的微分，u ₀、v ₀分别为图像坐标的坐标原点在所述像素坐标参数中X_p轴、Y_p轴的坐标值。

6.一种内径测量装置，其特征在于，包括：发光组件、图像采集模块以及图像处理模块；

其中，所述图像处理模块与所述图像采集模块电连接；

所述发光组件配置为向待测件内壁投射结构光；

所述图像采集模块配置为：采集所述待测件内壁上的光斑图像；

所述图像处理模块配置为：获取由图像采集模块采集的待测件内壁上的光斑图像；确定所述光斑图像在像素坐标系中的像素坐标参数；将所述像素坐标参数转换成世界坐标系中的世界坐标参数；以及根据所述世界坐标参数计算所述光斑图像的直径，并将所述光斑图像的直径作为所述待测件的内径；

所述图像采集模块的光轴与所述发光组件的光轴不共轴，所述图像采集模块的光轴与所述待测件内壁的中轴线共轴；

在所述确定所述光斑图像在像素坐标系中的像素坐标参数的过程中，所述图像处理模块具体配置为：利用平滑滤波算法对所述光斑图像进行平滑处理，得到平滑光斑图像；利用条纹中心提取算法提取所述平滑光斑图像的条纹中心线，以所述条纹中心线的像素坐标作为所述像素坐标参数；其中，所述条纹中心线的像素宽度为1。

7.根据权利要求6所述的内径测量装置，其特征在于，所述发光组件包括激光发射器与棱镜；

所述激光发射器的光轴与所述棱镜的光轴共线；

所述棱镜用于将激光发射器发射的准直光线进行折射，以形成所述光斑图像；其中，所述光斑图像为圆环形的结构光。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至5任一所述的内径测量方法。