计算机视觉技术跨视场精确测量矩形零件尺寸的方法
【专利摘要】本发明公开了计算机视觉技术跨视场精确测量矩形零件尺寸的方法，包括：将待测矩形零件放置于矩形基准块上，使得对称轴O与对称轴O’相互平行或者相互成一定的夹角α，且0°≤α<15°；确保零件不超出矩形基准块的边缘；利用矩形基准块中线段EE’、FF’、GG’、HH’、EF的长度，结合利用预先设置的计算机图像处理程序精确检测的线段EI、I’E’、FJ、J’F’、GK、K’G’、HP、P’H’长度，计算待测矩形零件的边缘线尺寸。本发明检测结果的精度高，且降低了检测系统的成本，可应用于精确测量矩形零件尺寸。
【专利说明】计算机视觉技术跨视场精确测量矩形零件尺寸的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机视觉精确测量领域，特指ー种计算机视觉技术跨视野精确测量矩形零件尺寸的方法。
【背景技术】
[0002]エ业产品零件的实测尺寸是判断其质量的重要依据，控制零件的尺寸在设计的误差范围内是保证成品品质的重要手段。目前，エ业产品零件尺寸的检测包括接触式測量方法和非接触式測量方法两大类。接触式測量方法主要有游标卡尺、千分尺、三坐标测量仪等，此类测量方法的结果虽然准确，但是测量过程耗时费力，容易碰伤、刮伤产品零件的表面，难以满足エ业大生产的需求。非接触式測量方法主要有激光测量法和计算机视觉测量法，此类测量方法具有重现性好，检测速度快，容易实现在线检测等优势；其中计算机视觉測量方法能够对产品零件表面的多个尺寸參数进行同时检测，已被广泛运用于エ业产品零件的尺寸检测。
[0003]目前，计算机视觉已被用于精确检测固定视场内待测对象的细微特征。专利“ー种高精度显微疲劳试验机”(申请号:200810207563.2)公开了ー种利用计算机视觉检测微观裂纹尺寸的方法。该方法通过显微镜放大视场内试样疲劳裂纹区域的图像，经相机拍摄该视场下的图像并送入计算机，通过图像处理技木精确测量视场内试样裂纹的长度。当整条待测裂纹没有超出显微镜的视场时，该方法能够精确的測量裂纹的长度；当待测裂纹的某个部分超出了显微镜的视场时，则该方法难以测量裂纹的长度，因此该方法不能精确检测超出固定视场区域的细微特征。
[0004]在利用计算机视觉进行精确测量时，为了有效的捕捉试样的局部特征，相机或者显微镜的视场大小往往是受限的，视场的长或宽一般为2_?5_，而待测的特征參数如产品零件的长度、宽度、厚度等往往超出相机或显微镜的视场区域，如何跨视场精确检测上述特征參数是计算机视觉测量领域的难点。针对这ー问题，专利“ー种零件视觉检测装置”(申请号:200910079737.6)公开了ー种计算机视觉跨视场检测零件表面缺陷及形貌尺寸的装置。该装置利用CCD相机与放大物镜等组成成像系统，将待测零件固定于位移台上，同时检测装置设有记录位移台移动距离的检测系统。该装置通过位移台将零件的边缘区域连续的送入成像系统的视场内，最終通过成像系统拍摄的零件边缘图像和位移检测系统记录的移动距离计算出零件的形貌尺寸。由于该装置的測量精度不仅与零件边缘图像的视觉识别精度有关，而且与位移检测系统对机械位移台行程的记录精度密切相关，因此不能实现高精度測量。专利“一种数码位移測量仪”(申请号:201120026446.3)公开了ー种利用多个相机联用进行计算机视觉高精度测量的方法。该方法首先获取各个相机视场内待测对象局部区域的图像信息，然后利用图像拼接技术将各个相机获取的局部区域图像拼接成一幅待测对象的全景图像，进而利用计算机视觉技术对待测对象进行高精度測量。虽然该检测装置的測量精度不会受到机械位移台的影响，但是当待测參数比相机视场大几十倍、上百倍、甚至更多时，需要几十、上百甚至更多相机的联用才能完成測量，容易导致检测成本偏高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供计算机视觉技术跨视场精确測量矩形零件尺寸的方法，以实现对矩形零件的尺寸进行精确测量。
[0006]为了消除机械位移台对测量精度的影响以及有效控制检测系统的成本，本发明采用的技术方案如下:
[0007]本发明是基于计算机视觉技术跨视野精确测量矩形零件尺寸的装置，包括矩形基准块ABCD、待测矩形零件A’ B’ C’ D’、视觉成像系统、计算机、机械位移台组成；
[0008]所述矩形基准块AB⑶的长宽比与待测矩形零件A’ B’ C’ D’标准件的长宽比相同，且矩形基准块AB⑶的面积比待测矩形零件A’ B’ C’ D’标准件的面积大5%-20% ;在矩形基准块AB⑶上设置有两条水平方向的參考线EE’和FF’以及两条垂直方向的參考线GG’和HH’，且參考线EE’的长度Lee,、參考线FF’的长度Lff,、參考线GG’的长度Lre,、參考线HH’的长度Lhh，、參考点E和參考点F之间的长度Lef、參考点G和參考点H之间的长度Lra、矩形基准块AB⑶的四条边缘线ム8、8(:、-、04的长度‘、1-、1-、1-均为已知；虚线0为矩形基准块ABCD在垂直方向的对称轴；
[0009]所述待测矩形零件A’ B’ C’ D’在垂直方向的对称轴为虚线0’;所述视觉成像系统由相机、镜头、光源、图像采集卡和数据传输线组成，且视觉成像系统固定安装于机械位移台上；所述的计算机内置预先开发的图像处理程序，能够获取、存储、处理视觉成像系统获取的图像；所述机械位移台能够携带视觉成像系统沿着设定的路径在矩形基准块ABCD的上方做水平运动。
[0010]基于计算机视觉技术跨视场精确測量矩形零件尺寸的方法，其特征在于包括以下步骤:
[0011]步骤一，将待测矩形零件A’ B’ C’ D’放置于矩形基准块AB⑶上，使得对称轴0与对称轴0’相互平行或者相互成一定的夹角a，i0° ( a〈15° ；
[0012]步骤ニ，检查待测矩形零件A’B’C’D’的任何部分是否超出矩形基准块AB⑶的边缘，具体分以下三个过程:
[0013]过程一，机械位移台携帯视觉成像系统在距离矩形基准块AB⑶上表面2mm-200mm的水平面内沿着A — B — C — D — A运动一周，移动的过程中视觉成像系统连续拍摄矩形基准块AB⑶的四条边缘线AB、BC、⑶、DA的图像，并存储于计算机；
[0014]过程ニ，计算机通过对矩形基准块AB⑶的四条边缘线AB、BC、⑶、DA的图像进行处理，判断边缘线AB、BC 、⑶、DA是否被待测矩形零件A’ B’ C’ D’覆盖；
[0015]过程三，如果边缘线AB、BC、⑶、DA的任何一点被待测矩形零件A’ B’ C’ D’覆盖，则返回步骤ー；如果边缘线AB、BCXD、DA的任何一点均没有被待测矩形零件A’ B’ C’ D’覆盖，则进入步骤三；
[0016]步骤三，机械位移台携帯视觉成像系统在距离矩形基准块AB⑶上表面2mm-200111111的水平面内移动，分别获取參考线￡￡’、？？’、66’、冊’未被待测矩形零件A’ B，C，D’覆盖部分的图像，共拍摄8幅图像，拍摄过程使得线段E1、I’ E’、FJ、J’ F’、GK、K’ G’、HP、P’ H’完整出现在视觉成像系统的视场中。其中1、1’分别为參考线EE’与待测矩形零件边缘线A’ D’、B’ C’的交叉点，J、J’分别为參考线FF’与待测矩形零件边缘线A’ D’、B’ C’的交叉点，K、K’分别为參考线GG’与待测矩形零件边缘线A’ B’、D’ C’的交叉点，P、P’分别为參考线HH’与待测矩形零件边缘线A’ B’、D’ C’的交叉点；
[0017]步骤四，利用预先设置的计算机图像处理程序精确检测步骤三8幅图像中的线段长度，分别得到线段EI的长度Le1、线段I’E’的长度Li>e，、线段FJ的长度L?、线段J’F’的长度b，F，、线段GK的长度Lff1、线段K’ G’的长度Lrs，、线段HP的长度Lhp、线段P’H’的长度 LP’ H，；
[0018]步骤五，利用矩形基准块AB⑶中线段EE’、FF’、GG’、HH’、EF的长度，结合步骤四中得到的线段E1、I’ E’、FJ、J’ F’、GK、K’ G’、HP、P’ H’的长度，计算待测矩形零件A’ B’ C’ D’
的边缘线尺寸La，b，和La，d’ ；
[0019]所述待测矩形零件A’ B’ C’ D’的边缘线尺寸LA，B，和LA，D，分以下两种方式计算:
[0020]方式一:当满足条件
【权利要求】
1.计算机视觉技术跨视场精确測量矩形零件尺寸的方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤一，将待测矩形零件A’ B’ C’ D’放置于矩形基准块AB⑶上，使得对称轴O与对称轴0’相互平行或者相互成一定的夹角a，i0° ( a <15° ； 步骤ニ:检查待测矩形零件A’ B’ C’ D’的任何部分，确保不超出矩形基准块ABCD的边缘； 步骤三,机械位移台携带视觉成像系统在距离矩形基准块AB⑶上表面2mm-200mm的水平面内移动，分别获取參考线EE’、FF’、GG’、HH’未被待测矩形零件A’ B’ C’ D’覆盖部分的图像，共拍摄8幅图像，拍摄过程使得线段E1、I’ E，、FJ、J，F，、GK、K，G’、HP、P’ H，完整出现在视觉成像系统的视场中；1、1’分别为參考线EE’与待测矩形零件边缘线A’ D’、B’ C’的交叉点，J、J’分别为參考线FF’与待测矩形零件边缘线A’ D’、B’ C’的交叉点，K、K’分别为參考线GG’与待测矩形零件边缘线A’ B’、D’ C’的交叉点，P、P’分别为參考线HH’与待测矩形零件边缘线A’ B’、D’ C’的交叉点； 步骤四，利用预先设置的计算机图像处理程序精确检测步骤三中所述8幅图像中的线段长度，分别得到线段EI的长度Le1、线段I’ E’的长度Lu，、线段FJ的长度L?、线段J’ F’的长度b，F，、线段GK的长度Lff1、线段K’ G’的长度Lrs，、线段HP的长度Lhp、线段P’H’的长度Lp.H，； 步骤五，利用矩形基准块AB⑶中线段EE’、FF’、GG’、HH’、EF的长度，结合步骤四中得到的线段E1、I’ E，、FJ、J，F，、GK、K，G，、HP、P，H，的长度，计算待测矩形零件A’ B，C，D，的边缘线尺寸La，b，和La，d’。
2.如权利要求1所述的计算机视觉技术跨视场精确测量矩形零件尺寸的方法，其特征在于所述步骤ニ进ー步具体为: 过程一，机械位移台携带视觉成像系统在矩形基准块AB⑶上表面2mm-200mm的水平面沿着A — B — C — D — A运动一周，移动的过程中视觉成像系统连续拍摄矩形基准块AB⑶的四条边缘线AB、BC、⑶、DA的图像，并存储于计算机； 过程ニ，计算机通过对矩形基准块AB⑶的四条边缘线AB、BC、⑶、DA的图像进行处理，判断边缘线AB、BC、⑶、DA是否被待测矩形零件A’ B’ C’ D’覆盖； 过程三，如果边缘线AB、BC、⑶、DA的任何一点被待测矩形零件A’ B’ C’ D’覆盖，则返回步骤ー；如果边缘线AB、BC、⑶、DA的任何一点均没有被待测矩形零件A’ B’ C’ D’覆盖，则进入步骤三。
3.如权利要求1所述的计算机视觉技术跨视场精确测量矩形零件尺寸的方法，其特征在于:所述步骤五中待测矩形零件A’ B’ C’ D’的边缘线尺寸LA，B，和LA，D，分以下两种方式计算:
方式一，当满足条件；
【文档编号】G01B11/00GK103438803SQ201310426502
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】殷晓平, 李鹏飞, 石吉勇, 邹小波, 黄晓玮 申请人:苏州晓创光电科技有限公司, 江苏大学