s算法。
[0082] (4)应用Matlab数字图像处理技术，完成GUI操作界面设计，实现测量结果可视化。
[0083]操作界面中设计主菜单包括:数据采集、数据计算、三维模拟图显示、测量结果显 示四部分。在数据采集按键中显示输入被检测平板尺寸大小，并显示测量的平板截面。根据 不同大小的平板给出建议采用的测量点数，按测量点逐步测量各点数据。数据采集完成，点 击数据处理按键后由数据处理模块计算出测量结果。在三维模拟图中采用计算各测量点至 理想平面的距离的方法，模拟出各测量点偏离理想平面的距离，能直观看到平面的平面度 偏差分布情况。
[0084] (5)智能CCD平面度测量的实验，根据提出的测量原理在实验平台上进行实验。
[0085] (6)由于误差的存在，需要利用各种方法对实验结果进行误差分析。
[0086] 首先由于光学成像产生的误差，为了减少误差系统采用CCD图像传感器，减少图像 畸变现象;其次由于软件计算方法误差，系统所采用的图像测量方法同样会引入误差，分析 方法的好坏，软件编写的优劣程度都是影响系统测量误差的原因。在之前图像预处理的过 程中，实际上是不存在一种理想的处理方法使图像达到理想的分割效果，因此实验得到的 边缘并不是与现实一模一样的间隙边缘，由此在计算过程中将引入误差。
[0087] (7)运用激光系统实现直线校准测量。
[0088] (8)实现友好的人机界面。
[0089] 光电及数字图像技术在平面度检查中的应用
[0090] 高精度图像传感器输出信号，分别由图像采集系统完成图像信号的采样量化，并 由统一的接口电路交由计算机进行图像处理与分析，所得测量结果显示在监视器上。
[0091] 数字图像处理技术及实际表面拟合三维图
[0092] 数字图像处理过程中图像采集通过硬件部分来实现，首先驱动图像采集卡控制摄 像机曝光以摄取零件图像，然后经图像采集卡将采集到的模拟信号转换为数字信号并输入 到主机内存中。图像处理和平面度测量属于检测系统的软件部分，首先采用有效的图像处 理方法对采集的图像进行预处理，然后通过特征检测、平面度测量得到最终结果。
[0093] 平面度的评定方法有贴切法、简易法、最小二乘法和最小区域法。贴切法只适用于 小平面;简易法评定平面度误差，数据处理简单，但得到的平面度误差值偏大;最小区域法 评定平面度误差，完全符合平面度的定义，但过程比较麻烦；最小二乘法来评定平面度误 差，所得结果比最小区域法要稍大一些，但比简易法却要精确的多，而且计算机编程易实 现。因此拟采用最小二乘法进行数据处理。表1是本项目前期工作中实际测量的一组数据：
[0094] 表1 单位:_
[0095]
[0096] 表1中的z是平面度（flatness)公差，是指实际平面对理想平面所允许的变动全 量，其公差带为两平行平面之间的空间。
[0097] 平面度的测量方法有直接测量法和间接测量法。直接测量法是将被测实际表面与 理想平面直接进行对比，两者之间的线值距离即为平面度误差，如用于测量小平面的平晶 干涉法。
[0098] 本项目拟采用间接测量法，即通过测量实际表面上若干个点的相对高度差或相对 倾斜角，然后再换算成以线值表示的平面度误差。也就是先给出一个参考基准平面，然后再 测量出工件待测平面上的一系列点相对于基准参考平面的高度差值，再对这些数值进行数 据处理以求出满足或近似满足平面度定义的平面度误差值。
[0099]同样以表1为例，图2是我们测量平面度的直观示意图，图3是我们采用最小二乘法 拟合出的工件表面实际三维图像，从而使工件表面平整度三维逼真再现，从而是平面度的 检测更加便捷、准确。
[0100]本设计选取的是MV-VS130FM/FC高分辨率黑白/彩色工业数字CCD摄像机。摄像机 能够通过外部信号触发控制图像采集，图像质量较高，颜色还原性好，以IEEE 1394作为输 出，CPU资源占用少，信号稳定，工业在线检测、计算机视觉等领域得到广泛应用。而且该产 品有明显的价格优势，正是大众消费经济型器件，参数完全满足系统要求，比CMOS数字相 机，无论是静态米集还是动态米集，均可以得到无变形的尚质图像。MV-VS130FM摄像机相关 技术参数如下：
[0101] 表2 MV-VS130FM摄像机相关技术参数
[0102]
[0103] 该CCD编程环境：彩色：Win2000/XP;黑白：Win2000/XP，LINUX; 16、MV-VS130FM/ FC1394高分辨率工业数字CCD相机开发包:VCSDK、DirectX、Twain接口。
[0104] 采用最新的CCD感光芯片，150万象素，彩色，l/2-inch，3 · 2umX 3 · 2um;
[0105] 遵循USB2 · 0标准（480Mbits/sec);
[0106] 信噪比：46dB;
[0107] 动态范围：61dB;
[0108] 工作温度：0~50°C;
[0109] 工作距离：0~6m;
[0110] 低照度：lLux;
[0111] 以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的 保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
【主权项】
1. 基于图像处理的平面度检测系统，其特征在于，由依次连接的图像采集模块、图像处 理模块、数据处理模块及图像成像模块组成;其中，图像采集模块包括一位于被测平板上方 的反射镜、光源摄像头及图像采集卡，光源发出激光，由被测面反射后经反射镜进入摄像 头，通过入射光与出射光夹角算出平面上两点间的角度值，在图像成像模块中显示出角度 示值的刻线； 之后，图像采集模块完成图像成像模块所显示刻线的采集工作，将采集的图像数据进 行去除噪音干扰、图像锐化、灰度变换预处理，确定图像中信号有无，将无用的信息去除，增 强有用的特征信息，将不完整的特征信息修复复原； 图像处理模块:将预处理完成的图像再进行图像处理，通过去噪声、去干扰，增强处理、 图像复原将原始图像加工成便于计算机识别的图像，之后通过图像识别对图像处理后的可 用图像进行特征提取、分类、分析； 数据处理模块：图像处理后的数据由数据采集卡送至数据处理模块，数据处理模块将 图像处理后的数据通过平面度计算公式，计算出各采集点相对于理想平面的距离偏差，并 算出平面度误差值，同时数据处理模块中由三位图像拟合，直观看出平面的误差分布情况。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像采集模块通过CCD工业摄像机摄 取平面测试件反射光线图像，经USB接口输出，进入Matlab图像处理系统，完成图像滤波、去 噪、二值化和特征参数提取的处理过程，最后由操作界面显示测量结果数据和被测平面三 维示意图。3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像采集模块测量的角度在图像上反 应为两条刻线的距离，CCD摄像头安装在成像模块的读数窗口上，成像模块的光照度足够用 于CCD摄像机图像的摄取，CCD的工作是捕捉成像模块中刻线图像，图像摄取后CCD数据由图 像采集卡完成数据的传输工作，采集卡选用MV-800工业高清图像采集卡。4. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像处理模块与数据处理模块中，图 像处理是将图像中刻线的宽度以及刻线与起始位置的距离计算出来，CCD摄取的原始图像 为几条刻线，将图像中成像模块背景图像的反光作用以及背景中细微线纹进行图像噪音去 除，针对不同的噪声成分采用不同的去噪方法使得预处理图像更理想。
【专利摘要】基于图像处理的平面度检测系统，由依次连接的图像采集模块、图像处理模块、数据处理模块及图像成像模块组成；其中，图像采集模块包括一位于被测平板上方的反射镜、光源摄像头及图像采集卡，光源发出激光，由被测面反射后经反射镜进入摄像头，通过入射光与出射光夹角算出平面上两点间的角度值，在图像成像模块中显示出角度示值的刻线；通过对检测数据进行CCD图像信息采集、数据转换传入计算机，在MATLAB环境下，分析处理数据并对被测平面进行三维仿真，最终为测量工作提供快捷而有效的检测平台。
【IPC分类】G01B11/30
【公开号】CN105509659
【申请号】CN201510833549
【发明人】张强, 王平均, 王梅琴, 郑卫华
【申请人】淮安市计量测试所
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年11月25日...