专利名称：铁塔构件孔的形位尺寸非接触光电检测方法
技术领域：
本发明是一种利用传动编码技术、光电检测技术和图像处理技术非接触检测大型工件孔 的形位尺寸的方法，属于光电检测技术领域。
背景技术：
输电铁塔构件主要是条状钢材，如角钢，构件之间的固定方式为在构件上打孔，然后用 螺栓固定，而是否漏打，孔的行为尺寸如何，通常采用人工的方式检测，如采用大型卡尺等
在现有技术中，歩进电机与传动编码技术、CCD摄像技术与计算机图像处理技术的结合， 己经成为一种用于实现在线非接触检测、控制、分析等方面的技术措施。
发明内容
采用大型卡尺等量具测量大型工件孔的形位尺寸的方法不仅测量精度较低，只能达到7、 8级，而且测量精度在很大程度上受测量操作者的主观因素影响，测量精度不稳定，再有其 量具笨重，检测时间长，制约了大型工件生产效率的提高。而现有的在线非接触检测技术尚 未应用于大型工件孔的形位尺寸的检测。为了实现CCD摄像技术、计算机图像处理技术在大 型工件孔的形位尺寸检测中的应用，我们发明了一种铁塔构件孔的形位尺寸非接触检测方法。
本发明是这样实现的，见图1所示，CCD摄像系统沿构件匀速直线移动并连续拍摄，将 图像传送至计算机图像处理系统，基于丫0++平台完成以下各步骤
一、 图像拼接，使多幅图像连接成--整幅；
二、 图像增强，加强其对比度；
三、 像移恢复，恢复由于移动拍摄产生的像移；
四、 去除噪声；
五、 图像二值化处理，是图像边缘提取的前提；
六、 边缘提取；
七、 心线及基线拟合；
八、 根据拟合坐标值求取距离。
采用本发明之方法取代了现有采用大型卡尺等量具人工检测的方法，实现了大型工件孔 的形位尺寸的在线非接触测量，全面克服了人工检测方法的不足，如检测精度可达到0.3mm。
图1为本发明之方法流程框图，该图兼做摘要附图。图2为本发明之方法中与像移恢复 有关的退化模型示意图。
具体实施例方式
首先在计算机上输入被测构件的CAD图纸，并以构件的基线为坐标轴建立坐标系，这就 是标准图纸。在计算机上设定公差值，通过比较标准图纸的形位尺寸的坐标与被检测构件的 坐标，差值小于设定公差则认定为合格产品，差值大于设定公差则认定为不合格产品。
一、 图像拼接。构件长度方向X轴，构件宽度方向为Y轴，CCD摄像系统的拍摄频率 为每秒钟25幅图，每幅图之间都会有相关性，即每幅图都有重叠的部分。根据CCD摄像系 统的移动速度和快门的曝光速度可大致判定每幅图重叠的部分。取前一幅图中可能重叠的部 分作为模板，对其进行处理取其特征，即把灰度图像作为特征图像。为了在后一幅图像中找 到前一幅图像的特征，从而从前一幅图像中取出可能重叠的部分，将前一幅图像的特征与后 一幅图像的特征进行比较，若只在亮度上相差一个恒定因子，则认为两个特征是一样的，由 此可判定两幅图像重叠的具体区域。然后分别进行X轴方向拼接，取前一幅图像的重叠部分， 忽略后一幅图像的重叠部分。
二、 图像增强。为了进一步对采集的图像进行分析处理，首先对采集的图像进行图像质 量的改善，即图像增强处理。图像增强是增强图像中的有用信息，它是一个图像失真的过程， 其目的是要增强视觉效果。将原来不清晰的图像变得清晰，用于强调某些感兴趣的特征，抑 制不感兴趣的特征，以达到改善图像质量、丰富信息量、加强图像判读和识别效果的目的。 本发明利用灰度直方图变换，来改变每个像素的灰度值，实现图像增强。灰度直方图表示数 字图像每一灰度级与该灰度级出现频率的对应关系。灰度直方图变换就是改变其对应关系以 达到增强图像对比度的效果。
三、 像移恢复。由于CCD摄像系统在拍摄时做匀速直线运动，使得曝光时被拍摄物影像 与感光介质间存在相对运动，即目标在焦平面上所形成的像不是静止的，而是运动变化的，
从而由于拖尾效应而造成成像模糊，即像移。所以需要对图像进行恢复。见图2所不， 是综合所有退化因素得到的系统函数，称为成像系统的冲激响应或者点扩散函数(PSF)， 7"，"为原始图像，g"，力为实际得到的退化图像，"""为噪声模型，f表示相加运算的一 个过程。退化模型可以表示为-<formula>formula see original document page 5</formula>其中M^，力可通过己知条件求取。噪声通过下一个步骤去除。
四、 去除噪声。把选定范围内所有的像素取平均值，然后设置为当前像素的值，通过中 值滤波去除图像中所包含的较明显的点的噪声。对于小面积的噪声采用腐蚀膨胀的方法滤除。 腐蚀是自某一像素起始，向某一方向，将固定的像素个数的灰度取反；膨胀是在取反的下一 个像素开始，往回也取固定的像素个数，使这些像素与自己的灰度相同。按照退化模型反推 回去就得到恢复后的图像。
五、 图像二值化处理。图像相邻像素间存在灰度差，设定浮动阈值，当像素的灰度差大 于该阈值时，将该像素赋值l，当像素的灰度差小于或等于该阈值时，将该像素赋值0。
六、 边缘提取。利用ROBO算法进行边缘提取。
七、 心线及基线拟合。根据拟合坐标值求取距离。对提取的边缘取多个像素点，通过数
学函数fmins对被测构件的边缘进行拟合。拟合孔的边缘得知孔的圆心，即心线拟合。拟合 构件的基准边即基线拟合。.以拟合得出的基线作为坐标轴。
八、 根据拟合坐标值求取距离。根据传动编码技术，可知在歩进电机的驱动下，CCD摄 像系统在X轴方向移动的距离，另外，由于已知心线和基线在图像中所占据的像素个数及位 置，所以心线和基线的坐标可求。得出心线和基线的坐标就可与标准图纸相比较，确定构件 是否合格。
权利要求
1、一种铁塔构件孔的形位尺寸非接触检测方法，其特征在于，CCD摄像系统沿构件匀速直线移动并连续拍摄，将图像传送至计算机图像处理系统，基于VC++平台完成以下各步骤一、图像拼接，使多幅图像连接成一整幅；二、图像增强，加强其对比度；三、像移恢复，恢复由于移动拍摄产生的像移；四、去除噪声；五、图像二值化处理，是图像边缘提取的前提；六、边缘提取；七、心线及基线拟合；八、根据拟合坐标值求取距离。
2、 根据权利要求1所述的非接触检测方法，其特征在于，首先在计算机上输入被测构件 的cad图纸，并以构件的基线为坐标轴建立坐标系，这就是标准图纸；在计算机上设定公差 值，通过比较标准图纸的形位尺寸的坐标与被检测构件的坐标，差值小于设定公差则认定为 合格产品，差值大于设定公差则认定为不合格产品。
3、 根据权利要求1所述的非接触检测方法，其特征在于，在图像拼接歩骤中，取前一幅 图中重叠的部分作为模板，对其进行处理取其特征，即把灰度图像作为特征图像；将前一幅 图像的特征与后一幅图像的特征进行比较，若只在亮度上相差一个恒定因子，则认为两个特 征是一样的，由此可判定两幅图像重叠的具体区域；然后分别进行x轴方向拼接，取前一幅 图像的重叠部分，忽略后一幅图像的重叠部分。
4、 根据权利要求1所述的非接触检测方法，其特征在于，在图像增强步骤，利用灰度直 方图变换，來改变每个像素的灰度值，实现图像增强。
5、 根据权利要求1所述的非接触检测方法，其特征在于，在像移恢复步骤，通过退化模型<formula>formula see original document page 2</formula>实现，式中A"力是综合所有退化因素得到的系统函数，可通过己知条件求取；y"，为为原始图像，g""为实际得到的退化图像，""W为噪声模型，f表示相加运算的一个过程。
6、 根据权利要求1所述的非接触检测方法，其特征在于，在去除噪声歩骤，把选定范围内所有的像素取平均值，然后设置为当前像素的值，通过中值滤波去除图像中所包含的较明 显的点的噪声。
7、 根据权利要求1所述的非接触检测方法，其特征在于，在图像二值化处理步骤，设定 浮动阈值，当像素的灰度差大于该阈值时，将该像素赋值1，当像素的灰度差小于或等于该 阈值时，将该像素赋值0。
8、 根据权利要求1所述的非接触检测方法，其特征在于，在心线及基线拟合步骤，对提 取的边缘取多个像素点，通过数学函数fmins对被测构件的边缘进行拟合；拟合孔的边缘得 知孔的圆心，即心线拟合；拟合构件的基准边即基线拟合；.以拟合得出的基线作为坐标轴。
全文摘要
铁塔构件孔的形位尺寸非接触光电检测方法属于光电检测技术领域。输电铁塔构件主要是条状钢材，并在构件上打孔，是否漏打，孔的行为尺寸如何，通常采用人工的方式检测，不仅测量精度较低，而且测量精度在很大程度上受测量操作者的主观因素影响，测量精度不稳定，再有其量具笨重，检测时间长，制约了大型工件生产效率的提高。本发明则由CCD摄像系统沿构件匀速直线移动并连续拍摄，将图像传送至计算机图像处理系统，基于VC++平台进行图像拼接、图像增强、像移恢复、去除噪声、图像二值化处理、边缘提取、心线及基线拟合、根据拟合坐标值求取距离，实现构件孔的形位尺寸非接触光电检测。应用于铁塔构件孔的形位尺寸检测。
文档编号G06T7/00GK101387493SQ20081005094
公开日2009年3月18日 申请日期2008年7月10日 优先权日2008年7月10日
发明者于正林, 阳 向, 吕琼莹, 涛 姜, 曹国华, 李振辉, 羽 杨, 王振宏 申请人:长春理工大学