一种测量工件圆形边缘的方法
【专利摘要】本发明公开了一种测量工件圆形边缘的方法，包括：(1)选取工件图像的感兴趣区域，提取图像中目标的边缘；(2)设置边缘长度阈值，并根据该阈值对边缘进行进行处理，以剔除其中紊乱的边缘与噪声；(3)采集每条边缘上的多个边缘点作为样点，并进行最小二乘拟合，得到各条边缘对应的圆形边缘方程表达式；(4)计算每条边缘上的各边缘点到其对应的圆心的距离并与该圆形对应的半径进行比较，利用Tukey权重函数，剔除其中大的离群值所对应的边缘点；(5)多次循环步骤(3)和步骤(4)后，即可获得边缘最终描述方程，从而得到边缘信息。本发明方法计算快速准确，降低了物体边缘上大的凹凸点对边缘信息提取的影响，可以准确提取工件的圆形边缘信息。
【专利说明】一种测量工件圆形边缘的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于图像处理【技术领域】，涉及一种测量工件圆形边缘的方法。
【背景技术】
[0002] 现在工业生产向着集成化，智能化发展，更多的工件信息需要被提取，比如圆孔的 位置，圆半径，两个圆之间距离，弧形边缘圆度等等。
[0003] 传统的边缘信息测量通过尺子或者其他工具进行手工测量完成，这种手工方式不 但测量准确度不高，而且操作复杂、效率很低，已经不能满足现代工业中提高产品质量和整 个生产线的生产效率的要求。
[0004] 为克服上述问题，目前存在一种二维测量技术，其图像处理方式进行边缘信息测 量，可以很好地提升测量准确度并且操作更加准确和迅速。二维测量技术是指用摄像机代 替人眼对检测对象进行拍照，经过图像处理和边缘提取等图像处理算法，可得到检测对象 的信息，从而指导机器进行相关操作。
[0005] 目前，常规的提取圆形信息的拟合方法是以样点的重心作为圆心，以样点到该重 心的距离的平均值作为半径。这种方法快速，但是方法粗糙，而且只适合求取圆形轮廓全部 已知的情况。还有一种方法是利用圆上任意两点的中垂线通过圆心的几何性质，由任意两 相邻样点作为中垂线，以这些中垂线所有两两相交的交点作为圆心。此种方法可以适应部 分轮廓已知的情况，但是容易受到大的离群值或者噪声的影响，导致求取精度不高。还有其 他一些基于几何近似，或基于统计的方法，但都对大的离群值不能取得很好的圆拟合效果。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种能稳定高效测量工件圆形边缘 的方法，旨在提高测量结果对大的离群值的鲁棒性，从而提高测量结果的准确度。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供一种工件圆形边缘的测量方法，通过对工件图像的 处理获得工件的边缘信息，其特征在于，该方法包括如下步骤：
[0008] 第一步：选取感兴趣区域R0I，利用Canny算子提取图像中目标的边缘，对获取的 边缘进行边缘跟踪，并编号。
[0009] 第二步：设置边缘长度阈值，剔除紊乱的边缘与噪声，重新对边缘依次编号。
[0010] 第三步：对满足第二步条件的每条边缘的样点分别进行最小二乘拟合，获取圆形 边缘的圆形、半径信息。
[0011] 圆形表达式为：
[0012] R2 = (x-A)2+(y-B)2
[0013] 式中R表示半径，（A, B)为圆心，（X，y)为边缘点坐标；
[0014] 第四步：计算每个边缘点到已获取圆心的距离，利用Tukey权重函数，剔除大的离 群值；
[0015] 点到圆心之间距离屯为：
[0016] d/ = (x-A)2+(y-B)2
[0017] 第五步：对余下的边缘点，重复第三，第四步骤n次后，获得每条圆形边缘最终描 述方程；
[0018] 第六步：通过描述方程，我们可以知道工件每条圆形边缘或者各圆之间的信息；
[0019] 总体而言，本发明的装置和方法相对于现有技术，具有如下技术效果：
[0020] (1)对于存在凹凸点甚至部分残缺的圆形边缘有较好的鲁棒性；
[0021] (2)减少了运算的复杂度，速度快，并且易于编程实现；
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1是本发明实施例的测量方法流程图；
[0023] 图2是本发明实施例的测量方法所应用的图像采集装置结构示意图；
[0024] 图3是本发明实施例的测量方法在轮廓正常情况下的拟合效果示意图；
[0025] 图4是本发明实施例的测量方法在轮廓有凸点情况下的拟合效果示意图。
【具体实施方式】
[0026] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0027] 本发明实施例的测量工件圆形边缘的方法的具体实施步骤说明如下：
[0028] 第一步：选取目标图像的感兴趣区域R0I，利用Canny算子提取图像中目标的边 缘，对获取的边缘进行边缘跟踪，并编号。
[0029] 本实施例中优选采用的是Canny算子，该算法成熟稳定，提取效果好，属于本领域 成熟的算法。但是本发明中并不限于采用上述算法进行边缘提取。
[0030] 本实施例中，利用Canny算子的算法步骤如下：
[0031] (1. 1)对原图象进行高斯滤波。
[0032] (1. 2)计算方向导数，计算梯度的幅度，其中，X和Y方向的方向导数分别为：
[0033] 方向导数：P[i，j] = (S[i，j+l]_S[i，j]+S[i+l，j+l]_S[i+l，j])/2 ;
[0034] Q[i,j] = (S[i, j]-s[i+l, j]+S[i, j+l]-s[i+l, j+l])/2 ；
[0035] 梯度幅值：.
【权利要求】
1. 一种测量工件圆形边缘的方法，通过对工件图像的处理获得工件的边缘信息，其特 征在于，该方法包括如下步骤： (1) 选取工件图像的感兴趣区域（ROI)，提取图像中目标的边缘； (2) 设置边缘长度阈值，并根据该阈值对步骤（1)获取的边缘进行进行处理，以剔除其 中紊乱的边缘与噪声，从而得到更新后的边缘； (3) 采集每条边缘上的多个边缘点作为样点，并进行最小二乘拟合，得到各条边缘对应 的圆形边缘方程表达式； (4) 计算每条边缘上的各边缘点到其对应的圆心的距离并与该圆形对应的半径进行比 较，利用Tukey权重函数，剔除其中大的离群值所对应的边缘点，从而获得更新后的各条边 缘对应的边缘点； (5) 多次循环步骤（3)和步骤（4)后，即可获得各条边缘最终描述方程，从而得到各条 边缘信息以及各边缘之间的信息，实现工件边缘的测量。
2. 根据权利要求1所述的测量工件圆形边缘的方法，其中，所述各条边缘对应的圆形 边缘方程表达式为： R2 = (x-A)2+(y-B)2 式中，R表示半径，（A，B)为圆心坐标，（x，y)为边缘点坐标。
3. 根据权利要求2所述的测量工件圆形边缘的方法，其中，Tukey权重函数表示为：
σ表示点到圆心的距离，τ表示消波函数，
，鲁棒性偏差
为任一边缘点到圆 心的距离，medianl δ」为距离的中间值， 利用Tukey权重函数，剔除其中大的离群值所对应的边缘点即为：对于| δ | > τ对应 的边缘点，视为离群值，进行剔除。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的测量工件圆形边缘的方法，其中，所述步骤（1)中 优选采用Canny算子提取图像边缘，具体包括： (1. 1)对原图象进行高斯滤波； (1. 2)计算方向导数，计算梯度的幅度； (1.3)极大值抑制，获取工件边缘。
5. 根据权利要求1-4中任一项所述的检测方法，其中，所述步骤⑷中各边缘点到其 对应的圆心的距离并与该圆形对应的半径进行比较可采用平方值比较来实现，以简化计算 量。
【文档编号】G06T7/00GK104050660SQ201410226307
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】杨华, 尹周平, 杨硕 申请人:华中科技大学