專利名稱：鐵塔構(gòu)件孔的形位尺寸非接觸光電檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種利用傳動(dòng)編碼技術(shù)、光電檢測技術(shù)和圖像處理技術(shù)非接觸檢測大型工件孔 的形位尺寸的方法，屬于光電檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
輸電鐵塔構(gòu)件主要是條狀鋼材，如角鋼，構(gòu)件之間的固定方式為在構(gòu)件上打孔，然后用 螺栓固定，而是否漏打，孔的行為尺寸如何，通常采用人工的方式檢測，如采用大型卡尺等
在現(xiàn)有技術(shù)中，歩進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)編碼技術(shù)、CCD攝像技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的結(jié)合， 己經(jīng)成為一種用于實(shí)現(xiàn)在線非接觸檢測、控制、分析等方面的技術(shù)措施。

發(fā)明內(nèi)容
采用大型卡尺等量具測量大型工件孔的形位尺寸的方法不僅測量精度較低，只能達(dá)到7、 8級，而且測量精度在很大程度上受測量操作者的主觀因素影響，測量精度不穩(wěn)定，再有其 量具笨重，檢測時(shí)間長，制約了大型工件生產(chǎn)效率的提高。而現(xiàn)有的在線非接觸檢測技術(shù)尚 未應(yīng)用于大型工件孔的形位尺寸的檢測。為了實(shí)現(xiàn)CCD攝像技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在大 型工件孔的形位尺寸檢測中的應(yīng)用，我們發(fā)明了一種鐵塔構(gòu)件孔的形位尺寸非接觸檢測方法。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，見圖1所示，CCD攝像系統(tǒng)沿構(gòu)件勻速直線移動(dòng)并連續(xù)拍攝，將 圖像傳送至計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)，基于丫0++平臺(tái)完成以下各步驟
一、 圖像拼接，使多幅圖像連接成--整幅；
二、 圖像增強(qiáng)，加強(qiáng)其對比度；
三、 像移恢復(fù)，恢復(fù)由于移動(dòng)拍攝產(chǎn)生的像移；
四、 去除噪聲；
五、 圖像二值化處理，是圖像邊緣提取的前提；
六、 邊緣提??；
七、 心線及基線擬合；
八、 根據(jù)擬合坐標(biāo)值求取距離。
采用本發(fā)明之方法取代了現(xiàn)有采用大型卡尺等量具人工檢測的方法，實(shí)現(xiàn)了大型工件孔 的形位尺寸的在線非接觸測量，全面克服了人工檢測方法的不足，如檢測精度可達(dá)到0.3mm。


圖1為本發(fā)明之方法流程框圖，該圖兼做摘要附圖。圖2為本發(fā)明之方法中與像移恢復(fù) 有關(guān)的退化模型示意圖。
具體實(shí)施例方式
首先在計(jì)算機(jī)上輸入被測構(gòu)件的CAD圖紙，并以構(gòu)件的基線為坐標(biāo)軸建立坐標(biāo)系，這就 是標(biāo)準(zhǔn)圖紙。在計(jì)算機(jī)上設(shè)定公差值，通過比較標(biāo)準(zhǔn)圖紙的形位尺寸的坐標(biāo)與被檢測構(gòu)件的 坐標(biāo)，差值小于設(shè)定公差則認(rèn)定為合格產(chǎn)品，差值大于設(shè)定公差則認(rèn)定為不合格產(chǎn)品。
一、 圖像拼接。構(gòu)件長度方向X軸，構(gòu)件寬度方向?yàn)閅軸，CCD攝像系統(tǒng)的拍攝頻率 為每秒鐘25幅圖，每幅圖之間都會(huì)有相關(guān)性，即每幅圖都有重疊的部分。根據(jù)CCD攝像系 統(tǒng)的移動(dòng)速度和快門的曝光速度可大致判定每幅圖重疊的部分。取前一幅圖中可能重疊的部 分作為模板，對其進(jìn)行處理取其特征，即把灰度圖像作為特征圖像。為了在后一幅圖像中找 到前一幅圖像的特征，從而從前一幅圖像中取出可能重疊的部分，將前一幅圖像的特征與后 一幅圖像的特征進(jìn)行比較，若只在亮度上相差一個(gè)恒定因子，則認(rèn)為兩個(gè)特征是一樣的，由 此可判定兩幅圖像重疊的具體區(qū)域。然后分別進(jìn)行X軸方向拼接，取前一幅圖像的重疊部分， 忽略后一幅圖像的重疊部分。
二、 圖像增強(qiáng)。為了進(jìn)一步對采集的圖像進(jìn)行分析處理，首先對采集的圖像進(jìn)行圖像質(zhì) 量的改善，即圖像增強(qiáng)處理。圖像增強(qiáng)是增強(qiáng)圖像中的有用信息，它是一個(gè)圖像失真的過程， 其目的是要增強(qiáng)視覺效果。將原來不清晰的圖像變得清晰，用于強(qiáng)調(diào)某些感興趣的特征，抑 制不感興趣的特征，以達(dá)到改善圖像質(zhì)量、豐富信息量、加強(qiáng)圖像判讀和識(shí)別效果的目的。 本發(fā)明利用灰度直方圖變換，來改變每個(gè)像素的灰度值，實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)?；叶戎狈綀D表示數(shù) 字圖像每一灰度級與該灰度級出現(xiàn)頻率的對應(yīng)關(guān)系。灰度直方圖變換就是改變其對應(yīng)關(guān)系以 達(dá)到增強(qiáng)圖像對比度的效果。
三、 像移恢復(fù)。由于CCD攝像系統(tǒng)在拍攝時(shí)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，使得曝光時(shí)被拍攝物影像 與感光介質(zhì)間存在相對運(yùn)動(dòng)，即目標(biāo)在焦平面上所形成的像不是靜止的，而是運(yùn)動(dòng)變化的，
從而由于拖尾效應(yīng)而造成成像模糊，即像移。所以需要對圖像進(jìn)行恢復(fù)。見圖2所不， 是綜合所有退化因素得到的系統(tǒng)函數(shù)，稱為成像系統(tǒng)的沖激響應(yīng)或者點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)， 7"，"為原始圖像，g"，力為實(shí)際得到的退化圖像，"""為噪聲模型，f表示相加運(yùn)算的一 個(gè)過程。退化模型可以表示為-<formula>formula see original document page 5</formula>其中M^，力可通過己知條件求取。噪聲通過下一個(gè)步驟去除。
四、 去除噪聲。把選定范圍內(nèi)所有的像素取平均值，然后設(shè)置為當(dāng)前像素的值，通過中 值濾波去除圖像中所包含的較明顯的點(diǎn)的噪聲。對于小面積的噪聲采用腐蝕膨脹的方法濾除。 腐蝕是自某一像素起始，向某一方向，將固定的像素個(gè)數(shù)的灰度取反；膨脹是在取反的下一 個(gè)像素開始，往回也取固定的像素個(gè)數(shù)，使這些像素與自己的灰度相同。按照退化模型反推 回去就得到恢復(fù)后的圖像。
五、 圖像二值化處理。圖像相鄰像素間存在灰度差，設(shè)定浮動(dòng)閾值，當(dāng)像素的灰度差大 于該閾值時(shí)，將該像素賦值l，當(dāng)像素的灰度差小于或等于該閾值時(shí)，將該像素賦值0。
六、 邊緣提取。利用ROBO算法進(jìn)行邊緣提取。
七、 心線及基線擬合。根據(jù)擬合坐標(biāo)值求取距離。對提取的邊緣取多個(gè)像素點(diǎn)，通過數(shù)
學(xué)函數(shù)fmins對被測構(gòu)件的邊緣進(jìn)行擬合。擬合孔的邊緣得知孔的圓心，即心線擬合。擬合 構(gòu)件的基準(zhǔn)邊即基線擬合。.以擬合得出的基線作為坐標(biāo)軸。
八、 根據(jù)擬合坐標(biāo)值求取距離。根據(jù)傳動(dòng)編碼技術(shù)，可知在歩進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，CCD攝 像系統(tǒng)在X軸方向移動(dòng)的距離，另外，由于已知心線和基線在圖像中所占據(jù)的像素個(gè)數(shù)及位 置，所以心線和基線的坐標(biāo)可求。得出心線和基線的坐標(biāo)就可與標(biāo)準(zhǔn)圖紙相比較，確定構(gòu)件 是否合格。
權(quán)利要求
1、一種鐵塔構(gòu)件孔的形位尺寸非接觸檢測方法，其特征在于，CCD攝像系統(tǒng)沿構(gòu)件勻速直線移動(dòng)并連續(xù)拍攝，將圖像傳送至計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)，基于VC++平臺(tái)完成以下各步驟一、圖像拼接，使多幅圖像連接成一整幅；二、圖像增強(qiáng)，加強(qiáng)其對比度；三、像移恢復(fù)，恢復(fù)由于移動(dòng)拍攝產(chǎn)生的像移；四、去除噪聲；五、圖像二值化處理，是圖像邊緣提取的前提；六、邊緣提??；七、心線及基線擬合；八、根據(jù)擬合坐標(biāo)值求取距離。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸檢測方法，其特征在于，首先在計(jì)算機(jī)上輸入被測構(gòu)件 的cad圖紙，并以構(gòu)件的基線為坐標(biāo)軸建立坐標(biāo)系，這就是標(biāo)準(zhǔn)圖紙；在計(jì)算機(jī)上設(shè)定公差 值，通過比較標(biāo)準(zhǔn)圖紙的形位尺寸的坐標(biāo)與被檢測構(gòu)件的坐標(biāo)，差值小于設(shè)定公差則認(rèn)定為 合格產(chǎn)品，差值大于設(shè)定公差則認(rèn)定為不合格產(chǎn)品。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸檢測方法，其特征在于，在圖像拼接歩驟中，取前一幅 圖中重疊的部分作為模板，對其進(jìn)行處理取其特征，即把灰度圖像作為特征圖像；將前一幅 圖像的特征與后一幅圖像的特征進(jìn)行比較，若只在亮度上相差一個(gè)恒定因子，則認(rèn)為兩個(gè)特 征是一樣的，由此可判定兩幅圖像重疊的具體區(qū)域；然后分別進(jìn)行x軸方向拼接，取前一幅 圖像的重疊部分，忽略后一幅圖像的重疊部分。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸檢測方法，其特征在于，在圖像增強(qiáng)步驟，利用灰度直 方圖變換，來改變每個(gè)像素的灰度值，實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸檢測方法，其特征在于，在像移恢復(fù)步驟，通過退化模型<formula>formula see original document page 2</formula>實(shí)現(xiàn)，式中A"力是綜合所有退化因素得到的系統(tǒng)函數(shù)，可通過己知條件求??；y"，為為原始圖像，g""為實(shí)際得到的退化圖像，""W為噪聲模型，f表示相加運(yùn)算的一個(gè)過程。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸檢測方法，其特征在于，在去除噪聲歩驟，把選定范圍內(nèi)所有的像素取平均值，然后設(shè)置為當(dāng)前像素的值，通過中值濾波去除圖像中所包含的較明 顯的點(diǎn)的噪聲。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸檢測方法，其特征在于，在圖像二值化處理步驟，設(shè)定 浮動(dòng)閾值，當(dāng)像素的灰度差大于該閾值時(shí)，將該像素賦值1，當(dāng)像素的灰度差小于或等于該 閾值時(shí)，將該像素賦值0。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸檢測方法，其特征在于，在心線及基線擬合步驟，對提 取的邊緣取多個(gè)像素點(diǎn)，通過數(shù)學(xué)函數(shù)fmins對被測構(gòu)件的邊緣進(jìn)行擬合；擬合孔的邊緣得 知孔的圓心，即心線擬合；擬合構(gòu)件的基準(zhǔn)邊即基線擬合；.以擬合得出的基線作為坐標(biāo)軸。
全文摘要
鐵塔構(gòu)件孔的形位尺寸非接觸光電檢測方法屬于光電檢測技術(shù)領(lǐng)域。輸電鐵塔構(gòu)件主要是條狀鋼材，并在構(gòu)件上打孔，是否漏打，孔的行為尺寸如何，通常采用人工的方式檢測，不僅測量精度較低，而且測量精度在很大程度上受測量操作者的主觀因素影響，測量精度不穩(wěn)定，再有其量具笨重，檢測時(shí)間長，制約了大型工件生產(chǎn)效率的提高。本發(fā)明則由CCD攝像系統(tǒng)沿構(gòu)件勻速直線移動(dòng)并連續(xù)拍攝，將圖像傳送至計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)，基于VC++平臺(tái)進(jìn)行圖像拼接、圖像增強(qiáng)、像移恢復(fù)、去除噪聲、圖像二值化處理、邊緣提取、心線及基線擬合、根據(jù)擬合坐標(biāo)值求取距離，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件孔的形位尺寸非接觸光電檢測。應(yīng)用于鐵塔構(gòu)件孔的形位尺寸檢測。
文檔編號G06T7/00GK101387493SQ20081005094
公開日2009年3月18日 申請日期2008年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月10日
發(fā)明者于正林, 陽 向, 呂瓊瑩, 濤 姜, 曹國華, 李振輝, 羽 楊, 王振宏 申請人:長春理工大學(xué)