一種應(yīng)用于雙燈絲燈泡的在線(xiàn)檢測(cè)距離的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種應(yīng)用于雙燈絲燈泡的在線(xiàn)檢測(cè)距離的方法，更具體的說(shuō)，本發(fā)明 所提供的檢測(cè)方法，可W同時(shí)獲得雙燈絲燈泡的燈絲和銷(xiāo)釘?shù)妮喞椭型?、W及它們之間的 距離。
【背景技術(shù)】
[0002] 燈泡的質(zhì)量決定了車(chē)燈的性能，對(duì)于行車(chē)安全有重要的意義，而燈絲燈泡的尺寸 W及燈絲的各項(xiàng)參數(shù)決定了燈泡的質(zhì)量。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB15766. 1-2008《道路機(jī)動(dòng)車(chē)輛燈泡 尺寸、光電性能要求》中明確了各類(lèi)燈絲燈泡的尺寸要求，燈絲形狀、長(zhǎng)度和位置的限定及 其測(cè)量條件。該就要求燈泡制造企業(yè)需要解決自身的檢測(cè)能力，提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn)。因此，通過(guò)提高檢驗(yàn)的技術(shù)與裝配來(lái)提升我國(guó)燈泡質(zhì)量已經(jīng)成為迫在眉睫的問(wèn)題。
[0003] 目前雙燈絲燈泡的檢測(cè)方法主要有接觸式的測(cè)量方法和非接觸式的測(cè)量方法。
[0004] 針對(duì)接觸式的測(cè)量方法，比較有影響的有如下方法；上海機(jī)動(dòng)車(chē)檢測(cè)中屯、燈具研 究所的季銀華等人通過(guò)在測(cè)量過(guò)程中實(shí)現(xiàn)精確、高效定位，研制出滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)和精度要求的 燈泡夾具，完善系列燈泡的檢測(cè)能力；上海機(jī)動(dòng)車(chē)檢測(cè)中屯、的錢(qián)笑臨依據(jù)GB15766. 1-2008 中的規(guī)定詳細(xì)討論了 H7燈泡的尺寸測(cè)量W及裝夾定位的方法；國(guó)家輕工業(yè)電光源產(chǎn)品 質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)寶雞站的張國(guó)成通過(guò)使用專(zhuān)用夾具及大型投影儀所組成的測(cè)試設(shè)備依照 GB15766. 1中對(duì)H4燈泡內(nèi)部零件尺寸進(jìn)行測(cè)量的要求，提出了一種用于H4燈泡內(nèi)部尺寸測(cè) 量系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法。該幾種方法都是使用接觸式的測(cè)量方法，通過(guò)使用專(zhuān)用的測(cè)量工具，針 對(duì)每一種型號(hào)的燈泡設(shè)計(jì)出詳細(xì)的測(cè)量方法，其所具有的針對(duì)性較強(qiáng)。但是，由于每種測(cè)量 系統(tǒng)和測(cè)量方法都是針對(duì)具體型號(hào)的燈泡而設(shè)計(jì)的，降低了測(cè)量系統(tǒng)的適用范圍和檢測(cè)的 速度，無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)上的檢測(cè)要求同時(shí)，由于燈泡外層為玻璃制品，使用接觸式的測(cè) 量方法，容易使燈泡破裂、磨損等。
[0005] 針對(duì)非接觸式的測(cè)量方法，比較有影響的亦有如下方法：西南交通大學(xué)機(jī)械工程 學(xué)院的唐艷麗等人提出結(jié)合現(xiàn)代數(shù)字圖像處理技術(shù)和視覺(jué)測(cè)量方法，采用非接觸式測(cè)量方 法進(jìn)行距離測(cè)量；上海交通大學(xué)信息檢測(cè)技術(shù)及儀器系的洪海濤等人總結(jié)出了一套具有實(shí) 用的邊緣檢測(cè)算法，可W實(shí)現(xiàn)幾何量測(cè)量中某些難測(cè)參數(shù)（如薄板零件的小孔孔徑和孔屯、 距）的自動(dòng)測(cè)量；北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的張少軍等人探討了利用數(shù)字圖像處理技術(shù) 進(jìn)行幾何尺寸測(cè)量的方法。該幾種方法分別介紹了圖像處理技術(shù)在尺寸測(cè)量方面的應(yīng)用， 可W看出圖像處理技術(shù)在該領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展的比較成熟。但是，該些圖像處理技術(shù)均未應(yīng)用 到工件的在線(xiàn)檢測(cè)方面，一方面是由于其中所設(shè)及的算法的復(fù)雜性，導(dǎo)致在線(xiàn)檢測(cè)不能做 到實(shí)時(shí)檢測(cè)的要求；另一方面由于硬件設(shè)施的限制，導(dǎo)致所獲得圖像精度不高，影響了檢測(cè) 的精度。
[0006] 本發(fā)明設(shè)計(jì)的在線(xiàn)距離檢測(cè)方法，正是為了解決上述問(wèn)題而提出來(lái)的。綜合接觸 式測(cè)量方法中硬件系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和非接觸式測(cè)量方法圖像處理的算法搭建了一套燈絲燈泡 尺寸檢測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)使用C++軟件設(shè)計(jì)，運(yùn)用時(shí)下流行圖像處理算法對(duì)采集到的燈泡圖像 進(jìn)行處理，很好的計(jì)算出了燈絲燈泡規(guī)格參數(shù)，解決了燈泡在線(xiàn)檢測(cè)要求高精度、高效率的 難點(diǎn)，符合工廠(chǎng)實(shí)際需求，應(yīng)用性廣泛。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供一種快速、可靠、實(shí)用、操作便捷的基于圖像的雙燈絲燈泡在線(xiàn)檢測(cè)距 離方法，該方法能夠應(yīng)用于檢測(cè)雙燈絲燈泡中燈絲和銷(xiāo)釘?shù)木嚯x，可W有效解決工廠(chǎng)實(shí)際 生產(chǎn)需求。
[000引所述的雙燈絲燈泡在線(xiàn)檢測(cè)距離方法適用于雙燈絲燈泡中燈絲和銷(xiāo)釘距離檢測(cè) 裝置中，其硬件系統(tǒng)示意圖如圖1所示，其由平行光照明系統(tǒng)、CCD圖像采集系統(tǒng)、低角度照 明系統(tǒng)、勻速傳動(dòng)系統(tǒng)W組成，并利用此系統(tǒng)采集后續(xù)處理所需原始圖像，再利用相應(yīng)的圖 像處理軟件完成圖像處理，其圖像處理示意圖如圖2所示，詳細(xì)操作步驟如下：
[0009] 步驟1 ;使用CCD相機(jī)采集流水線(xiàn)上的燈泡圖像后，對(duì)于此圖像，可W分為背景和 目標(biāo)兩類(lèi)，其中背景和目標(biāo)各自?xún)?nèi)部像素的灰度值均衡性高，對(duì)應(yīng)的方差小，而背景和目標(biāo) 之間的均衡性最小，對(duì)應(yīng)的方差最大?；谠搨€(gè)原理，圖像的灰度級(jí)為M，灰度值為i的像素 點(diǎn)個(gè)數(shù)為n,，對(duì)圖像進(jìn)行灰度值歸一化，得到灰度值為i的像素點(diǎn)出現(xiàn)的概率Pi:
[0010] P,=^ (1)
[0011] 設(shè)分割闊值為t，將灰度分為兩類(lèi)，一類(lèi)稱(chēng)為A, -類(lèi)稱(chēng)為B，A出現(xiàn)的概率為w。，平 均灰度為y 0, B出現(xiàn)的概率為wi，平均灰度為y 1，則；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種應(yīng)用于雙燈絲燈泡的在線(xiàn)檢測(cè)距離的方法，其特征是，包括下列步驟： 步驟1 :使用CCD相機(jī)采集流水線(xiàn)上的燈泡圖像，所述的燈泡圖像的灰度級(jí)為M，灰度值 為i的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)為^，對(duì)所述的燈泡圖像進(jìn)行灰度值歸一化，得到灰度值為i的像素點(diǎn)出 現(xiàn)的恤索D -
設(shè)分割閾值為t，將灰度分為兩類(lèi)，一類(lèi)稱(chēng)為A，一類(lèi)稱(chēng)為B，A出現(xiàn)的概率為％，平均灰 度為yd，B出現(xiàn)的概率為^，平均灰度為yi，則：
則類(lèi)間方差〇定義為： 〇 2=w0*〇0-yyT)2 (5) 按照灰度值從1到M的順序循環(huán)遞增，在整個(gè)灰度級(jí)搜索每一個(gè)灰度值，尋找使得〇2 最大時(shí)的閥值t，則所述的閥值t就是所要尋找的閾值，采用這種方法對(duì)圖像進(jìn)行二值化處 理； 步驟2:對(duì)經(jīng)過(guò)步驟1處理后所獲得的圖像按照像素值的大小進(jìn)行排序，生成單調(diào)上升 的二維數(shù)據(jù)序列，二維中值濾波輸出值可表示為： g(x，y) =med{f(x_k，y-1)，（k，1)GW)} (6) 其中，f(x，y)為所述燈泡圖像中的坐標(biāo)點(diǎn)，f(x-k，y-1)為所述燈泡圖像中的坐標(biāo)點(diǎn)在W模板范圍中的坐標(biāo)點(diǎn)，g(x，y)為所述燈泡圖像經(jīng)過(guò)二維中值濾波后圖像中的坐標(biāo)點(diǎn)，W為 二維模板，k為模板W的水平尺寸，1為模板W的垂直尺寸，med是以f(x，y)為中心，模板W 所覆蓋范圍內(nèi)像素點(diǎn)灰度的中值； 步驟3:使用八鄰域搜索法對(duì)經(jīng)過(guò)步驟2處理后所獲得的圖像進(jìn)行輪廓提取，獲得經(jīng)過(guò) 中值濾波后所得到區(qū)域內(nèi)包含的所有連通區(qū)域； 步驟4:采用基于幾何距離的最小二乘法進(jìn)行橢圓擬合，橢圓的方程如式（7)所示，為 了避免零解，對(duì)橢圓的參數(shù)進(jìn)行限制，約束條件如式（8)所示： Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F= 0 (7) A+C= 1 (8) 顯然直接利用方程（7)和（8)對(duì)邊緣檢測(cè)后的離散點(diǎn)進(jìn)行最小二乘處理，可得到方程 中各參數(shù)的數(shù)值，即求式（9)的最小值；
(9) 其中4,8，(：，〇3，？為橢圓公式各項(xiàng)的系數(shù)，〇^，71)為橢圓中一點(diǎn)的坐標(biāo)； 由極值原理，要使f(A，B，C，D，E，F(xiàn))的值最小，必有偏導(dǎo)： (10) 由式（10)可得到一個(gè)線(xiàn)性方程組，再使用解線(xiàn)性方程組的方法，結(jié)合約束條件，即可 解得方程的各個(gè)系數(shù)，對(duì)經(jīng)過(guò)步驟3處理后所獲得的圖像進(jìn)行上述方法處理，進(jìn)而可求得 每個(gè)橢圓的中心坐標(biāo)； 步驟5 :使用旋轉(zhuǎn)外包絡(luò)矩形的方法對(duì)經(jīng)過(guò)步驟4處理后所獲得的圖像進(jìn)行處理，步驟 4檢測(cè)到的輪廓可看作是由多個(gè)多邊形組成的，所述的多個(gè)多邊形是由凸多邊形和凹多邊 形組成，對(duì)于所述的多個(gè)多邊形中的一個(gè)凸多邊形，所述的凸多邊形的包絡(luò)矩形有一條邊 與所述的凸多邊形的一條邊重合，旋轉(zhuǎn)之前和之后的旋轉(zhuǎn)角a可由公式（11)獲得： 取所述的凸多邊形中的兩點(diǎn)，a點(diǎn)和b點(diǎn)，所述的a點(diǎn)的坐標(biāo)為（Xpyj，所述的b點(diǎn)的 坐標(biāo)為（x2,y2)，則：
(11) 對(duì)所述的凸多邊形進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，需要對(duì)所述的凸多邊形的所有的點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)公 式可由公式（12)獲得；
(12) 式（12)是以原點(diǎn)（0,0)為旋轉(zhuǎn)中心的多邊形逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的計(jì)算公式，其中，（Xi， yi)是 旋轉(zhuǎn)前圖像中的坐標(biāo)點(diǎn)，（x'i，y'i)是旋轉(zhuǎn)后圖像中的坐標(biāo)點(diǎn)，以此公式，假設(shè)已知旋轉(zhuǎn) 中心〇(xQ，yQ)，待旋轉(zhuǎn)點(diǎn)A(x，y)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度a，旋轉(zhuǎn)后的點(diǎn)為B(x'，y'); x' = x0+(x_x0)氺cos a + (y_y〇)氺sin a (13) y' = y0+(x_y0)*cos a-(y-y〇)*sin a (14) 所述的凸多邊形旋轉(zhuǎn)以后求所述的凸多邊形的水平位置的包絡(luò)矩形即可得到所述的 凸多邊形的旋轉(zhuǎn)包絡(luò)矩形；對(duì)于凹多邊形，可先將凹點(diǎn)以及與凹點(diǎn)相臨的兩條直線(xiàn)去掉，然 后連接兩點(diǎn)，即可將其轉(zhuǎn)換為凸多邊形，由此對(duì)圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)包絡(luò)矩形處理； 步驟6 :根據(jù)燈泡的燈絲和銷(xiāo)釘所在處的像素大小，設(shè)置閾值，將過(guò)大和過(guò)小的橢圓以 及矩形進(jìn)行濾除； 步驟7 :經(jīng)過(guò)以上算法的處理，可以精確的提取到所述的燈泡的燈絲以及銷(xiāo)釘?shù)妮喞?和中心，由所述的燈絲和所述的銷(xiāo)釘?shù)闹行淖鴺?biāo)即可確定出兩者之間的距離； 至此，雙燈絲燈泡的在線(xiàn)檢測(cè)距離的方法結(jié)束。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于圖像處理和模式識(shí)別領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于雙燈絲燈泡的在線(xiàn)檢測(cè)距離的方法。該方法可以精確地檢測(cè)到燈絲和銷(xiāo)釘?shù)奈恢?，并?jì)算出兩者之間的距離。根據(jù)計(jì)算機(jī)視覺(jué)原理，將接觸式測(cè)量方法中硬件系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和非接觸式測(cè)量方法圖像處理的算法相結(jié)合，并將二值化處理，中值濾波，輪廓提取，橢圓擬合，旋轉(zhuǎn)外包絡(luò)矩形方法，閥值濾除調(diào)整到適合的值，精確地得到燈絲和銷(xiāo)釘?shù)倪吘壓椭行摹１景l(fā)明所設(shè)計(jì)的檢測(cè)方法，可以有效解決燈泡在線(xiàn)檢測(cè)要求高精度、高效率的難點(diǎn)，符合工廠(chǎng)實(shí)際需求，應(yīng)用性廣泛。
【IPC分類(lèi)】G06T7-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104616281
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410714177
【發(fā)明人】宋麗梅, 王朋強(qiáng), 王佳炎, 楊燕罡, 習(xí)江濤, 郭慶華
【申請(qǐng)人】天津工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年11月28日