基于影像測(cè)量?jī)x的試驗(yàn)篩自動(dòng)測(cè)量方法探究

鄒 丹

（無(wú)錫計(jì)量測(cè)試中心，江蘇 無(wú)錫214101）

1 影像測(cè)量?jī)x及它之前對(duì)試驗(yàn)篩的校準(zhǔn)測(cè)量方法

它是一種集中了光、機(jī)、電與微機(jī)圖像處理于一體的測(cè)量?jī)x器。試驗(yàn)篩的功能是篩分，它主要用于工業(yè)生產(chǎn)中，在符合某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的前提下對(duì)顆粒物料進(jìn)行篩分和粒度分析，很多情況下在影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素中物料粒度是很重要的一個(gè)。對(duì)于試驗(yàn)篩的校準(zhǔn)方法有多個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行了規(guī)范例，如有的試驗(yàn)篩其網(wǎng)孔在20個(gè)以內(nèi)，要使用顯微鏡檢查全部網(wǎng)孔，用檢查結(jié)果來(lái)判斷試驗(yàn)篩的性能；但是如果試驗(yàn)篩的網(wǎng)孔遠(yuǎn)大于20個(gè)，即便是抽出40個(gè)網(wǎng)孔進(jìn)行校準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，誤差也會(huì)非常大再加上結(jié)果是隨機(jī)的，所以不能對(duì)試驗(yàn)篩做出正確判斷。以往的測(cè)量方法大都使用顯微鏡或者投影儀手工完成，校準(zhǔn)檢測(cè)人員的勞動(dòng)量大、校準(zhǔn)效率較低、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存在不小的主觀性等其它問(wèn)題，給相關(guān)部門的工作帶來(lái)很多麻煩。

使用常規(guī)儀器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，一般是將米字線壓在網(wǎng)孔的邊緣，因?yàn)閮x器的視覺(jué)范圍不夠篩面只能看到一點(diǎn)，很難找到大尺寸的部位，所以在校準(zhǔn)時(shí)無(wú)法解決主觀與隨意問(wèn)題，這種方法需要檢測(cè)人員進(jìn)行人工對(duì)線，效率很低。所以迫切需要探究出一種簡(jiǎn)單的自動(dòng)測(cè)量方式，近年來(lái)有人提出用機(jī)器視覺(jué)方式來(lái)對(duì)試驗(yàn)篩進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，這個(gè)思路很好推動(dòng)了試驗(yàn)篩校準(zhǔn)自動(dòng)化的發(fā)展。影像測(cè)量是用精密的幾何量進(jìn)行測(cè)量的，它把捕獲的工件圖像進(jìn)行數(shù)字化技術(shù)處理然后提取相應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算工件的相關(guān)參數(shù)。這種校準(zhǔn)方式不接觸試驗(yàn)篩，對(duì)網(wǎng)孔及視角能夠放大很多倍、編寫程序進(jìn)行測(cè)量等其它優(yōu)點(diǎn)，它的通用性很強(qiáng)所以應(yīng)用范圍很廣。

把影像測(cè)量?jī)x用于對(duì)試驗(yàn)篩的網(wǎng)孔進(jìn)行校準(zhǔn)監(jiān)測(cè)時(shí)，使用其中一些通用的測(cè)量工具來(lái)測(cè)量例如線段提取等，對(duì)所有的網(wǎng)孔都能進(jìn)行測(cè)量，所以就避免了測(cè)量的隨意性。但是這種方法也需要手工檢測(cè)每個(gè)網(wǎng)孔，也比較繁瑣。還要從影像測(cè)量?jī)x入手，在它的計(jì)算機(jī)上編寫程序使平臺(tái)自動(dòng)運(yùn)動(dòng)，還有試驗(yàn)篩網(wǎng)孔的規(guī)律性，這時(shí)若在影像測(cè)量?jī)x的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出一種全自動(dòng)的檢測(cè)方法，將有很大的使用意義。

本文通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，研發(fā)了專用的測(cè)量軟件，達(dá)到對(duì)試驗(yàn)篩的網(wǎng)孔進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量的目的。

2 基于影像測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)檢測(cè)方法

對(duì)網(wǎng)孔進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量有這幾步：自動(dòng)捕獲邊緣點(diǎn)、擬定邊緣線段、找出徑向或緯向的網(wǎng)孔尺寸，網(wǎng)孔有圓形和方形兩種，本文把方形網(wǎng)孔作為研究對(duì)象。

捕獲邊緣點(diǎn)的方法。通過(guò)采集卡得到的圖像信息受噪聲影響較大，所以在檢測(cè)之前要對(duì)圖像進(jìn)行技術(shù)處理。這些噪聲是隨機(jī)的用相應(yīng)型號(hào)的濾波器如高斯濾波器就能較好的解決噪聲問(wèn)題。高斯濾波器用在這里非常合適，例如二維高斯濾波等。濾波完后開(kāi)始計(jì)算邊緣點(diǎn)，這時(shí)使用的工具是Sobel梯度算子，結(jié)果就是邊緣點(diǎn)的相關(guān)信息。對(duì)邊緣強(qiáng)度設(shè)置閥值能增加檢測(cè)結(jié)果的可靠性，由梯度算子得來(lái)的邊緣一般都不是單像素的，通過(guò)抑制操作把它變?yōu)閱蜗袼氐摹＿@時(shí)的邊緣像素是較高級(jí)別的，這會(huì)增大計(jì)算誤差，為解決這個(gè)問(wèn)題就要用插值法來(lái)計(jì)算邊緣，確保計(jì)算的正確性。

從檢測(cè)算子得來(lái)的邊緣信息其來(lái)源是整幅圖像的范圍內(nèi)，還有其它如雜點(diǎn)邊緣等，所以這些信息不能用來(lái)計(jì)算內(nèi)側(cè)邊緣。這時(shí)就要在邊緣信息中找出連通區(qū)域，使用相關(guān)連通技術(shù)從起始點(diǎn)到相鄰的邊緣點(diǎn)在這之間進(jìn)行搜索，然后再換一個(gè)區(qū)域還用此方法進(jìn)行搜索，一直到把邊緣點(diǎn)搜索完為止。在連通區(qū)內(nèi)找出一些封閉的，再?gòu)闹姓页鲆粋€(gè)含有種子點(diǎn)的連通區(qū)，把它的邊緣在檢測(cè)中看成是網(wǎng)孔的邊緣點(diǎn)。然后再通過(guò)分析方向數(shù)據(jù)，把邊緣點(diǎn)分為4組然后把每個(gè)組的所有點(diǎn)擬合成邊緣線段，這就是被檢測(cè)網(wǎng)孔的邊緣數(shù)據(jù)。這時(shí)的邊緣線段沒(méi)有經(jīng)過(guò)視野限制的影響：網(wǎng)孔尺寸過(guò)大，機(jī)臺(tái)就會(huì)到其它位置進(jìn)行搜索，直到搜索完4個(gè)邊緣，使每個(gè)邊緣都能正確、合理的擬合為線段。

根據(jù)有關(guān)規(guī)定，校準(zhǔn)計(jì)算要有3個(gè)距離：徑向網(wǎng)孔距離、緯向網(wǎng)孔距離、絲徑距離。在獲得4條線段數(shù)據(jù)后，上面3個(gè)距離都是在兩條線段間計(jì)算的。從幾何角度上來(lái)說(shuō)平行線間的距離是它們之間垂線段的長(zhǎng)度。但實(shí)際情況是本來(lái)平行的兩線段，因?yàn)楦鞣N誤差如檢測(cè)邊緣點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的誤差、擬合邊緣點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的誤差等其它誤差的影響，兩線段經(jīng)計(jì)算后幾何關(guān)系是很難平行的；此外還有網(wǎng)孔自身因?yàn)槭芰ψ冃嗡膶?duì)邊幾乎上不會(huì)平行。實(shí)際情況中還有對(duì)邊不一樣長(zhǎng)、對(duì)邊沒(méi)有對(duì)正等。

如果要計(jì)算兩條線段間的距離，它們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)必須得是平行的，這樣對(duì)距離的計(jì)算才會(huì)有實(shí)際意義。實(shí)際情況中因?yàn)楦鞣N誤差才造成它們之間的不平行，這個(gè)時(shí)候該如何計(jì)算它們之間的距離呢？?jī)删€段平行時(shí)是它們之間垂線段的長(zhǎng)度，不平行時(shí)就找一條線段再根據(jù)它來(lái)計(jì)算間距就能得到最佳的間距值。用影像測(cè)量?jī)x測(cè)量線段時(shí)一般是捕獲很多邊緣點(diǎn)然后擬合成線段。但是在兩條線段上通過(guò)采集得到的邊緣點(diǎn)不能擬合成一條線段，這時(shí)分別對(duì)它們?nèi)↑c(diǎn)擬合就會(huì)有兩條擬合線段，找出它們的角平分線然后再根據(jù)它計(jì)算兩測(cè)量線段的距離。

試驗(yàn)篩放到機(jī)臺(tái)上的時(shí)候，擺放的位置總會(huì)存在偏差，一般是測(cè)量一個(gè)網(wǎng)孔后其它的網(wǎng)孔就是傾斜的，這時(shí)就要在影像測(cè)量以上增加一個(gè)網(wǎng)孔校正功能，這可以避免手工操作的麻煩提高操作的效率?，F(xiàn)在這里使用方向預(yù)估即根據(jù)上一個(gè)邊緣方向、長(zhǎng)度，把它的中心點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)移動(dòng)直到下一個(gè)網(wǎng)孔位置。

根據(jù)相關(guān)要求檢測(cè)時(shí)要找出兩個(gè)網(wǎng)孔作為起始位置，然后按照上面所說(shuō)的步驟進(jìn)行，從起始位置向周圍經(jīng)、緯各方向找出10個(gè)網(wǎng)孔，最后對(duì)40個(gè)網(wǎng)孔的三個(gè)相關(guān)尺寸進(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)果后再計(jì)算這三個(gè)尺寸的平均值。檢測(cè)完后把得到的尺寸數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)的尺寸數(shù)據(jù)在誤差允許范圍內(nèi)比較，然后對(duì)試驗(yàn)篩做出正確判定，并由影像測(cè)量?jī)x做出校準(zhǔn)報(bào)告。

最后，還要用測(cè)量軟件對(duì)這個(gè)方法進(jìn)行驗(yàn)證。先把試驗(yàn)篩放平接著選擇起始網(wǎng)孔，設(shè)定參數(shù)，通過(guò)軟件使測(cè)量?jī)x自動(dòng)校準(zhǔn)并生產(chǎn)成報(bào)告。結(jié)果顯示，使用專用的測(cè)量軟件效率高、速度快，不需要多少人工操作勞動(dòng)量大大降低，人員主觀因素影響和搜索的隨機(jī)性也大大降低。

3 總結(jié)

本文研究了一種試驗(yàn)篩的自動(dòng)測(cè)量方法，使用影像測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量，影像測(cè)量?jī)x的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量速度快、良好的準(zhǔn)確性、非接觸測(cè)量、通用性強(qiáng)等，被應(yīng)用于很多企業(yè)例如電子、塑膠、五金等的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中，并研發(fā)了相應(yīng)軟件，該方法解決了對(duì)網(wǎng)孔校準(zhǔn)檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)的各種難題例如網(wǎng)孔邊緣點(diǎn)搜索、尺寸計(jì)算等，達(dá)到了用影像測(cè)量?jī)x來(lái)對(duì)試驗(yàn)篩進(jìn)行校準(zhǔn)檢測(cè)的目的，校準(zhǔn)效率顯著提高。

［1］謝華昆.影像測(cè)量?jī)x的發(fā)展與點(diǎn)評(píng)[J].工具技術(shù)，2011，45（8）：3-8.

［2］張海波，程娜，梁玉紅.基于LabVIEW的試驗(yàn)篩自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)[J].信息化技術(shù)與控制，2012（22）：26-28.

［3］陳曉紅，游林儒，劉少君.基于機(jī)器視覺(jué)的影像測(cè)量?jī)x自動(dòng)尋邊技術(shù)研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2013（2）：103-110.

［4］張彥軍，王睿超.控制景深提高影像測(cè)量?jī)xZ軸測(cè)量精度[J].計(jì)測(cè)技術(shù)，2012，32（5）：47-49.