[doc格式] 一种基于视觉的瓷砖尺寸在线检测系统

[doc格式] 一种基于视觉的瓷砖尺寸在线检测系统 一种基于视觉的瓷砖尺寸在线检测系统 第23卷第4期 2008年12月 北京机械工业学院 JournalofBeijingInstituteofMachinery V01.23No.4 Dec.20o8 文章编号:1008—1658(2008)04—0020—04 一 种基于视觉的瓷砖尺寸在线检测系统 张帅,邓文怡,刘力双 (北京信息科技大学光电信息与通信工程学院,北京100192) 摘要:介绍了一种基于线阵CCD的瓷砖尺寸在线视觉检测系统,对系统进行了 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 , 并提出了系统的标定 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 .采用了一种改进的基于灰度矩的亚像素边缘定位算法对边缘进行了 精确定位,随后根据边缘点数据拟合出瓷砖的角点,最终根据角点的相对位置求出瓷砖的各个尺 寸参数.实验结果表明,该系统具有实时,非接触,速度快,精度高以及现场抗干扰能力强等优点, 可以满足一般瓷砖在线尺寸检测的需要. 关键词:瓷砖;尺寸检测;亚像素定位;角点拟合 中图分类号:TP391文献标识码:A Avisionsystemforon.1inedimensionmeasurementofceramictile shuang ZHANGShuai,DENGWen-yi,LIULi— (SchoolofPhotoelectricInformationandTelec0mmunicationEngineering, BeijingInformationScienceandTechnologyUniversity,Beijing100192,China) Abstract:Inthispaper,anon—linevisionsystemforinspectingdimensionparametersofceramic tile,whichgrabstheimagesscannedbylinearCCDcameraisintroduced.Thesystemisdesigned,and themethodofsystemcalibrationispresented.Theimprovedalgorithmofsub—pixeledgelocationbased ongraymomentisusedtolocatetheedgepointsexactly.Thecomersofceramictilearefittedbythese edgepoints,thenandthedimensionparametersarefiguredoutfinally.Experimentresultsindicatethat thesystemisreal—time,non-contact,fastspeed,highprecisionandstronganti-jamming,whichcansaris— fytheneedofon-linedimensioninspectingofnormalceramictile. Keywords:ceramictiles;dimensionmeasurement;sub-pixellocation;corne rfitting 作为一种重要的建筑材料,瓷砖在我国的应用 非常广泛.并且随着瓷砖生产技术的不断成熟以及 市场的不断扩大,我国的瓷砖生产厂家大都已经步 入了自动化大规模的生产模式.这种大规模的生产 在带来可观的经济效益的同时,也给瓷砖的在线检 测提出了难题.现阶段国内的大部分瓷砖生产厂家 还在采用人工检测方式,这种方式精度低,速度慢, 严重制约了瓷砖产业的发展. 而机器视觉作为一种现代检测技术,得到了越 来越广泛的应用,它具有非接触,全视场测量,高精 度和自动化程度高的优点?j,能很好的满足现代工 业的需要,具有广阔的应用前景.本文利用机器视 觉检测技术,开发了一套瓷砖尺寸在线检测系统. 1系统工作原理 瓷砖尺寸视觉检测系统由机械运动装置,光源, 成像系统,图像采集及处理部分组成.系统的组成 示意如图1所示. 系统的工作原理为:电机带动传送带以一定的 速度运动,传送带上的待检瓷砖经过高频荧光灯的 照射,其图像通过镜头成像到线阵CCD的光敏阵列 面上.CCD相机将扫描到的信号转换为视频信号 输出到图像采集卡,然后图像采集卡将得到的视频 信号转换为数字信号并传送到计算机进行处理,从 收稿日期:2008—10—29 基金项目:北京市属市管高等学校人才强教 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 资助项目(PXM2007—014224—044674);北京市重点实验室(机电系统测控)开放课题 (KF2008l12304) 作者简介:张帅(1982一),男,河南濮阳人,北京信息科技大学光电信息与通信工程学院硕士研究生,主要从事视觉检测及模式识别方面的 研究. 第4期张帅等:一种基于视觉的瓷砖尺寸在线检测系统21 而得到瓷砖的尺寸参数,进而判断待检瓷砖是否合 格.为了使图像数据的采集和瓷砖的运动同步,以 消除速度变化带来的影响,传送带上设置有光电开 关,并且在传送带的滚轴上设置安装了一个编码器. 当有瓷砖经过光电开关时,系统开始采集图像,编码 器每输出一个脉冲系统采集一帧线阵CCD数据. 1一计算机,2一线阵CCD,3--编码器,4一传送带, 5一光电开关,6一瓷砖,7一光源,8一电机 图1瓷砖在线视觉检测系统示意图 2测量系统标定 线阵CCD扫描视觉检测系统属于二维视觉测 量系统,二维视觉测量系统的标定是获得空间某平 面上的点与图像中对应点之间的关系.系统标定所 用的靶标如图2所示.在标定前首先调整靶标使其 中的竖线和传送带前进方向平行,然后不断调整相 机位置,并利用清晰度评价函数判断靶标是否在成 像系统的正焦面上. 图2标定靶标 调整定位之后,对靶标的扫描图像进行预处 理,首先使用二值化以及边缘提取算法对图像中的 边缘点进行粗定位,然后使用基于灰度矩的亚像素 定位算法进行边缘点的精确定位,进而得到靶标上 各线条的位置,根据这些位置便可以求出标定参数. 由于行距标定无畸变,故使用线性模型来标定 行距,根据两条横线在靶标上的实际间距值及其 在图像上的间距值,得出系统的行距标定参数 r =. 考虑到镜头畸变所带来的影响,在标定列距 L 时分两步进行J:首先利用线性标定模型对基本无 畸变的靶标中心区域进行标定,设竖线条的实际坐 标为Y,图像中对应的坐标为Y,二者的线性关系 为:),:kly’+k:.然后,在进行畸变校正时,根据上 述线性标定方程可以计算出靶标上的所有竖线在图 像中的理想位置,设Y表示在无畸变情况下竖线的 理想坐标,将所有竖线坐标数据代入非线性畸变关 系表达式Yf=Y+k.+k4y+ksy中,通过最小二乘法 拟合,即可得出畸变参数k,k,k. 3瓷砖尺寸参数提取 3.1边缘点的提取 要计算瓷砖的尺寸参数,必须先得到瓷砖图像 的边缘点.经典的边缘检测算法得到的像素级的边 缘点无法满足检测精度的要求,所以系统对边缘点 进行了亚像素定位.其中系统采集到的瓷砖图像如 图3所示.由于要求对瓷砖进行在线实时的检测, 并且考虑到扫描到的瓷砖图像具有边缘简单,对比 度高的特点,系统采用了先对图像进行预处理得到 边缘点坐标的粗略值,然后再进行亚像素定位的方 法.其中预处理包括二值化和像素级的边缘点提 取_4J,二值化后的瓷砖图像如图4所示,边缘提取后 的图像如图5所示.为了后续处理的方便,系统对 瓷砖边缘进行了边缘跟踪』. 图3瓷砖图像 图4二值化图像图5边缘图像 由于传统的基于灰度矩的亚像素定位算法计 算量比较大,不适于在线使用,故本文采用了一种速 度快并且精度适中的基于灰度矩的亚像素定位算 法_6J.其基本思想是:首先确定边缘的方向,然后 沿垂直边缘的方向拓展像素,并设单调序列gj(= 1,2,…,rt)为对应拓展像素的灰度值,像素个数选 22北京机械工业学院第23卷 择//,=6,则该序列的前三阶灰度矩满足下式: m=音i=1,2,3(1) 其中_m为序列的第i阶灰度矩.然后定义S 为: S:(2)=——?-==_——_=?一IJ( m2一m)… 最后得到亚像素边缘的定位位置为: 号;?+(3) 3.2尺寸参数的提取 根据国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 中对陶瓷砖边长,边直度以及直 角度检测方法的定义,本文提出了一种基于角点 拟合的方法进行瓷砖参数的提取,为了排除瓷砖边 界的不规则带来的误差,分别用直线拟合瓷砖角点 两侧的一段边,求出两条边的交点,就是我们所要求 的角点,然后根据4个角点的相对位置来求得边长, 边直度以及直角度等参数. 以拟合左上角点为例,选择角点附近合适数量 的点,使用最小二乘法拟合2条直线: YI:klX+bl(4) y2=k2X+b2(5) 其中k,k:分别为两条直线的斜率,而b,b分 别为两条直线在y方向上的截距,然后可求得两条 直线的交点为P(毽,),此点即为所 拟合的角点.同理可求出其他3个角点. 当所有的角点确定之后,就可以利用点到点之 间的距离来求出瓷砖各边边长.以左边长为例,左 下角点和左上角点分别为P.(,y,)和P(:,y), 则根据点到点之间的距离公式得左边长,为: L=?(1一2)+(Y一y2)(6) 直角度的检测方法定义为砖的一个角和直角的 偏差,用百分比来表示.以瓷砖的左上角为例,可以 由式(4)和(5)得到2条直线所夹的角O/为: —tan()(7) 这个角度就是左上角所对应的角度值.依据方 法中的定义我们可以得到瓷砖左上角的直角度为: 直角度=×l00%(8) 边直度定义为瓷砖边的中央偏离边所对应的直 线的偏差,亦用百分比来表示.以左边为例,对边缘 点数组进行处理,找到左边界的中央边缘点C(, ),可以求出该点到左侧2个角点所确定的直线距 离为: l(l—2)Y一(yl—Y2)—X1Y2+x2Yl ‘,一一 ~/(1一2)一(Yl—Y2)(9) 然后根据标准中的定义以及已求得的左边长 可以得到: 7 边直度=?×100%(10)JJ 根据拟合出的4个角点的坐标信息以及式 (6),式(8)和式(10),便可以求出瓷砖的4个边长, 4个直角度以及4个边直度. 4实验结果 参照国家标准中对于瓷砖尺寸参数的测量方 法,使用游标卡尺,分度表以及标准版等精密测量仪 器对图3所对应的瓷砖进行测量,得到一组瓷砖的 尺寸数据.然后使用本系统对同一个瓷砖的各个尺 寸参数进行多次测量,并求其平均值,得到另外一组 数据,将两组数据及它们之间的差别同时列于表1 所示 表1两种方式下的瓷砖尺寸检测结果及差别 通过上表中的数据,可以看到本系统能够满足 瓷砖尺寸参数在线检测的需要. 5结论 本文提出了一种瓷砖尺寸的在线视觉检测系 统,实现了瓷砖的非接触,在线实时的检测目标,提 高了检测的效率和精度.该系统能够满足一般瓷砖 的实际检测需要,具有良好的工业应用前景.并且 本检测系统也可为其他类似工业产品的在线尺寸检 测提供参考. 第4期张帅等:一种基于视觉的瓷砖尺寸在线检测系统23 参考文献: [1]叶声华,邾继贵,王仲.视觉检测技术及其应 用[J].中国工程科学,1999,1(1):49—52 [2]李奇,冯华君,徐之海,等.数字图像清晰度评 价函数研究[J].半导体光电,2002,31(6):736 —. 738 [3]孙双花.视觉测量关键技术及在自动检测中的 应用[D].天津:天津大学精密仪器与光电工程 学院,2007 [4]费旭东,王文剑,荆人杰.二值图边界的快速提 取算法[J].信号处理,1994,10(3):130—138 [5]葛澎.一种快速边缘跟踪与提取的新算法 [J].微电子学与计算机,2005,22(8):14—17 [6]刘力双,张铫,卢慧卿,等.图像的快速亚像素 边缘检测方法[J].光电子?激光,2005,16 (8):993—996 [7]中华人民共和国质量监督检疫检验总局.GB/ T3810.2—2006.中华人民共和国国家标准一陶 瓷砖试验方法[S].北京:中国标准出版社, 2006 (上接第12页) 3总结 本文探讨了基于双目视觉跟踪的三维拼接技 术,采用测量系统获得每次视场范围内的三维点坐 标,通过跟踪系统和中介靶标将每次测得的三维点 坐标转换到全局坐标系下完成拼接.该方法简便, 操作简单,经过实验数据分析,切实可行,能够取得 理想的效果.这种三维拼接技术适合工业三维测量 的复杂环境,能够较精确的获得大型自由曲面三维 信息 参考文献: [1]马颂德,张正友.计算机视觉[M].北京:科学出 版社,2003 [2]ZhangZhengyou.AFlexibleCameraCalibration ByViewingaPlaneFromUnknownOrientations 12—02)[2008—10—15].ht— [S/OL].(1998— tp//:research.microsogt.com/Zhang [3]冯文灏.近景摄影测量[M].武汉:武汉大学出 版社.2004 [4]向登宁,邓文怡,燕必希,等.利用极线约束方法 实现图像特征点的匹配[J].北京机械工业学 院,2002,17(4):21—25