專利名稱：基于圖像檢測的二維特征尺寸測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種二維特征尺寸測量方法。
背景技術(shù)：
隨著生產(chǎn)與科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，對測量方法的精確度、效率以及自動化程度的要求也越來越高。圖像檢測技術(shù)將被測對象的圖像做為信息的載體，從中提取有用的信息， 用它實(shí)現(xiàn)非接觸，高精度，快速及自動化檢測。圖像測量技術(shù)適應(yīng)了測量需求發(fā)展趨勢，成為微小結(jié)構(gòu)、曲面輪廓以及孔距等二維特征尺寸的重要測量方法。二維特征尺寸是評價(jià)加工精度的重要依據(jù)，如加工圓孔的直徑、圓孔之間的位置關(guān)系、溝槽陣列的間距、楔形結(jié)構(gòu)的角度等。然而，由于采集圖像信息復(fù)雜，直接對圖像進(jìn)行全局處理會受到眾多噪聲的影響，而得不到精確且穩(wěn)定的二維特征信息，因此，大多二維特征圖像測量系統(tǒng)往往采用手動操作的方式進(jìn)行特征信息的提取。而在進(jìn)行手動選擇時，由于受到主觀感覺的影響和點(diǎn)選位置的不確定性，再加上圖片的分辨率高，在顯示時會存在縮小顯示，實(shí)際看到選擇點(diǎn)的位置會存在幾個像素的偏差是在所難免的，同樣造成了手動選擇的不準(zhǔn)確和不穩(wěn)定。因此，有必要開發(fā)一種精確穩(wěn)定的二維特征尺寸測量方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種能夠提高寸測量的穩(wěn)定性和精度的二維特征尺寸測量方法。本發(fā)明是一種綜合了人機(jī)交互處理和局部特征自動定位方法，進(jìn)一步地，借助B樣條曲線對非規(guī)則輪廓進(jìn)行統(tǒng)一描述，還適應(yīng)更多曲線或不規(guī)則形狀等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的測量。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種基于圖像檢測的二維特征尺寸測量方法，依次執(zhí)行下列步驟(1)在所采集的圖像上沿預(yù)測量的二維特征輪廓依次選擇若干點(diǎn)；(2)進(jìn)行形狀擬合，確定初步選擇的形狀曲線；(3)以該初步選擇的形狀曲線為中心線，沿著該曲線的法向矢量向兩側(cè)擴(kuò)展同樣的像素距離，分別生成兩條定位曲線，以這兩條曲線為邊界線來限定圖像處理的區(qū)域。(4)利用灰度跳變方法在所限定的圖像處理的區(qū)域，進(jìn)行邊界搜索，提取形狀邊界；(5)根據(jù)步驟(4)提取的形狀邊界，進(jìn)行特定形狀約束的數(shù)據(jù)擬合，從而得到所需形狀參數(shù)。作為優(yōu)選實(shí)施方式，如果曲線的二維特征不是直線或二次曲線，步驟(2)采用三次B樣條曲線插值的方法，得到進(jìn)行形狀擬合的數(shù)據(jù)點(diǎn)；所述的像素距離為10 20像素； 設(shè)確定初步選擇的形狀曲線為ν = f(u)或u = g(v)，其中(u，v)為圖像坐標(biāo)橫縱坐標(biāo)，在步驟中依據(jù)初步選擇的形狀曲線的橫、縱坐標(biāo)范圍Urang和進(jìn)行搜索循環(huán)方向的確定，若Wang > Vrang,以橫坐標(biāo)作為循環(huán)方向，反之以縱坐標(biāo)為循環(huán)方向。本發(fā)明可精確提取二維特征的輪廓數(shù)據(jù)，以該數(shù)據(jù)作為特征量計(jì)算基準(zhǔn)，測量結(jié)果避免了人工選擇的主觀性，因此，測量具有精度高、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。同時，采用三次B樣條曲線進(jìn)行選擇點(diǎn)擬合，因此，選擇形狀不局限于常見的直線、圓等規(guī)則形狀，還可實(shí)現(xiàn)曲線或不規(guī)則形狀的選擇定位和測量。


圖1處理流程圖。圖2圖像處理區(qū)域確定流程圖。圖3圖像處理區(qū)域自動定位示意圖。圖4邊界提取流程圖。(a)主流程(b)邊界搜索模塊。圖5邊界提取算法示意圖。圖6刀具角度測量效果圖。
具體實(shí)施例方式圖1是本發(fā)明的整體處理流程。首先，進(jìn)行圖像采集，獲取預(yù)測量結(jié)構(gòu)的圖像信息。傳統(tǒng)處理方法是直接通過手動選擇結(jié)構(gòu)邊緣的一些特征點(diǎn)，并計(jì)算選擇點(diǎn)的圖像坐標(biāo)， 進(jìn)而依據(jù)圖像坐標(biāo)和實(shí)際尺寸的轉(zhuǎn)換關(guān)系(系統(tǒng)標(biāo)定參數(shù)，參考文獻(xiàn))，實(shí)現(xiàn)特征量的計(jì)算和測量，如圖1中虛線流程。可以看出手動選擇點(diǎn)位置精度是測量精度的關(guān)鍵，鑒于手動選擇測量和全局圖像處理的不穩(wěn)定性，本發(fā)明設(shè)計(jì)了基于手動選擇再進(jìn)行特征自動定位的方法。在手動選擇基礎(chǔ)上，自動選擇點(diǎn)的周圍小區(qū)域內(nèi)進(jìn)行圖像處理，通過邊界提取精確定位選擇邊界的輪廓，然后對精確提取的邊界數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)定形狀的擬合，結(jié)合系統(tǒng)標(biāo)定參數(shù)從而實(shí)現(xiàn)特征形狀參數(shù)的精確測量。圖2是依據(jù)用戶選擇自動確定圖像處理區(qū)域流程圖。首先對用戶選擇點(diǎn)數(shù)組A進(jìn)行形狀擬合，確定初步選擇形狀曲線方程V = f (U)或U = g(V)，其中(U，V)為圖像坐標(biāo)橫縱坐標(biāo)。然后以該曲線為中心線，沿著該曲線的法向矢量向兩側(cè)擴(kuò)展同樣的像素距離d，分別生成兩條定位曲線，以這兩條曲線為邊界線來限定圖像處理的區(qū)域，這里d —般選擇10 20像素，如圖3所示。然后，在限定好的區(qū)域中進(jìn)行圖像處理，精確提取形狀邊界。進(jìn)行邊界提取的方法較多，這里利用灰度跳變原理進(jìn)行邊界搜索，即邊界被認(rèn)為是灰度值跳變點(diǎn)組成。圖4是進(jìn)行邊界搜索算法流程圖。首先依據(jù)初選擇形狀的橫縱坐標(biāo)范圍和Vrang進(jìn)行搜索循環(huán)方向的確定，若Urang > Vrang,以橫坐標(biāo)作為循環(huán)方向，反之以縱坐標(biāo)為循環(huán)方向。這里以橫坐標(biāo)作為循環(huán)方向?yàn)槔?，假設(shè)橫坐標(biāo)的起始坐標(biāo)分別為Ustmt 和ust。p，橫坐標(biāo)u在[Ustot，ust。p]內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，其中任意點(diǎn)坐標(biāo)Ui,帶入曲線方程ν = f(u), 得縱坐標(biāo)Vi,同時求解該點(diǎn)ρ (Ui, Vi)的切線斜率t = f' (u) |u = Ui,切線傾斜角為θ = atan(t)，如圖5所示，求解得該點(diǎn)處垂直于曲線的直線方程u = tV+Ui+tVi。沿該垂直直線上進(jìn)行灰度跳變搜索，即在縱坐標(biāo)ν的范圍內(nèi)[Vi-dC0S(e)，Vi+dCOS(0)]進(jìn)行循環(huán)搜索， 比較相鄰點(diǎn)的灰度差找到圖像灰度跳變最大處P'，即為選擇點(diǎn)P處精確的邊界點(diǎn)。依次循環(huán)搜索，得到所有精確的邊界點(diǎn)陣列數(shù)據(jù)B。然后，對數(shù)據(jù)陣列B進(jìn)行特定形狀約束的數(shù)據(jù)擬合，如直線、圓、橢圓等二次曲線擬合等，從而得到與手動選擇無關(guān)的精確穩(wěn)定的形狀參數(shù)。本發(fā)明可對常見的直線、二次曲線(圓、橢圓、拋物線等)等規(guī)則形狀進(jìn)行特征量邊界提取，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)直線距離、直線夾角、圓半徑、圓的位置關(guān)系等特征量計(jì)算。另外， 因?yàn)槭窃谶x擇輪廓周圍區(qū)域進(jìn)行圖像處理，因此，對于不規(guī)則形狀來說，只要用戶沿邊界依次選擇點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)不規(guī)則圖形的特征量邊界提取，這里采用三次B樣條曲線對用戶選擇的不規(guī)則形狀進(jìn)行統(tǒng)一描述，
權(quán)利要求
1.基于圖像檢測的二維特征尺寸測量方法，依次執(zhí)行下列步驟(1)在所采集的圖像上沿預(yù)測量的二維特征輪廓依次選擇若干點(diǎn)；(2)進(jìn)行形狀擬合，確定初步選擇的形狀曲線；(3)以該初步選擇的形狀曲線為中心線，沿著該曲線的法向矢量向兩側(cè)擴(kuò)展同樣的像素距離，分別生成兩條定位曲線，以這兩條曲線為邊界線來限定圖像處理的區(qū)域。(4)利用灰度跳變方法在所限定的圖像處理的區(qū)域，進(jìn)行邊界搜索，提取形狀邊界；(5)根據(jù)步驟(4)提取的形狀邊界，進(jìn)行特定形狀約束的數(shù)據(jù)擬合，從而得到所需形狀參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像檢測的二維特征尺寸測量方法，其特征在于，如果曲線的二維特征不是直線或二次曲線，步驟(2)采用三次B樣條曲線插值的方法，得到進(jìn)行形狀擬合的數(shù)據(jù)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像檢測的二維特征尺寸測量方法，其特征在于，所述的像素距離為10 20像素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像檢測的二維特征尺寸測量方法，其特征在于，設(shè)確定初步選擇的形狀曲線為ν = f(u)或u = g(v)，其中(u，v)為圖像坐標(biāo)橫縱坐標(biāo)，在步驟 (4)中依據(jù)初步選擇的形狀曲線的橫、縱坐標(biāo)范圍Urang和Vrang進(jìn)行搜索循環(huán)方向的確定，若 Urang > Vrang,以橫坐標(biāo)作為循環(huán)方向，反之以縱坐標(biāo)為循環(huán)方向，利用灰度跳變方法在所限定的圖像處理的區(qū)域，進(jìn)行邊界搜索。
全文摘要
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于圖像檢測的二維特征尺寸測量方法，依次執(zhí)行下列步驟(1)在所采集的圖像上沿預(yù)測量的二維特征輪廓依次選擇若干點(diǎn)；(2)進(jìn)行形狀擬合，確定初步選擇的形狀曲線；(3)以該初步選擇的形狀曲線為中心線，沿著該曲線的法向矢量向兩側(cè)擴(kuò)展同樣的像素距離，分別生成兩條定位曲線，以這兩條曲線為邊界線來限定圖像處理的區(qū)域；(4)利用灰度跳變方法在所限定的圖像處理的區(qū)域，進(jìn)行邊界搜索，提取形狀邊界；(5)進(jìn)行特定形狀約束的數(shù)據(jù)擬合，從而得到所需形狀參數(shù)。本發(fā)明可精確提取二維特征的輪廓數(shù)據(jù)，具有精度高、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。
文檔編號G01B11/24GK102425989SQ20111024175
公開日2012年4月25日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者張效棟 申請人:天津大學(xué)