机器视觉测量实验报告..docx

《机器视觉应用实验报告》 姓 名 黄柱汉 学 号 201341304523 院 系 机械与汽车工程学院 专 业 仪器仪表工程 指导教师 全燕鸣 教授2015年04月16日华南理工大学实验报告课程名称： 机器视觉应用机械与汽车工程学院系 仪器仪表工程专业 姓名 黄柱汉实验名称 机器视觉应用 实验日期2015.4.16 指导老师 全燕鸣实验目的主要目的有以下几点：实际搭建工业相机、光源、被摄物体图像获取系统，自选Labview或Matlab、Halcon、Ni Vision软件平台，用打印标定板求解相机内外参数以及进行现场系统标定；进行一个具体实物体的摄像实验，经图像预处理和后处理，获得其主要形状尺寸的测量（二维）进行一个具体实物体的摄像实验，经图像预处理和后处理，识别出其表面缺陷和定位。实验原理“机器视觉”是用机器代替人眼来进行识别、测量、判断等。机器视觉系统是通过摄像头将拍摄对象转换成图像信号，然后再交由图像分析系统进行分析、测量等。一个典型的机器视觉系统包括照明、镜头、相机、图像采集卡和视觉处理器5个部分。HALCON是在世界范围内广泛使用的机器视觉软件，拥有满足各类机器视觉应用的完善开发库。HALCON也包含Blob分析、形态学、模式识别、测量、三维摄像机定标、双目立体视觉等杰出的高级算法。HALCON支持Linux和Windows，并且可以通过C、C++、C#、Visual?Basic和Delphi语言访问。另外HALCON与硬件无关，支持大多数图像采集卡及带有DirectShow和IEEE?1394驱动的采集设备，用户可以利用其开放式结构快速开发图像处理和机器视觉应用软件，具有良好的跨平台移植性和较快的执行速度。本实验包括对被测工件进行尺寸测量和表面缺陷检测。尺寸测量是通过使用机器视觉来对考察对象的尺寸、形状等信息进行度量；缺陷检测是通过机器视觉手段来分析零部件信息，从而判断其是否存在缺陷。尺寸测量和表面缺陷检测均可以通过边缘检测来实现。图像边缘是指其周围像素灰度后阶变化或屋顶状变化的那些像素的集合，它存在于目标与背景、目标与目标、区域与区域，基元与基元之间。它具有方向和幅度两个特征。沿边缘走向，像素变化比较平缓；而垂直于边缘走向，像素变化比较剧烈，而这种剧烈可能呈现阶跃状，也可能呈现斜坡状。如图1所示，边缘上的这种变化可以用微分算子检测出来，通常用一阶或二阶导数来检测边缘。不同的是，一阶导数认为最大值对应边缘位置，而二阶导数则以过零点对应边缘位置。a) 图像灰度变化b) 图像灰度一阶导数c) 图像灰度二阶导数图1 图像灰度变化与导数在传统边缘检测方法里，基于一阶导数的边缘检测算子有Robert算子、Sobel算子、Prewitt算子等。实验器材 MER-500-7UM彩色数字相机, 镜头位computar 8mm,单个像素尺寸2.2x2.2 um；三脚架；标定板,厚度3.8mm；计算机；被测工件；游标卡尺。实验内容与步骤实验内容：(1)搭建视觉测量系统；(2)采集标定板与被测工件图像；(3)利用HALCON软件进行相机标定，同时分别对被测工件进行尺寸测量与缺陷检测。2. 待测对象描述：尺寸测量与缺陷检测的对象是一块有五个开孔的小型面板，如图2所示，面板表面较粗糙，对于光源系统及其背景选择有较高要求。在使用中，开孔的作用是或者定位，若孔的尺寸过大(或过小)，会导致外接接口安装不稳定(或定位不准确)。同样，若存在不规则缺陷使得开孔过大(或过小)，亦会导致上述结果，故对此面板在使用前进行尺寸测量与缺陷检测是非常必要的。图 2 被测工件图像3. 实验步骤：(1) 根据现场环境，选择合适的机架安放地点——光照强度适合、稳定，安装位置平坦。(2) 利用扳手等工具，将三脚架、相机和镜头组装好。其中尽量保持相机镜头的中心线与测量平面的法线平行；(3) 启动计算机，打开大恒图像采集软件。将相机与计算机连接。(4) 在测量平面上放置白色背景（白纸），将标定板放在白色背景上，调整标定板的位置，使得标定板完全落在相机视场内部，对标定板进行图像采集。(5) 通过平移、旋转或改变其与成像平面的夹角改变标定板的位置，直至完成15次标定板图像采集工作，得到部分标定板图像如图3所示。abcdef图 3 部分标定板图片(6) 保持相机所有状态不变，放置好被测工件，根据被测工件材质选择合适的背景色调，调整光源强度与打光方式。对被测工件进行图像采集，视觉测量平台如图4所示。图 4 视觉测量平台(7) 利用HALCON软件编写工件的尺寸测量程序，面板尺寸测量的流程如图5所示。图 5 尺寸测量流程图(8) 测量缺陷几何参数：利用HALCON软件编写测量程序，流程如图6所示：图 6 尺寸测量与确定