自动影像测量系统关键算法研究(二号黑).doc

 自动影像测量系统关键算法研究（二号黑） 张舞杰，杨义禄，李迪，叶峰（四号宋） （华南理工大学 机械工程学院，广东 广州 510640）（五号宋） 摘 要：目的：为了实现对工件的自动影像测量，建立了自动影像测量系统。对该系统所采用的图元识别、图元测量、基于自动聚焦原理的高度测量等算法进行研究。方法：首先，根据圆形和矩形图元的面积和真圆度等特征参数介绍了图元识别算法。接着，以直线和圆形图元为例分析了典型图元的测量算法，即在提取图元边缘点的基础上进行图元拟合。然后，在分析比较能量谱等聚焦评价方法的性能的基础上，说明了采用自动聚焦原理进行高度测量的算法。最后，介绍了系统比例尺的设定方法以及光栅尺读数的误差补偿方法。结果：实验结果表明：比例尺的标定精度为0.5μm；图元的测量精度在微米级；高度测量精度为0.035mm。结论：基本满足自动影像测量的稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。（小五号宋） 关键词：计算机视觉；边缘检测；图元；曲线拟合；亚像素 （摘要和结论要有数据，要按照本格式写目的：方法，结果，结论分开写）  1 引言（四号宋） 随着产品的微型化，加工订单的国际化，对产品测量和检测的要求越来越高。测量精度从0.01mm向0.001mm过渡,······。因其具有非接触、适应能力强、快速高效、准确、柔性好、可靠性高等特点，在现代工业检测中受到了广泛重视。 近年，······。(五号宋) 2 影像检测系统的构成及其工作原理 2.1 影像检测系统的硬件构成（五号黑） 图1为CNC影像检测系统原理图。······。 图1 影像测量系统原理图（小五宋） 2.2 影像检测系统的工作原理（五号黑） 该系统的基本工作原理为：影像测量就是通过面阵CCD (五号Times New Roman）······。 由图2可知，······。线间的夹角、圆的直径、面积，矩形的面积等。（五号宋） 图2 影像测量系统结构示意图 3 影像测量系统软件的关键算法 3.1 图像的预处理（五号黑） 在图像产生、传输和变换的过程中，由于各种因素的影响，······。（五号宋）  3.2 典型图元的识别算法（五号黑） 在对被测图元进行测量之前，······。它定义为： ， (1) a、圆形图元的几个特征参数（五号加重宋） 圆的面积为：；圆的周长为：。其中为圆的半径。圆形图元的真圆度为： ， (2) b、矩形图元的几个特征参数（五号加重宋） 设矩形图元的相邻的两个边长分别为和，则矩形图元的周长为：；面积为：。矩形图元的真圆度为： ， (3) 形状越接近圆，其真圆度就越接近1。······，图元的识别。 3.3 典型图元测量算法（五号黑） 针对被测物体常见的几何形状，······。现将直线、圆形的测量算法描述如下。 3.3.1 直线图元的测量算法（五号黑） 对于直线图元，······。设边缘点的坐标为，并设一元线性回归方程为： ， (4) 根据最小二乘法，使与偏差的平方和最小可求得： ······， (5) 其中： ······ 考虑到一些未能去除的噪声点的干扰，······。然后就可以进行长、宽和面积等的计算。 3.3.2 圆形图元的测量算法（五号黑） 由于圆形图元的几何特征与由直线图元组成的图形不同，其测量算法也有所不同。 在本系统中对圆形图元的测量，······。设边缘点的坐标为 则形心的坐标为： ， (6) 以形心坐标作为圆心坐标的初值，······。具体算法如下：设圆的方程为： ， (7) 则边缘上的点(设边缘上的点的坐标为（）)到圆周上的距离平方为： ， (8) 要进行······。令函数 ，(9) 将边缘点的坐标代入······这时的即为所求。通过该方法······到测量结果。 3.4自动聚焦高度测量算法（五号黑） 在采用自动聚焦方法进行高度测量时，······评价函数来衡量的[7]。焦距评价函数应具有以下几个特点：1、单峰性；2、无偏性；3、能反映离焦极性；4、较高的信噪比；5、速度快。 常用的聚焦评价函数有以下几种： a、能量谱方法（五号加重宋） 该方法······。 设是一个图像的函数，则二维离散傅立叶变换为： ， (10) 其傅立叶谱为： ， (11) 能量谱函数为： ， (12) 则能量谱评价函数为： ， (13) 其中，和分别是傅立叶变换的实部和虚部。所在的位置即为聚焦位置。 b、灰度方差法 一幅聚焦清晰的图像应有较多的灰度变化，······。。 c、灰度梯度法 聚焦清晰的图像······。即： ， (14) 常用的梯度算子有以下几种：