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基于特定光照强度的视觉测量系统误差补偿方法

王世颖;张杰;钟鸿涛;黎达成;李俊铭;陶建华

【摘要】在机器视觉测量系统中,光照强度影响着图像的对比度和边缘特征等,从而

对最后的轮廓识别精度造成影响.从系统测量的稳定性角度出发,确定合适的光照强

度范围,并求出误差补偿曲线.结果表明,在相机的曝光时间为0.05ms时,取光照强

度11200Lux,使用系统进行测量时,得出的结果最稳定,伴随其误差补偿曲线为△=-

0.0009011*L+0.4995.

【期刊名称】《装备制造技术》

【年(卷),期】2016(000)010

【总页数】3页(P195-197)

【关键词】光照强度;轮廓识别精度;机器视觉;误差补偿

【作者】王世颖;张杰;钟鸿涛;黎达成;李俊铭;陶建华

【作者单位】广州大学机械与电气工程学院,广东广州510006;广州大学机械与

电气工程学院,广东广州510006;广州大学机械与电气工程学院,广东广州

510006;广州大学机械与电气工程学院,广东广州510006;广州大学机械与电气工

程学院,广东广州510006;广州大学机械与电气工程学院,广东广州510006

【正文语种】中文

【中图分类】TP391

光源作为机器视觉测量技术不可缺少的成分之一，其目的是使被测物体能够在合适

的光线下尽可能地凸显其特征。在图像检测技术中，光照强度对系统测量精度的影

响占有较大的比重。于是，人们开始提出一些方法来提高系统的测量精度。例如

“动态调整像素当量值[1]”是根据光照强度的变化动态调整像素，用以解决系统

工作过程中照射到工件的光照强度变化引起的测量精度变化的问题。但是该方法需

要实时准确测量光照强度，对于正在工作的系统，实时测量被测工件照射到的光照

强度，其可行性不高，并且测量设备长期工作时表面容易积灰，导致测量结果不准

确。

本文在以机器视觉为基础的测量系统的前提下，从实验的角度讨论光照强度对机器

视觉测量系统精度的影响，确定合适的光照强度之后，提出对系统的测量结果进行

补偿的方法，从而提高系统的精度。

以自主开发的数控自动编程系统为实验平台。该平台硬件部分除了CCD相机外，

光源采用蓝色LED环形光源。配置合适的光源后，在此基础上进行寻找最佳光照

强度的实验，进一步提高系统的稳定性和精度。

在视觉测量系统中，不同光源对图像成像质量的影响主要表现在光与被测物体间的

相互作用、照明的光谱、照明的方向性等[2]。选择合适的光源，可以凸显工件特

征、提高检测精度和保证检测系统的稳定性。其中，本系统用于测量工件长度，工

件背景颜色大多为银色。于是选择蓝色光源。蓝色光源波长位于430~480nm之

间，适用于银色背景的产品。另外由于测距的需要，采用环形光源，光照均匀，无

虚影产生，清晰度高。系统的实物图如图1所示。

本系统是用的是Canny边缘检测[3]来对所获取工件图片的边缘进行识别。检测的

整个过程的精度与工件成像的质量密不可分。图像中工件的边缘越清晰，边缘处灰

度值变化越明显，其边缘检测越稳定，精度越高。当相机、光源等型号确定后，实

验变量，例如光照强度，曝光时间等的优化可以进一步提高系统的精度。在选定的

曝光时间（0.05ms）下，以上述的实验系统为平台进行寻找最合适于本系统光照

强度的实验。

2.1实验器材

本实验使用的实验仪器，材料如下：

（1）CCD相机：焦距16mm，像元尺寸5.2×5.2μm，像素1280×1024；

（2）镜头：焦距16mm；

（3）蓝色环形光源：内径10cm；

（4）光源控制器：输出24V~36W；

（5）GM1020数字流明计；

（6）量块：标称长度6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、20、30、40、50、

60（mm），极限偏差te（μm）：

ln≤10，te=0.45

10＜ln≤25，te=0.60

25＜ln≤50，te=0.80

50＜ln≤75，te=1.00

（7）标定板：60cm×60cm，绝对偏差0.2μm；

（8）磨砂PVC背景板；

（9）福禄克万用表F15B+；

（10）自主开发的数控自动编程系统界面程序。

2.2实验方案

（1）使用标定板和Halcon软件标定助手标定后，取曝光时间为0.05ms.

（