專利名稱：基于線陣ccd像機圖像處理技術的變形集中測量系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于圖像處理技術領域，涉及一種對線陣CCD像機獲取物體表面圖像進行數據處理，計算物體表面變形程度的裝置。
背景技術：
隨著科技的進步，生產自動化水平的提高，機器視覺技術的應用越來越廣泛。許多自動化生產線(如集成電路焊裝生產線、表面檢測等)都采用線陣CCD作為在線檢測的裝備。目前的檢測系統如圖1所示，包括線陣CCD采集模塊1、處理模塊2和工控計算機3；線陣CCD采集模塊1采集的圖像由處理模塊2現場對CCD輸出信號進行D/A轉換，并對轉換的模擬信號進行處理。這種變形測量系統抗干擾能力差；由于采用模擬信號現場測量方式工作，測量需要調節的電參數多，各參數間有數據依存關系，系統可靠性差，需要人員對其進行維護；并且針對每一路測量信號均需要配備專用電源及控制機箱，結構復雜。
發明內容
為了克服現有技術存在的系統抗干擾能力差、可靠性差、結構復雜的問題，本發明采用工業成品線陣CCD像機采集圖像，利用采集與傳輸控制模塊將線陣CCD像機輸出數字圖像信號傳遞至工控計算機進行集中處理，目的是提供一種基于線陣CCD像機圖像處理技術的變形集中測量系統。
本發明如圖2所示，包括線陣CCD像機4，采集與傳輸控制模塊5，網絡交換機6，工控計算機7；線陣CCD像機4通過數據線與采集與傳輸控制模塊5連接，采集與傳輸控制模塊5通過網線與網絡交換機6連接，網絡交換機6通過網線與工控計算機7連接；所述線陣CCD像機4，用于獲取物體表面圖像數據，并將其傳遞給采集與傳輸控制模塊5；所述采集與傳輸控制模塊5，用于實現對線陣CCD像機4工作參數(如積分時間、同步模式等)的設定、網絡通訊和圖像數據的采集控制，并將獲得的圖像數據打包傳遞給工控計算機7進行處理；所述網絡交換機6，用于實現對多個采集與傳輸控制模塊5通過網線傳輸來的測量數據進行通訊管理，為各采集與傳輸控制模塊5分配網絡接口，協調網絡的工作，保障網絡數據交換的正常進行；所述工控計算機7(如圖3所示)，包括系統參數設置模塊8、圖像特性調節模塊9、變形測量模塊10、實時數據顯示模塊11、實時數據存儲模塊12和數據打印模塊13；系統參數設置模塊8用于完成對線陣CCD像機4及采集與傳輸控制模塊5基本參數的設置；圖像特性調節模塊9用于實現圖像灰度調節、物體變形初始位置標定、確定圖像與線陣CCD像機4的對應關系；變形測量模塊10用于對圖像進行實時處理，根據測量數據鏈獲得物體變形數據，進行數據外推運算、變形常值統計，并將測量結果實時傳送至中心計算機；實時數據顯示模塊11用于實現變形圖像、變形數據、時間信息、系統工作狀態信息的顯示；實時數據存儲模塊12用于實現工控計算機7對變形測量數據的實時存儲；數據打印模塊13用于實現變形測量數據的打印。
有益效果本發明采用工業成品線陣CCD像機獲取物體表面圖像數據，利用采集與傳輸控制模塊將線陣CCD像機獲取物體表面圖像數據傳遞至工控計算機進行集中處理，增加了系統信號抗干擾能力，提高了系統可靠性和可維護性；由于改變了工作模式，通過系統集成，減少了控制箱的數目，結構簡單。
圖1為現有技術結構示意圖。圖中1為線陣CCD采集模塊，2處理模塊，3工控計算機。
圖2為本發明結構示意圖。也是說明書摘要附圖。圖中為4線陣CCD像機，5采集與傳輸控制模塊，6網絡交換機，7工控計算機。
圖3為本發明工控計算機7功能結構框圖。圖中8為系統參數設置模塊，9圖像特性調節模塊，10變形測量模塊，11實時數據顯示模塊、12實時數據存儲模塊，13數據打印模塊。
圖4為本發明工控計算機7主應用程序流程圖。
圖5為本發明工控計算機7的系統參數設置模塊8功能結構框圖。圖中8為系統參數設置模塊，14線陣CCD像機設置，15采集與傳輸控制模塊設置，16積分時間設置，17工作模式設置，18幀頻設置，19為IP地址設置，20設備出廠號MAC設置，21設備名稱設置。
圖6為本發明工控計算機7的系統參數設置模塊8程序流程圖。
圖7為本發明工控計算機7的圖像特性調節模塊9功能結構框圖。圖中9為圖像特性調節模塊，22圖像灰度調節，23變形初始位置標定，24確定圖像與線陣CCD像機對應關系。
圖8為本發明工控計算機7的變形測量模塊10程序流程圖。
圖9為本發明工控計算機7的圖像特性調節模塊9程序流程圖。
圖10為本發明工控計算機7的實時數據顯示模塊11功能結構框圖。圖中11為實時數據顯示模塊，25變形圖像顯示，26變形數據顯示，27時間信息顯示，28系統工作狀態顯示。
圖11為本發明工控計算機7實時數據顯示模塊11程序流程圖。
圖12為本發明工控計算機7實時數據存儲模塊12程序流程圖。
圖13為本發明工控計算機7數據打印模塊13程序流程圖。
具體實施例方式
本發明主要功能是在系統同步信號(20c/s)控制下，通過線陣CCD像機獲取船體變形圖像數據，并計算船體變形量；實時獲取時間碼信息；通過網絡通訊將計算結果發送給集中監控機和中心計算機。
線陣CCD像機4采用DALSA公司PIRANHA2系列的P2-22-04k30型線陣CCD像機；采集與傳輸控制模塊5采用DALSA公司的NetLink模塊，網絡交換機6采用Netcore7000DNS系列千兆網絡交換機。工控計算機7采用高性能工業控制計算機，選用PIV2.0以上的CPU，內存512MB(DDR)，硬盤大于30GB，具備100M/1000M網絡通訊接口，采用VCC++語言編程。
本發明預先在工控計算機7內編制變形測量應用程序，使工控計算機7能夠在程序指令控制下完成系統參數設置、圖像特性調節、變形測量、實時數據顯示、實時數據存儲和數據打印功能。工控計算機7功能結構如圖3所示，主應用程序流程如圖4所示。
系統參數設置模塊8功能結構如圖5所示，包括線陣CCD像機設置14和采集與傳輸控制模塊設置15；線陣CCD像機設置14包括積分時間設置16、工作模式設置17、幀頻設置18；采集與傳輸控制模塊設置15包括網絡IP地址設置19、設備出廠號MAC設置20和設備名稱設置21。程序流程圖如圖6所示。
積分時間設置16用于設定線陣CCD像機4的積分采樣時間。操作人員通過調整線陣CCD像機4積分時間，可改變其采樣的曝光時間，從而得到較好的圖像。
工作模式設置17用于設定線陣CCD像機4的工作模式。操作人員可根據不同的工作環境，設置合適的工作模式，從而得到較好的圖像。
幀頻設置18用于設定線陣CCD像機4的幀頻。
IP地址設置19用于設定設備的IP地址，以便于操作人員通過網絡操控設備。
設備出廠號MAC設置20用于設置設備的出廠號(MAC)。
設備名稱設置21用于設定設備名稱。操作人員可為設備設定便于理解的名稱，以方便操作設備。
圖像特性調節模塊9功能結構如圖7所示，包括圖像灰度調節22、變形初始位置標定23、確定圖像與線陣CCD像機對應關系24。圖像特性調節模塊9程序流程如圖8所示。
圖像灰度調節22，分別針對各個線陣CCD像機4的輸出圖像進行圖像灰度調節，使圖像特性趨于一致，對調節參數有記憶功能；變形初始位置標定23，標定船體變形的初始位置，確定在船體坐墩(或系泊)狀態下，變形系統的初始狀態，對標定值具有記憶功能；確定圖像與線陣CCD像機對應關系24，確定界面顯示圖像與線陣CCD像機4的對應關系。
變形量測量功能主要是根據船體各部分變形初始位置和實時測量數據計算出船體各部分變形量，并將所測得的船體變形量實時發送至中心計算機。在圖像傳輸過程中，如出現短時間中斷，就進行數據外推運算，并將外推運算值上網發送；在圖像傳輸過程中，如出現個別明顯粗大壞值，就用變形常值統計的結果取代實測數據上網發送。
變形測量模塊10程序流程如圖9所示。包括a)通過網絡交換機6的接口獲取圖像數據；b)對圖像進行實時處理，并獲得變形量中心點；c)根據測量數據鏈獲得船體變形數據；d)將測量結果實時傳送至中心計算機；實時數據顯示模塊11功能結構如圖10所示，包括變形圖像顯示25、變形數據顯示26、時間信息顯示27、系統工作狀態顯示28。
變形圖像顯示25功能用于實時顯示經過調整后的變形測量圖像。
變形數據顯示26功能用于實時顯示所測得的船體各部分變形數據。
時間信息顯示27功能用于實時顯示圖像和變形數據所對應的時間信息。系統工作狀態顯示28用于實時顯示系統的工作狀態、故障信息。實時數據顯示模塊11程序流程如圖11所示。包括a)通過網絡交換機6的接口獲取圖像數據；b)對圖像進行實時處理1)根據控制面板大小，截取圖像數據(像素4096×1)中主要部分數據段(像素200×1)；2)對所截取數據段進行去離散點操作，使圖像清晰、平滑；數學模型圖像平滑g(x)=Σi=-kkw(i)f(x+i)]]>式中x是窗口的中心元素；f(x+i)是有噪聲圖像的像素；w(i)為加權值，其窗口大小為(2k+1)。
圖像濾波median(x1，x2，...，xN)＝m3)將去離散點后的線陣圖像拉伸為面陣圖像(像素200×10)。
c)將處理后的圖像數據及根據通訊獲得的外部設備故障、工作狀態信息，以及獲取的變形數據，以不低于每秒一次的刷新速率顯示在計算機屏幕上。實時數據存儲模塊12程序流程如圖12所示。包括獲取船體變形量數據；
獲取船體變形量數據所對應的時間信息；存儲船體變形量數據及所對應的時間信息。
數據打印模塊13程序流程如圖13所示。
獲取船體變形量數據；獲取船體變形量數據所對應的時間信息；存儲船體變形量數據及所對應的時間信息。
需要打印船體變形量數據及所對應的時間信息。
權利要求
1.一種基于線陣CCD像機圖像處理技術的變形集中測量系統，其特征在于包括線陣CCD像機(4)，采集與傳輸控制模塊(5)，網絡交換機(6)，工控計算機(7)；線陣CCD像機(4)通過數據線與采集與傳輸控制模塊(5)連接，采集與傳輸控制模塊(5)通過網線與網絡交換機(6)連接，網絡交換機(6)通過網線與工控計算機(7)連接；所述線陣CCD像機(4)，用于獲取物體表面圖像數據，并將其傳遞給采集與傳輸控制模塊(5)；所述采集與傳輸控制模塊(5)，用于實現對線陣CCD像機(4)工作參數的設定、網絡通訊和圖像數據的采集控制，并將獲得的圖像數據打包傳遞給工控計算機(7)進行處理；所述網絡交換機(6)，用于實現對多個采集與傳輸控制模塊(5)通過網線傳輸來的測量數據進行通訊管理，為各采集與傳輸控制模塊(5)分配網絡接口，協調網絡的工作，保障網絡數據交換的正常進行；所述工控計算機(7)，包括系統參數設置模塊(8)、圖像特性調節模塊(9)、變形測量模塊(10)、實時數據顯示模塊(11)、實時數據存儲模塊(12)和數據打印模塊(13)；系統參數設置模塊(8)用于完成對線陣CCD像機(4)及采集與傳輸控制模塊(5)基本參數的設置；圖像特性調節模塊(9)用于實現圖像灰度調節、物體變形初始位置標定、確定圖像與線陣CCD像機(4)的對應關系；變形測量模塊(10)用于對圖像進行實時處理，根據測量數據鏈獲得物體變形數據，進行數據外推運算、變形常值統計，并將測量結果實時傳送至中心計算機；實時數據顯示模塊(11)用于實現變形圖像、變形數據、時間信息、系統工作狀態信息的顯示；實時數據存儲模塊(12)用于實現工控計算機(7)對變形測量數據的實時存儲；數據打印模塊(13)用于實現變形測量數據的打印。
2.根據權利要求1所述的基于線陣CCD像機圖像處理技術的變形集中測量系統，其特征在于系統參數設置模塊(8)包括線陣CCD像機設置(14)和采集與傳輸控制模塊設置(15)；線陣CCD像機設置(14)包括積分時間設置(16)、工作模式設置(17)、幀頻設置(18)；采集與傳輸控制模塊設置(15)包括網絡IP地址設置(19)、設備出廠號MAC設置(20)和設備名稱設置(21)；積分時間設置(16)用于設定線陣CCD像機(4)的積分采樣時間；工作模式設置(17)用于設定線陣CCD像機(4)的工作模式；幀頻設置(18)用于設定線陣CCD像機(4)的幀頻；IP地址設置(19)用于設定設備的IP地址；設備出廠號MAC設置(20)用于設置設備的出廠號MAC；設備名稱設置(21)用于設定設備名稱。
3.根據權利要求1所述的基于線陣CCD像機圖像處理技術的變形集中測量系統，其特征在于圖像特性調節模塊(9)包括圖像灰度調節(22)、變形初始位置標定(23)、確定圖像與線陣CCD像機對應關系(24)；圖像灰度調節(22)，分別針對各個線陣CCD像機(4)的輸出圖像進行圖像灰度調節，使圖像特性趨于一致，對調節參數有記憶功能；變形初始位置標定(23)，標定船體變形的初始位置，確定在船體坐墩或系泊狀態下，變形系統的初始狀態，對標定值具有記憶功能；確定圖像與線陣CCD像機對應關系(24)，確定界面顯示圖像與線陣CCD像機(4)的對應關系。
4.根據權利要求1所述的基于線陣CCD像機圖像處理技術的變形集中測量系統，其特征在于變形測量模塊10，包括通過網絡交換機(6)的接口獲取圖像數據；對圖像進行實時處理，并獲得變形量中心點；根據測量數據鏈獲得船體變形數據；將測量結果實時傳送至中心計算機。
全文摘要
本發明屬于圖像處理技術領域，涉及一種基于線陣CCD像機圖像處理技術的變形集中測量系統，采用工業成品線陣CCD像機獲取物體表面圖像數據，利用采集與傳輸控制模塊和網絡交換機實現遠距離傳輸，將線陣CCD像機獲取物體表面圖像數據傳遞至工控計算機進行集中處理，增加了系統信號抗干擾能力，提高了系統可靠性和可維護性；由于改變了工作模式，通過系統集成，減少了控制箱的數目，結構簡單。
文檔編號G01B11/16GK101079788SQ20061001687
公開日2007年11月28日 申請日期2006年5月25日 優先權日2006年5月25日
發明者李巖, 王建軍, 王心醉 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所