專利名稱：：一種基于多源圖像融合的物體幾何尺寸測量裝置及方法
技術領域：
：本發明涉及一種物體幾何尺寸的測量裝置及方法，尤其涉及一種基于多源圖像融合的物體幾何尺寸測量裝置及方法。技術背景傳統的CCD圖像測量方法具有非接觸、全視場、成本低等特點，因此圖像測量技術成為測量技術中一個較新的分支并已被廣泛應用于物體幾何尺寸的在線檢測及高精度、高速度的測量
技術領域：
。單傳感器測量系統由光學系統、CCD攝像機、圖像采集卡、計算機等組成。光學系統對被測物體進行光學成像后在CCD攝像機感光面上實現光信號到電信號的轉換，經由采集卡實現模擬信號到數字信號的轉換，然后在計算機上對采集到的數字圖像信號進行相應的算法處理，得到被測物體的尺寸參數。但是，由于受到CCD傳感器的精度限制，該方法所達到的測量精度十分有限。
發明內容本發明的目的是提供一種能夠提高測量精度的基于多源圖像融合的物體幾何尺寸測量裝置及方法。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是包括一個對被測物體的圖像數據進行采集和增強處理的數據釆集裝置；一個對數據采集裝置輸入的數據進行邊緣粗定位及亞像素邊緣檢測，并采用數據擬合法對亞像素邊緣進行擬合得到邊緣間距的數據檢測處理裝置；一個將數據檢測處理裝置提取的測量對象數據進行處理并融合的數據融合裝置；該數據采集裝置包括若干個分布在被測物體周圍的CCD傳感器，該CCD傳感器與數據檢測處理裝置相連，數據融合裝置對各個傳感器獲得的數據進行加權融合得到被測物體的幾何參數。本發明的多源圖像融合的物體幾何尺寸測量方法為-1)系統標定首先根據需要在被測物體周圍等間隔分布若干個CCD傳感器，各CCD傳感器對一個已知幾何參數物體的尺寸進行測量，獲取物像之間的倍率關系，得到單位像素所代表的實際尺寸；2)分別由單個CCD傳感器獲取被測對象的局部圖像數據；3)分別將單個CCD傳感器采集到的圖像數據進行降噪和增強處理，獲得若干個噪聲相對較小的圖像數據并將這若干個圖像數據輸入數據檢4)數據檢測處理裝置采用圖像邊緣檢測方法與亞像素邊緣檢測算法對各個圖像的邊緣進行精確定位，使各個圖像的邊緣定位在亞像素精度并將該定位后的圖像輸入數據融合裝置；5)數據融合裝置將各個邊緣精確定位后的圖像采用曲線擬合法計算出邊緣間的像素數，即邊界間的光敏像元個數，然后根據物像倍率D二i^計算單CCD傳感器上得到物體的幾何尺寸；其中，D為被測物義體的幾何參數，w為CCD傳感器單位光敏像元的幾何尺寸，M為被測物體邊緣間的光敏像元個數，A為光學系統對被測物體的縮放倍率；6)對各個單CCD傳感器分別得到的被測物體幾何尺寸數據采用信息融合即數據加權融合算法得到被測物體的幾何尺寸。本發明的圖像邊緣檢測方法采用sobel算子，在兩個方向上確定邊緣的梯度圖，之后采用一階微分對邊緣圖像進行亞像素定位，即通過較粗的相關性來精確地得到圖像的邊緣位置。本發明結合傳統圖像觀懂技術非接觸、成本低的優點與多源數據融合方法精度高的優點，將單CCD傳感器測量擴展到多CCD傳感器測量，充分利用多傳感器冗余f言息并對其進行加權融合處理，得到多傳感器融合估計結果，提高了測量結果的精度。圖l是本發明的結構原理圖。具體實施方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。參見圖1，本發明包括一個對被測物體的圖像數據進行采集和增強處理以提高圖像數據利用率的數據采集裝置h—個對數據采集裝置1輸入的數據進行邊緣粗定位及亞像素邊緣檢測，并采用數據擬合法對亞像素邊緣進行擬合得到邊緣間距的數據檢測處理裝置2;—個將數據檢測處理裝置2提取的測量對象數據進行融合的數據融合裝置3;該數據采集裝置1包括若干個分布在被測物體周圍的CCD傳感器4，根據需要確定傳感器的數量及傳感器之間的距離分布，該CCD傳感器4與數據檢測處理裝置2相連，數據融合裝置3對各個CCD傳感器4獲得的數據進行加權融合得到被測物體的幾何參數。CCD傳感器4是通過由光學系統對被觀ij物體的幾何尺寸以一定的、準確的倍率成像于CCD傳感器4的光敏面上，對CCD傳感器4輸出的圖像進行A/D轉換，然后輸入數據檢測處理裝置2進行處理以實現測量，因此測量前應對系統進行才示定，即利用一個已知尺寸的物體進行處理得到系統物像之間的倍率關系。計算公式為i)=^^。其中，D為被測物體的幾何參數，w為CCD單位光敏像元的幾何尺寸，AA^為被測物體邊緣間的光敏像元個數，2為光學系統對被測物體的縮放倍率。參見圖l，本發明的測量方法如下1)系統標定:首先根據需要在被測物體周圍分布若干個CCD傳感器4，各CCD傳感器4對一個已知幾何參數物體的尺寸進行測量，獲取物像之間的倍率關系，得到單位像素所代表的實際尺寸；2)分別由單個CCD傳感器4獲取被測對象的局部圖像數據；3)分別將單個CCD傳感器4采集到的圖像數據進行降噪和增強處理，獲得若干個噪聲相對較小的圖像數據并將這若干個圖像數據輸入數據檢測處理裝置2;4)數據檢測處理裝置2采用圖像邊緣檢測方法與亞像素邊緣檢測算法對各個圖像的邊緣進行精確定位，使各個圖像的邊緣定位在亞像素精度并將該定位后的圖像輸入數據融合裝置3，圖像邊緣檢測方法采用sobel算子，在兩個方向上確定邊緣的梯度圖，之后采用一階微分期望方法對邊緣圖像進行亞像素定位，即通過較粗的輪廓上像素亮度值之間的相關性來精確地得到圖像的邊緣位置；5)數據融合裝置3將各個邊緣精確定位后的圖像采用曲線擬合法計算出邊緣間的像素數，即邊界間的光敏像元個數，然后根據物像倍率D-^1^計算單CCD傳感器4上得到物體的幾何尺寸；其中，Z)為被測物體的幾何參數，^為CCD傳感器4單位光敏像元的幾何尺寸，M為被測物體邊緣間的光敏像元個數，^為光學系統對被測物體的縮放倍率；6)對各個單CCD傳感器4分別得到的被測物體幾何尺寸數據采用信息融合即數據加權融合算法得到被測物體的幾何尺寸，經測量管理系統后由決策輸出。本發明可以在非接觸環境中綜合利用圖像處理技術與多傳感器融合估計技術，對物體的幾何參數進行測量。與傳統方法相比，該方法可以綜合利用多傳感器冗余信息，運算簡便，并在一定程度上提高了測量數據的精度和準確度。例1，采用IO個CCD傳感器分別對棒狀物體的直徑進行測量，仿真測量過程如下將采集到的圖像分別經過處理之后即可得至,體的邊緣的間距，之后根據系統標定可以確定出物體的尺寸。之后對多傳感器的多源信息采用多源數據加權融合算法進行融合，得到多傳感器融合測量結果。對直徑為7.13的棒狀物體的直徑參數進行測量，得到的測量結果如表1所示=<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>采用數據加權融合算法中的切尾加權融合算法對獲得的數據進行處理，取不同的切尾率a對數據融合，分別得出其融合估計值，如表2所示。表2多傳感器測量融合估計值<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權利要求1、一種基于多源圖像融合的物體幾何尺寸測量裝置，其特征在于包括一個對被測物體的圖像數據進行采集和增強處理的數據采集裝置。);一個對數據采集裝置(1)輸入的數據進行邊緣粗定位及亞像素邊緣檢測，并采用數據擬合去對亞像素邊緣進行擬合得到邊緣間距的數據檢測處理裝置(2);一個將數據檢測處理裝置(2)提取的測量對象數據進行處理并融合的數據融合裝置(3);該數據采集裝置(1)包括若干個分布在被測物體周圍的CCD傳感器(4)，該CCD傳感器(4)與數據檢測處理裝置(2)相連，數據融合裝置(3)對各個傳感器(1)獲得的數據進行加權融合得到被測物體的幾何參數。2、一種基于權利要求1所述的裝置的多源圖像融合的物體幾何尺寸測量方法，其特征在于1)系統標定首先根據需要在被測物體周圍等間隔分布若干個CCD傳感器(4),各CCD傳感器(4)對一個已知幾何參數物體的尺寸進行測量，獲取物像之間的倍率關系，得到單位像素所代表的實際尺寸；2)分別由單個CCD傳感器(4)獲取被測對象的局部圖像數據；3)分別將單個CCD傳感器(4)采集到的圖像數據進行降噪和增強處理，獲得若干個噪聲相對較小的圖像數據并將這若干個圖像數據輸入數據檢測處理裝置(2);4)數據檢測處理裝置(2)采用圖像邊緣檢測方法與亞像素邊緣檢測算法對各個圖像的邊緣進行精確定位，使各個圖像的邊緣定位在亞像素精度并將該定位后的圖像輸入數據融合裝置(3);5)數據融合裝置(3)將各個邊緣精確定位后的圖像采用曲線擬合法計算出邊緣間的像素數，即邊界間的光敏像元個數，然后根據物像倍率D-Z^計算單CCD傳感器(4)上得到物體的幾何尺寸；其中，D為被義測物體的幾何參數，w為CCD傳感器(4)單位光敏像元的幾何尺寸，^為被測物體邊緣間的光敏像元個數，2為光學系統對被測物體的縮放倍率;6)對各個單CCD傳感器(4)分別得到的被測物體幾何尺寸數據采用信息融合即數據加權融合算法得到被測物體的幾何尺寸。3、根據權利要求2所述的基于多源圖像融合的物體幾何尺寸測量裝置及方法，其特征在于所說的圖像邊緣檢測方法采用sobel算子，在兩個方向上確定邊緣的梯度圖，之后采用一階微分對邊緣圖像進行亞像素定位，即通過較粗的輪廓上像素亮度值之間的相關性來精確地得到圖像的邊緣位置。全文摘要一種基于多源圖像融合的物體幾何尺寸測量裝置及方法，包括一個對被測物體的圖像數據進行采集和增強處理的數據采集裝置，一個對圖像數據進行邊緣粗定位及亞像素邊緣檢測，并采用數據擬合法對亞像素邊緣進行擬合得到邊緣間距的數據檢測處理裝置；一個將數據檢測處理裝置提取的測量對象數據進行融合的數據融合裝置；本發明將單CCD傳感器測量擴展到多CCD傳感器測量，充分利用多傳感器冗余信息并對其進行加權融合處理，得到多傳感器融合估計結果，提高了測量結果的精度。文檔編號G01B11/00GK101144703SQ20071001886公開日2008年3月19日申請日期2007年10月15日優先權日2007年10月15日發明者黨宏社,胡尊鳳申請人:陜西科技大學