專利名稱：改進的兩直線間距離亞像素精度測量方法
技術領域：
本發明涉及物理領域，尤其涉及測量技術，特別涉及機器視覺領域中測量直線距離的技術，具體的是一種改進的兩直線間距離亞像素精度測量方法。
背景技術：
現有技術中，機器視覺測量方法按照采用的傳感器的數目可分為單目視覺測量、雙目視覺立體測量和多目視覺測量三種形式。其中，雙目視覺立體測量和多目視覺測量形式對硬件要求高，對相機的標定和配準過程復雜，在線實時測量的應用場合中測量速度較慢。而單目視覺測量形式采用幾何相似測量法，具有結構簡單的特點，無需復雜的標定和配準過程，但是，圖像的幾何畸變會使直線度不足，測量誤差較大。
發明內容
本發明的目的在于提供一種改進的兩直線間距離亞像素精度測量方法，所述的這種改進的兩直線間距離亞像素精度測量方法要解決現有技術中單目機器視覺測量方法中圖像幾何畸變造成測量誤差較大的技術問題。本發明的這種改進的兩直線間距離亞像素精度測量方法，包括一個利用單臺相機采集目標物體輪廓圖像的步驟，一個采用亞像素邊緣提取算法從目標物體輪廓圖像中獲得邊緣的步驟和對亞像素輪廓邊緣進行修剪獲得更佳的直線度的步驟，，其中，在所述的從目標物體輪廓圖像中獲得邊緣的步驟完成之后，從邊緣中篩選出兩條目標直線，然后對兩條目標直線分別進行修剪，提高目標直線的直線度，最后測量修剪后的兩條目標直線之間的距離。進一步的，在采用亞像素邊緣提取算法從目標物體輪廓圖像中獲得邊緣的步驟進行之前，先設置圖像分割的閾值，然后對相機取得的目標物體輪廓圖像作閾值分割，選取出目標物體輪廓圖像的高亮部分，然后剔除邊緣區域以外的部分，再選取出背景區域，使用3X3的結構元素對背景區域內部進行腐蝕變換，得到背景區域的邊界，然后對此邊界進行初修剪，保留可能的邊界輪廓，然后作圓形膨脹運算，得到邊緣所在范圍的區域，再將目標物體輪廓圖像的定義域縮小為此目標區域的尺寸，然后將在此定義域內的圖像提供給亞像素邊緣提取算法進行求邊緣操作。進一步的，在所述的從目標物體輪廓圖像中獲得邊緣的步驟完成之后，使用RAMER算法將邊緣擬合為多邊形，并分割邊緣輪廓，將直線段分割出來并定義±10度角的區間來篩選出兩條目標直線。本發明和已有技術相比較，其效果是積極和明顯的。本發明使用單目視覺測量中的幾何相似測量法，將被測物體的物面與單相機系統的光軸垂直、并平行于像平面，物體與其圖像滿足相似關系，從圖像中讀取像素點參數，并乘以放大倍數，即可得到物體實際的幾何尺寸參數。先從圖像中獲得兩條直線之間的亞像素的邊緣，再對邊緣進行修剪，提高直線度，矯正畸變，對修剪后的圖像進行直線的擬合，最后測量計算兩直線之間的距離。本發明相比雙目和多目立體視覺，具有結構簡單的特點，無需復雜的標定和配準過程，同時減小了圖像幾何畸變產生的誤差。
圖I是本發明的改進的兩直線間距離亞像素精度測量方法的一個實施例的示意圖。圖2是本發明的改進的兩直線間距離亞像素精度測量方法的一個實施例中相機對目標物體的右側使用背光源照明后獲得的圖像。圖3是本發明的改進的兩直線間距離亞像素精度測量方法的一個實施例中使用canny算子在定義域內求邊緣、依據ramer直線特征分割輪廓線所得到的三段邊緣的示意圖。圖4是本發明的改進的兩直線間距離亞像素精度測量方法的一個實施例中未進行截斷的直線邊緣的示意圖。圖5是本發明的改進的兩直線間距離亞像素精度測量方法的一個實施例中直線 度優化后的直線邊緣的示意圖。
具體實施例方式 實施例I:
如圖I和圖2所示，本發明的改進的兩直線間距離亞像素精度測量方法，包括一個利用單臺相機4采集目標物體2輪廓圖像的步驟和一個采用亞像素邊緣提取算法從目標物體2輪廓圖像中獲得邊緣的步驟，其中，在所述的從目標物體2輪廓圖像中獲得邊緣的步驟完成之后，從邊緣中篩選出兩條目標直線，然后對兩條目標直線分別進行修剪，提高目標直線的直線度，最后測量修剪后的兩條目標直線之間的距離。在所述的利用單臺相機4采集目標物體2輪廓圖像的步驟中，利用一個背光光源I對目標物體2作暗場照明,將相機4的光軸垂直于背光光源I。本實施例中的目標物體2是一個圓環形物件。目標物體2放置在一個工作臺3的臺面上，相機4的光軸與工作臺3的臺面平行
先設置圖像分割的閾值，然后對相機取得的圓環形物件輪廓圖像作閾值分割，選取出目標物體2輪廓圖像的高亮部分。由于存在噪點，可先計算左右兩處的連通區域。通過篩選連通區域的面積，將包含圓環形物件高度信息的左右兩個區域選出來，剔除不需要的區域。然后選取出背景區域，使用3X3的結構元素對背景區域內部進行腐蝕變換，得到背景區域的邊界，然后對此邊界進行初修剪，保留感興趣的邊界輪廓，然后作圓形膨脹運算，得到包含所需要的兩直線的目標區域，再將目標物體2輪廓圖像的定義域縮小為此目標區域的尺寸，然后將在此定義域內的圖像提供給亞像素邊緣提取算法進行求邊緣操作。再使用canny算子在此定義域內的圖像進行亞像素求邊緣操作。Alpha值設為I。如圖3所示，在獲得邊緣之后，使用RAMER算法將邊緣擬合為多邊形，并分割邊緣輪廓，將直線段分割出來并定義±10度角的區間來篩選出兩條目標直線。如圖4所示，未進行截斷的直線邊緣，曲率變化大。如圖5所示，在進行直線測量前，對目標直線做修剪，將曲率較大的直線段從端點處截斷一定距離，本實施例中的距離為5擱像素，以提高直線度，矯正畸變。最后通過計算上輪廓線上每個點到下輪廓線的垂直距離，使用統計的方法求得擬合的直線間的平均距離。
權利要求
1.一種改進的兩直線間距離亞像素精度測量方法，包括一個利用單臺相機采集目標物體輪廓圖像的步驟、一個采用亞像素邊緣提取算法從目標物體輪廓圖像中獲得邊緣的步驟和對亞像素輪廓邊緣進行修剪獲得更佳的直線度的步驟，其特征在于在所述的從目標物體輪廓圖像中獲得邊緣的步驟完成之后，從邊緣中篩選出兩條目標直線，然后對兩條目標直線分別進行修剪，提高目標直線的直線度，最后測量修剪后的兩條目標直線之間的距離。
2.如權利要求I所述的改進的兩直線間距離亞像素精度測量方法，其特征在于在采用亞像素邊緣提取算法從目標物體輪廓圖像中獲得邊緣的步驟進行之前，先設置圖像分割的閾值，然后對相機取得的目標物體輪廓圖像作閾值分割，選取出目標物體輪廓圖像，然后剔除邊緣區域以外的部分，再選取出背景區域，使用3X3的結構元素對背景區域內部進行腐蝕變換，得到背景區域的邊界，然后對此邊界進行初修剪，保留可能的邊界輪廓，然后作 圓形膨脹運算，得到邊緣所在范圍的區域，再將目標物體輪廓圖像的定義域縮小為此目標區域的尺寸，然后將在此定義域內的圖像提供給亞像素邊緣提取算法進行求邊緣操作。
3.如權利要求I所述的改進的兩直線間距離亞像素精度測量方法，其特征在于在所述的從目標物體輪廓圖像中獲得邊緣的步驟完成之后，使用RAMER算法將邊緣擬合為多邊形，并分割邊緣輪廓，將直線段分割出來并定義±10度角的區間來篩選出兩條目標直線。
全文摘要
一種改進的兩直線間距離亞像素精度測量方法，包括一個利用單臺相機采集目標物體輪廓圖像的步驟和一個采用亞像素邊緣提取算法從目標物體輪廓圖像中獲得邊緣的步驟，獲得邊緣之后，從邊緣中篩選出兩條目標直線，然后對兩條目標直線的非直線部分分別進行修剪，提高目標直線的直線度，最后測量修剪后的兩條目標直線之間的距離。本發明使用幾何相似測量法，將被測物體的物面與單相機系統的光軸垂直、并平行于像平面，物體與其圖像滿足相似關系，先從圖像中獲得兩條直線的亞像素精度邊緣，再對邊緣的非直線部分進行修剪，提高直線度，對修剪后的圖像進行直線擬合，最后測量兩直線之間距離。本發明結構簡單，無需復雜的標定和配準過程，同時減小了誤差。
文檔編號G01B11/14GK102829731SQ20121029697
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月20日 優先權日2012年8月20日
發明者沈安祺, 王培源, 李俠, 劉超, 何星 申請人:上海瑞伯德智能系統科技有限公司