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宝钢技术
2016年第4期
基于平行光背光成像的物体边缘测量方法与试验研究
葛志静,刘晶,唐海民
(上海金艺检测技术有限公司,上海20190)
摘要:机器视觉测量技术由于其非接触、效率高和测量一致性好等优点,广泛地应用在自
动化大生产中。提出了一种通过平行光背光成像进行物体边缘定位和测量的方法。采用激光
扩束器获得平行光光源,该光源穿过物体边缘照射到一个光幕上,利用图像传感器获得光幕上
的物体边界的位置并进行量化分析,最终实现边界的定位和测量。对提出的方法进行试验测
试和分析,结果表明该方法简单可靠,测量效果稳定。
关键词:机器视觉;边界测量;背光成像
中图分类号:TP391.76文献标志码:B文章编号:1008-0716(2016)04-0030-04
doi:10.3969/j.1is.1008-0716.2016.04.007
Object edge measurement method based on parallel optical
back light imaging and experimental research
GE Zhijing, LIU Jing and TANG Haimin
(Shanghai Jinyi Inspection Technology Co, Ltd, Shanghai 201900, China
Abstract: Machine vision measurement technology is widely used in automation production
because of its advantages such as non-contact, high efficiency and good consistency. A method of
locate and measure by means of parallel light back light imaging is presented. Using laser beam
expander as parallel light source, the light source through the object edge exposure to a light curtain
using image sensor to obtain the position of the curtain on the boundary of the object and the
quantitative analysis, and ultimately boundary positioning and measurement. The proposed method is
proved simple, reliable, and stable through test and analysis
Key words: machine vision; edge measurement; back light imaging
随着计算机技术、微电子技术的快速发展,机测测量方案和尺寸测量传感器设计,但这些方法
器视党检测技术由于其非接触、效率高和测量
存在系统复杂、实施成本高或者适用量程有限等
致性好等优点,广泛地应用在自动化大生产中。不足3。
该技术应用主要分为检测和测量两个领域。在其
本文提出一种基于高准直激光光源背光成像
中的机器视觉测量领域,该技术被用来进行颜色、的物体边缘测量方法,能够实现物体边界的定位
尺寸测量-3。
和尺寸测量,为机器视觉在工业尺寸测量提出
工业生产过程中,还有许多领域处于人工测种低成本、便捷的检测方案,通过试验验证,本方
量的现状,比如径镘机锻造过程中需要人工在高案具备较高的适用性和稳定性。
温条件下采用卡测量,管端的直线度采用增马1系统设计及实现
1系统架构及原理
志静工程师1985年生2007年毕业于北京科技大学
针对物体边界定位和测量需要,设计了高精
现从事工业测量研究电话26641130
度平行光源背光成像的机器视党测量系统。测量
E-mail191117@baosteel.com
系统的基本架构如图1所示,主要包括了高精度
葛志静等基于平行光背光成像的物体边缘测量方法与试验研究
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三三
图像传感器
平行光源
被测对象
光幕
图1检测系统基本架构示意图
Fig 1 Schematic diagram of detection system
平行光光源、投影光幕、图像传感器和计算机略原理的望远镜实现,且与望远镜的光线相反。
系统。
如图3所示,该设计不但完成了平行光线的调整,
成像模块中高精度平行光光源穿过被测量物同时完成了激光扩束的目的,即通过激光扩束获
体边界照射到光幕上,即在准直光源的照明下,被得一个口径较大的光源。
测量物体的边界被投影到光幕上,在光源与光幕相
物镜
对位置稳定的条件下,被测量物体在光幕上的投影
接目透镜
会随着真实物体的边界变化而变化。利用图像传
感器对光幕及光幕上的物体边界成像,在图像处理
占
计算机中完成图像中物体边界的定位和测量。
(a)伽利略型
1.2高精度平行光激光光源设计
物镜
高精度平行光激光光源根据望远镜的原理设
接目透镜
计和实现。如图2所示,望远镜的光线原理有伽
利略型和开普勒型,两种原理的光路中,均由物镜
焦点
和目镜构成。物镜为直径大、焦距长的凸透镜,目
(b)开普勒型
镜为直径小、焦距小的凹透镜或者凸透镜,实现了
图2望远镜光路原理示意图
平行光输入和平行光输出。
Fig. 2 The optical path of telescopes
本文设计的高精度平行光激光光源采用伽利
激光器
图3平行光激光光源示意图
Fig 3 Schematic diagram of laser source for parallel light
图3中,定义激光器发光光斑直径d山、光线大和发散角减小的功能。
发散角1、短焦目镜的焦距为/、长焦物镜的焦
3图像边界检测与定位分析
距为/,则计算光源扩東放大倍数()为:
通过图像传感器采集图像,获取投影到光幕
上的物体边界信息。因为采用背光原理成像,光
源平行光不被物体遮挡部分直接照射到光幕上为
光源输出光的口径d2和光线发散角a2计算为:亮区,光源平行光被物体遮挡后不能照到光暮上
d2=d1?r
(2)则形成暗区,如图4(a)所示,亮区与暗区的交界
2=a1÷C
(3)即为物体边缘的投影。
从公式(2)和公式(3)可以看到,当放大倍数
针对边缘图像进行图像处理,计算图像中边
大于1时,激光光源的扩束设计可以完成光束放界的位置,具体计算方法如图5所示。首先对采