光學(xué)精密工程論文模板(表明格式要求)

1、文章編號(hào) 自動(dòng)影像測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（二號(hào)）張舞杰，楊義祿，李迪，葉峰（四號(hào)）（華南理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，廣東 廣州 510640）（五號(hào)）摘 要：目的：為了實(shí)現(xiàn)對工件的自動(dòng)影像測量，建立了自動(dòng)影像測量系統(tǒng)。對該系統(tǒng)所采用的圖元識(shí)別、圖元測量、基于自動(dòng)聚焦原理的高度測量等算法進(jìn)行研究。方法：首先，根據(jù)圓形和矩形圖元的面積和真圓度等特征參數(shù)介紹了圖元識(shí)別算法。接著，以直線和圓形圖元為例分析了典型圖元的測量算法，即在提取圖元邊緣點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行圖元擬合。然后，在分析比較能量譜等聚焦評價(jià)方法的性能的基礎(chǔ)上，說明了采用自動(dòng)聚焦原理進(jìn)行高度測量的算法。最后，介紹了系統(tǒng)比例尺的設(shè)定方法以及光柵尺讀數(shù)的誤差補(bǔ)償

2、方法。結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：比例尺的標(biāo)定精度為0.5m；圖元的測量精度在微米級(jí)；高度測量精度為0.035mm。結(jié)論：基本滿足自動(dòng)影像測量的穩(wěn)定可靠、精度高、抗干擾能力強(qiáng)等要求。（小五號(hào)）關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)視覺；邊緣檢測；圖元；曲線擬合；亞像素 （摘要和結(jié)論要有數(shù)據(jù)，要按照本格式寫目的：方法，結(jié)果，結(jié)論分開寫中圖分類號(hào)：TP394.1；TH691.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADesign of automatic image measuring systemZHANG Wu-jie, YANG Yi-lu, LI Di, YE Feng（College of Mechanical Engineering, So

3、uth China Univ. of Tech., Guangzhou 510641, China）Abstract:Objetive: In order to realize automatic image measurement for parts, an automatic image measurement system is established and its applied algorithms such as geometric figure recognition and measurement, height measurement based on autofocus

4、and etc is investigated.Method :First, based on image feature parameters such as area, Circularity, perimeter and etc, the recognition algorithms for typical geometric Figures of rectangle and circle are presented. Measuring principles and algorithms of typical plane geometric figures are analyzed b

5、y taking the measurements of the line and circle geometric figures as an example. i.e., the figure fitting is adopted after the edge points of geometric figures are extracted. Then after the performance of several autofocus evaluating methods is compared, the algorithm of height measurement by visua

6、l automatic focusing is analyzed. Finally, the method of scale setting up of measurement and the correction of the error of raster reading are discussed as well. Result: Experimental results indicate that the precision of the systems scale setting up is 0.5m and the measuring precision of figures is

7、 within micron, and the precision of height measurement is 0.035mm.Conclusion:It can satisfy the system requirements of non-contact, online, real time, higher precision and rapid speed, as well as strong anti-jamming and stabilization.Key words: Computer vision; Edge detection; Geometric figure; Cur

8、ve fitting; Subpixel歡迎下載1 引言（四號(hào)）隨著產(chǎn)品的微型化，加工訂單的國際化，對產(chǎn)品測量和檢測的要求越來越高。測量精度從0.01mm向0.001mm過渡,計(jì)量方式從抽檢向全額檢驗(yàn)過渡，測量項(xiàng)目從簡單走向復(fù)雜、從單項(xiàng)走向多項(xiàng)綜合。以往的檢測手段難以滿足現(xiàn)代工業(yè)檢測的要求。影像檢測技術(shù)是以現(xiàn)代光學(xué)為基礎(chǔ)，融計(jì)算機(jī)圖像圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺、信息處理、光電子學(xué)和模式識(shí)別等科學(xué)為一體的現(xiàn)代檢測技術(shù)，它把被測對象的圖像當(dāng)作檢測和傳遞信息的手段，從中提取有用的信號(hào)來獲得待檢測的參數(shù)。因其具有非接觸、適應(yīng)能力強(qiáng)、快速高效、準(zhǔn)確、柔性好、可靠性高等特點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)檢測中受到了廣泛重視。近年，

9、影像檢測技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展很快，已廣泛應(yīng)用于汽車、家電、機(jī)械制造、半導(dǎo)體及電子、化工、醫(yī)藥、航空、航天、輕工等行業(yè)來進(jìn)行尺寸測量、航空遙感測量、精密復(fù)雜零件微尺寸測量和外觀監(jiān)測、光波干涉圖、應(yīng)力應(yīng)變場狀態(tài)圖等和圖像有關(guān)的領(lǐng)域1-6。本文將影像檢測技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品的尺寸參數(shù)的自動(dòng)測量之中建立了自動(dòng)影像測量系統(tǒng)，并討論了測量中的基本圖元的測量、基于聚焦原理的高度測量、基于圖元特征的圖元識(shí)別、光柵尺的誤差補(bǔ)正以及比例尺的設(shè)定等自動(dòng)影像測量系統(tǒng)關(guān)鍵算法7。實(shí)驗(yàn)證明影像檢測技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品的測量領(lǐng)域，在保證測量要求的同時(shí)，使系統(tǒng)具有非接觸、適應(yīng)能力強(qiáng)、快速高效、準(zhǔn)確、柔性好、可靠性高、操作簡便和成本低

10、等特點(diǎn)8-11。2 影像檢測系統(tǒng)的構(gòu)成及其工作原理2.1 影像檢測系統(tǒng)的硬件構(gòu)成（五號(hào)）圖1為CNC影像檢測系統(tǒng)原理圖。 它主要由照明子系統(tǒng)、光學(xué)成像子系統(tǒng)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)子系統(tǒng)、圖像采集子系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)等組成。照明子系統(tǒng)由光源、光源控制器構(gòu)成。光學(xué)成像子系統(tǒng)由變焦鏡頭等組成。圖像采集子系統(tǒng)由CCD相機(jī)和圖像采集卡等構(gòu)成。機(jī)械運(yùn)動(dòng)子系統(tǒng)由XY工作臺(tái)、立柱、Z軸運(yùn)動(dòng)部件、底座、支撐座和伺服運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)（伺服電機(jī)、軸角編碼器、運(yùn)動(dòng)控制卡）構(gòu)成。進(jìn)行測量時(shí)，由運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和光柵尺進(jìn)行精確定位，由成像系統(tǒng)獲取圖像數(shù)據(jù)，由軟件進(jìn)行測量。12圖1 影像測量系統(tǒng)原理圖Fig.1 Block diagram of im

11、age measuring system2.2 影像檢測系統(tǒng)的工作原理該系統(tǒng)的基本工作原理為：影像測量就是通過面陣CCD相機(jī)獲取被測物體的圖像，然后對圖像進(jìn)行預(yù)處理，通過測量軟件在圖像中對被測工件進(jìn)行測量。但影像一般只能進(jìn)行2D測量，若采用如(Visual Automatic Focusing，VAF)視覺自動(dòng)聚焦等技術(shù)能夠進(jìn)行2.5D測量。VAF技術(shù)就是采用自動(dòng)聚焦判別函數(shù)對高度不在同一平面上的兩點(diǎn)進(jìn)行精確聚焦，然后通過計(jì)算得到兩點(diǎn)間的距離。圖1中的機(jī)械運(yùn)動(dòng)子系統(tǒng)是用來移動(dòng)XY工作臺(tái)和光學(xué)成像系統(tǒng),可以在軟件的控制下進(jìn)行CNC自動(dòng)測量。由圖2可知，通過圖像傳感器（CCD）獲取被測物體圖像的模

12、擬信號(hào)，經(jīng)過圖像采集卡進(jìn)行A /D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)、輸入到計(jì)算機(jī)，然后由影像測量軟件對圖像中需要測量的幾何圖元進(jìn)行測量，從而實(shí)現(xiàn)對被測物體的非接觸測量。圖像測量軟件需要實(shí)現(xiàn)的功能包括獲取圖像 對圖像進(jìn)行預(yù)處理(包括：濾波除噪、圖像增強(qiáng))、圖像邊緣粗定位、邊緣精確定位（根據(jù)檢測精度進(jìn)行亞象素定位等）、特征點(diǎn)的定位、圖元擬合、對要測量的具體圖元進(jìn)行計(jì)算。如直線的長度、兩條直線間的夾角、圓的直徑、面積，矩形的面積等。3 影像測量系統(tǒng)軟件的關(guān)鍵算法3.1 圖像的預(yù)處理在圖像產(chǎn)生、傳輸和變換的過程中，由于各種因素的影響，往往會(huì)使圖像與被測物體或原始圖像之間產(chǎn)生差異13-19。這給從圖像中提取各種信息

13、造成了困難和不便。因此，在對圖像測量之前要進(jìn)行各種預(yù)處理，以降低噪聲的干擾。常見的圖像噪聲包括光學(xué)成像及采樣過程中常會(huì)出現(xiàn)的混疊噪聲、插入噪聲、抖動(dòng)噪聲、電子噪聲等。而邊緣的檢測和提取往往對噪聲比較敏感，因此需要在檢測前對圖像進(jìn)行濾波降噪處理。濾波器分為線性濾波器和非線性濾波器兩大類。線性濾波器對高斯噪聲有較好的平滑作用，但其它噪聲的抑制效果較差，而且會(huì)模糊邊緣。非線性濾波器中的中值濾波器在過濾噪聲的同時(shí)，還能很好的保護(hù)邊緣輪廓信息。它對消除孤立點(diǎn)和線段的干擾十分有用，特別是對于二進(jìn)制噪聲尤為有效。這一點(diǎn)特別符合幾何測量對邊緣精密定位的需求，所以系統(tǒng)中采用了中值濾波器對圖像進(jìn)行濾波降噪。由于要

14、測量物體輪廓邊緣的幾何信息，所以圖像邊緣信息提取的好壞就顯得尤為關(guān)鍵。一般物體和背景具有較大的對比度，反映在圖像上就是物體和背景的灰度差別較大，圖像直方圖將呈現(xiàn)較為明顯的雙峰型。因此系統(tǒng)采用閾值法即可較好的實(shí)現(xiàn)圖像分割。歡迎下載圖2 影像測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Framework of image measuring system3.2 典型圖元的識(shí)別算法在對被測圖元進(jìn)行測量之前，首先必須判斷該圖元的類型，然后采用相應(yīng)的測量算法進(jìn)行測量20。在手動(dòng)測量時(shí)，是人工判斷圖元后，再采用相應(yīng)的算法進(jìn)行測量，但在自動(dòng)測量時(shí)，必須由軟件對被測圖元首先進(jìn)行判斷然后再進(jìn)行測量。，本文介紹一種基于圖像特征

15、的圖元自動(dòng)識(shí)別算法。所謂圖像的特征，就是指圖像中包括具有某種特征的圖元。本文就以周長、面積和真圓度這幾個(gè)特征參數(shù)來說明圓形圖元和矩形圖元的自動(dòng)識(shí)別算法。在圖像中圖元的面積就是圖元中包含的像素?cái)?shù)；周長是指輪廓線上像素間的距離之和。像素間距離有兩種情況：并列和傾斜方向。并列可以是上、下、左、右是四個(gè)方向這時(shí)并列像素間的距離是1個(gè)像素。傾斜方向連接的像素也有左上角、左下角、右上角、右下角四個(gè)方向這時(shí)傾斜像素間的距離為像素。真圓度是在面積和周長的基礎(chǔ)上，計(jì)算圖元的形狀復(fù)雜程度的特征量。它定義為：， (1)a、圓形圖元的幾個(gè)特征參數(shù)圓的面積為：；圓的周長為：。其中為圓的半徑。圓形圖元的真圓度為：， (2

16、)b、矩形圖元的幾個(gè)特征參數(shù)設(shè)矩形圖元的相鄰的兩個(gè)邊長分別為和，則矩形圖元的周長為：；面積為：。矩形圖元的真圓度為：， (3)形狀越接近圓，其真圓度就越接近1。通過計(jì)算周長、面積和真圓度就可以將圓形圖元和矩形識(shí)別出來。當(dāng)然只用周長、面積和真圓度有時(shí)很難將形狀復(fù)雜的圖元識(shí)別出來，因此除了上面的特征參數(shù)以外，還要用到長度、寬度、歐拉數(shù)以及查看物體長度方向的區(qū)域矩等許多特征參數(shù)來一起進(jìn)行圖元的識(shí)別。3.3 典型圖元測量算法針對被測物體常見的幾何形狀，編寫了相應(yīng)的圖像分析及測量程序?，F(xiàn)將直線、圓形的測量算法描述如下。3.3.1 直線圖元的測量算法對于直線圖元，采取先逐行或逐列掃描的方法去除邊緣圖像中“

17、毛刺”噪聲點(diǎn)的干擾，同時(shí)采用細(xì)化算法細(xì)化物體邊緣。然后再對邊緣利用最小二乘法進(jìn)行線性回歸分析后，得到直線方程。設(shè)邊緣點(diǎn)的坐標(biāo)為，并設(shè)一元線性回歸方程為： ， (4)根據(jù)最小二乘法，使與偏差的平方和最小可求得：， (5)其中：考慮到一些未能去除的噪聲點(diǎn)的干擾，所以在第一次線性回歸分析后，計(jì)算各點(diǎn)到擬合直線的距離，將距離大的離散點(diǎn)去除，然后再進(jìn)行一次校正線性回歸分析。經(jīng)試驗(yàn)觀察，這種方法對離散的偽邊緣點(diǎn)的干擾有較好的抑制作用。對于由直線構(gòu)成的幾何圖像如三角形、矩形等可以采用上述方法先求出構(gòu)成上述圖形的邊緣直線方程，再求出各直線的交點(diǎn)。然后就可以進(jìn)行長、寬和面積等的計(jì)算。3.3.2 圓形圖元的測量算

18、法由于圓形圖元的幾何特征與由直線圖元組成的圖形不同，其測量算法也有所不同。在本系統(tǒng)中對圓形圖元的測量，首先對經(jīng)過濾波等預(yù)處理的圖像提取出圓形圖元的邊緣，根據(jù)邊緣上的點(diǎn)的坐標(biāo)求出圖元的形心坐標(biāo)。設(shè)邊緣點(diǎn)的坐標(biāo)為 則形心的坐標(biāo)為： ， (6)以形心坐標(biāo)作為圓心坐標(biāo)的初值，以不在同一直線上的邊緣上的三點(diǎn)確定的圓的半徑為圓的半徑初值，然后采用求極值的搜索算法使邊緣點(diǎn)到圓周上的距離最小，求出圓心坐標(biāo)和半徑。具體算法如下：設(shè)圓的方程為：， (7)則邊緣上的點(diǎn)(設(shè)邊緣上的點(diǎn)的坐標(biāo)為（）)到圓周上的距離平方為：， (8)要進(jìn)行圓的擬合就是使邊緣上的點(diǎn)到擬合圓的距離最小，這時(shí)的未知數(shù)就是要擬合圓的圓心坐標(biāo)和半徑

19、。令函數(shù)，(9)將邊緣點(diǎn)的坐標(biāo)代入上述方程，通過搜索算法，當(dāng)計(jì)算出的精度達(dá)到設(shè)定的精度時(shí)，停止搜索，這時(shí)的即為所求。通過該方法求得擬合圓，然后計(jì)算邊緣上的點(diǎn)到該圓的距離，將距離大的偽邊緣點(diǎn)除去，再進(jìn)行一次擬合就能夠得到測量結(jié)果。3.4自動(dòng)聚焦高度測量算法在采用自動(dòng)聚焦方法進(jìn)行高度測量時(shí)，聚焦判斷是實(shí)現(xiàn)該測量的關(guān)鍵。在測量中，判斷圖像是否聚焦與圖像的高頻成分有關(guān)，當(dāng)完全聚焦時(shí)，圖像清晰，包含邊緣信息的高頻分量多，通常，判斷圖像聚焦與否是通過焦距評價(jià)函數(shù)來衡量的7。焦距評價(jià)函數(shù)應(yīng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1、單峰性；2、無偏性；3、能反映離焦極性；4、較高的信噪比；5、速度快。常用的聚焦評價(jià)函數(shù)有以下幾種

20、：a、能量譜方法 該方法是基于頻域的算法，根據(jù)傅立葉光學(xué)理論，圖像清晰或聚焦的程度主要由圖像的高頻分量的多少確定，因此可以根據(jù)高頻分量的多少作為聚焦評價(jià)函數(shù)的主要依據(jù)。將序列圖像進(jìn)行快速傅立葉變換，幅度的平方稱為能量譜。由于幅度決定了一幅圖像中含有的各種頻率分量的多少，故可以用能量譜來構(gòu)造聚焦評價(jià)函數(shù)。設(shè)是一個(gè)圖像的函數(shù)，則二維離散傅立葉變換為：， (10)其傅立葉譜為： ， (11)能量譜函數(shù)為：， (12)則能量譜評價(jià)函數(shù)為：， (13)其中，和分別是傅立葉變換的實(shí)部和虛部。所在的位置即為聚焦位置。b、灰度方差法 一幅聚焦清晰的圖像應(yīng)有較多的灰度變化，因此圖像的聚焦程度可以用灰度變化的平均

21、程度即方差來衡量。當(dāng)灰度方差算子取最大值時(shí)，該位置即為聚焦位置。c、灰度梯度法 聚焦清晰的圖像應(yīng)該有較銳利的邊緣，由于梯度算子具有各向同性和旋轉(zhuǎn)不變性，可把圖像中各不同走向的邊緣和線條突出，離焦量越小圖像邊緣越銳化，所以圖像灰度梯度可以用來評價(jià)圖像的聚焦程度。對圖像中的每一像素點(diǎn)求梯度并求和。即：， (14)常用的梯度算子有以下幾種：1）、灰度差分法 采用差分絕對值代替乘方和開方，即利用圖像的相鄰像素灰度值差的絕對值之和作為聚焦評價(jià)函數(shù)，即：， (15)取得最大值的位置即為聚焦位置。2）、Roberts梯度法 在灰度差分法中，沒有考慮和灰度差的像素位置關(guān)系，可以采用Roberts梯度算子來計(jì)算

22、圖像的梯度。，(16)取得最大值的位置即為聚焦位置。3）、Sobel梯度法 即采用Sobel算子的兩個(gè)卷積核來求圖像中每點(diǎn)的梯度具體公式如下：，(17)，(18)， (19)取得最大值的位置即為聚焦位置。能量譜法由于計(jì)算量較大，不適用于一般情況下的快速、實(shí)時(shí)測量?；叶炔罘址ê蚏oberts梯度法計(jì)算速度快，但對于復(fù)雜圖像由于沒有考慮周圍點(diǎn)的變化，容易受噪聲影響而導(dǎo)致錯(cuò)誤的聚焦。綜合考慮，本文采用Sobel梯度法來進(jìn)行聚焦評價(jià)。由于本系統(tǒng)在進(jìn)行高度測量時(shí)，焦距和像距固定，因此可以通過Z軸方向上的伺服運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)焦，利用滾珠絲桿作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng)源，帶動(dòng)光學(xué)成像系統(tǒng)沿Z軸方向上下移動(dòng)，

23、通過聚焦評價(jià)函數(shù)判斷實(shí)現(xiàn)正確聚焦。通過計(jì)算兩個(gè)不同平面上聚焦時(shí)Z軸方向的光柵尺的讀數(shù)的差值, 就可計(jì)算兩個(gè)平面間的距離。具體步驟如圖3所示。3.5影像測量系統(tǒng)光柵尺讀數(shù)的誤差補(bǔ)償方法在進(jìn)行影像測量的過程中有時(shí)測量的距離超過了視野范圍在這種情況下，要進(jìn)行測量就要移動(dòng)工作臺(tái)，這時(shí)的測量值是由光柵尺的讀數(shù)確定的。由于工作臺(tái)本身的精度問題、光柵尺本身的精度問題以及其它方面的原因可能引起光柵尺的讀數(shù)有誤差，所以對光柵尺的讀數(shù)要進(jìn)行補(bǔ)償，具體的補(bǔ)償方法有多種8-20，下面就介紹光柵尺的分段補(bǔ)償方法。首先是要將工作臺(tái)調(diào)平，然后通過對標(biāo)準(zhǔn)的高精度的光刻玻璃尺（精度為0.000 1mm）進(jìn)行分段測量，工作臺(tái)在x

24、、y兩個(gè)方向上的行程為200、300 mm。用一根300 mm的標(biāo)準(zhǔn)尺對x方向上每隔10 mm就記下光柵尺的讀數(shù)，然后根據(jù)每段光柵尺的讀數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)尺的值進(jìn)行比較得到誤差值。然后根據(jù)誤差值進(jìn)行誤差補(bǔ)償，如常用的方法有分段線性回歸法，即在每一段都分別采用線性回歸的方法進(jìn)行誤差補(bǔ)償，分段的長度可以根據(jù)具體情況確定。圖3高度測量流程圖Fig.3 Flowchart of height measurement4 測量實(shí)驗(yàn)與結(jié)果4.1 比例尺的設(shè)定實(shí)驗(yàn)影像測量的過程中，要將測到的像素值換算成毫米等通用的計(jì)量單位，不同的放大倍率下一個(gè)像素所代表的被測物體的長度不同，所以在不同的放大倍率下，要進(jìn)行比例尺的調(diào)整。

25、通常的做法就是用標(biāo)準(zhǔn)板（通常為光刻的高精度的光學(xué)玻璃，上面刻有不同尺寸的圓、矩形等）在不同的放大倍率下進(jìn)行測量，將標(biāo)準(zhǔn)板上的實(shí)際尺寸和在不同放大倍率下所測的像素值的比值就是在不同放大倍率下的比例尺。為了提高測量的精度，可在同一放大倍率下，對直徑不同的圓的直徑進(jìn)行測量并分別計(jì)算出每一個(gè)像素所代表的長度然后求平均值作為在該放大倍率下的比例尺。在進(jìn)行實(shí)際的測量之前，先對系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，其中一項(xiàng)就是進(jìn)行比例尺的設(shè)定，在同一測量條件下，對同一標(biāo)準(zhǔn)板上的圖像像素長度進(jìn)行測量（如圖4所示）。具體操作為對標(biāo)準(zhǔn)板上的尺寸不同的多個(gè)圓測量他們的直徑，實(shí)際直徑和得到的像素直徑的比值即為比例尺。以下為物距50 mm

26、的條件下得到的比例尺的標(biāo)定結(jié)果。 （a）原始圖像 （b）擬合后的圖像(a) origin image (b) fitting image of (a)圖4比例尺設(shè)定試驗(yàn)Fig.4 Experiment of scale establishment比例尺的大小決定了系統(tǒng)的分辯能力，因此在條件許可的前提下，提高圖像的分辨率使物體的像素跨度盡量大，從而使比例尺減小，以提高測量精度。在軟件中通過將計(jì)算得到的比例尺保存起來，在放大倍率等不變的條件下，可以重復(fù)使用該比例尺進(jìn)行測量。但當(dāng)放大倍率改變時(shí)，要重新設(shè)定比例尺。表1 系統(tǒng)比例尺的標(biāo)定結(jié)果Tab.1 Result of system scale ca

27、libration測量次數(shù)物 長D0(mm)像 長Dp(pixel)物/像比例尺(平均值)310.800290.027590.027660.000521.000360.0277831.200430.0279142.000730.0274053.0001090.0275264.0001450.02759710.0003610.02770820.0007190.027824.2 直線圖元和圓形圖元的測量圖5是利用直線圖元和圓形圖元測量程序分別對PCB板上的線寬和圓孔進(jìn)行測量，測量結(jié)果如表2所示。為了提高測量的速度，進(jìn)行測量時(shí)，采用圓形窗或矩形窗（窗口的大小可以調(diào)節(jié)），將被測物體至于選擇窗內(nèi)，計(jì)算時(shí)

28、只對選擇框內(nèi)的物體進(jìn)行計(jì)算，這樣就減少了運(yùn)算量，提高了運(yùn)算速度。圖5直線和圓形圖元測量結(jié)果Fig. 5 Measuring result of line and circle geometric figures 表2 直線圖元和圓形圖元測量結(jié)果(單位：mm)Tab.2 Measuring result of line and circle geometric figures (Unit: mm)測量次數(shù)測量結(jié)果3理論值線寬直徑線寬直徑線寬直徑1 0.19651.25450.00790.00860.2001.2502 0.20161.26023 0.19471.25494 0.20021.255

29、15 0.19781.254360.19461.253870.20051.260480.19821.2531平均值0.19801.2558直線圖元的測量誤差主要來源是物體邊緣的定位誤差。本系統(tǒng)中對直線圖元的擬合采用了最小二乘法，并采用計(jì)算距離的方法排除了孤立噪聲點(diǎn)對邊緣的影響。測量結(jié)果表明系統(tǒng)具有較高的測量精度和較好的測量重復(fù)性。試驗(yàn)結(jié)果表明圓形圖元測量算法具有較強(qiáng)的抗干擾能力，通過求解物體的形心作為擬合的初值，提高了擬合速度，在進(jìn)行擬合時(shí)，采用了除去孤立噪聲點(diǎn)的方法，提高了擬合的精度。同時(shí)，采用搜索算法，可以人為設(shè)定擬合的精度。對于測量精度高的物體，可以將擬合的精度相對提高；而對擬合精度要求

30、不高的物體測量時(shí)，可以將擬合精度降低，以提高測量速度。4.3自動(dòng)聚焦高度測量以下圖6為采用自動(dòng)聚焦原理進(jìn)行高度測量。表3中的數(shù)據(jù)是在相機(jī)為Sony公司的SSC-DC54A,鏡頭為Navitar公司的12XZoom在放大倍率為4.7倍時(shí)測的結(jié)果。本文所采用的自動(dòng)影像測量系統(tǒng)如圖7所示。 （a） 高面自動(dòng)聚焦示意圖 （b） 低面自動(dòng)聚焦示意圖(a) is autofocus on high level (b) is autofocus on low level圖6 高度測量示意圖Fig. 6 Height measurement with autofocus method表3 高度測量結(jié)果(單位：

31、mm)Tab.3 Result of height measurement (Unit: mm)測量次數(shù)高 面低 面高 度高度殘差1129.27765.55363.724-0.01342129.26965.54863.721-0.01643129.27765.54663.731-0.00644129.28265.5463.7420.00465129.27965.5463.7390.00166129.27865.52963.7490.01167129.26865.5463.728-0.00948129.27265.53863.734-0.00349129.28265.52963.7530.015

32、610129.28265.52963.7530.0156均值129.276665.539263.737430.015760.047280.03513圖7 自動(dòng)影像檢測系統(tǒng)Fig. 7 The automatic image measuring system由上述的測量結(jié)果可知，本系統(tǒng)中所采用的Sobel梯度法進(jìn)行聚焦評價(jià)來進(jìn)行高度測量，其測量的精度為0.035 mm。5 結(jié)論本文根據(jù)現(xiàn)代工業(yè)檢測精度高、速度快的要求，提出了非接觸影像測量的方法，并介紹了自動(dòng)影像測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理。然后研究了影像測量中的典型圖元的識(shí)別和測量算法以及基于自動(dòng)聚焦原理的高度測量算法。最后，給出了影像測量中超出視

33、野范圍大尺寸測量時(shí)光柵尺的誤差補(bǔ)正方法以及比例尺的設(shè)定方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：圖元的測量精度在微米級(jí)；高度測量精度為0.035 mm；系統(tǒng)比例尺的標(biāo)定精度為0.5 m。基本滿足了自動(dòng)影像測量的要求。（結(jié)論要有數(shù)據(jù)）參考文獻(xiàn)：（五號(hào)）1 鄒定海,葉聲華,王春和.用于在線測量的視覺檢測系統(tǒng)J.儀器儀表學(xué)報(bào),1995，16(4): 337-340.（小五）ZOU D H, YE SH H, WANG CH H. A visual inspection system for on-line measurement J. Chinese Journal of Scientific Instrument, 1

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45、ciences,2005.(in Chinese)請作者注意：文獻(xiàn)類型標(biāo)志代碼的使用：J 雜志 M 圖書 D 學(xué)位論文 P 專利 R 報(bào)告 S 標(biāo)注 C 會(huì)議錄N 報(bào)紙 G 匯編 DB 數(shù)據(jù)庫 CP 計(jì)算機(jī)程序 EB 電子公告電子文獻(xiàn)載體和標(biāo)識(shí)代碼：MT 磁帶 DK 磁盤 CD 光盤 OL 聯(lián)機(jī)網(wǎng)絡(luò)作者簡介: 張舞杰(1970-)，男，湖南常德人，博士后，助理研究員，2004年于中南大學(xué)獲得碩士學(xué)位,2007年于華南理工大學(xué)獲得博士學(xué)位，現(xiàn)為華南理工大學(xué)自動(dòng)化科學(xué)與工程學(xué)院博士后，主要從事機(jī)器視覺及自動(dòng)控制方面的研究。E-mail: zwjllhtt（小五）楊義祿(1979-)，男，廣西柳州人

46、，工程師，2003年于華南理工大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位,2006年于華南理工大學(xué)獲得碩士學(xué)位，現(xiàn)為中導(dǎo)光電設(shè)備有限公司算法部經(jīng)理，主要從事半導(dǎo)體AOI設(shè)備的算法研究。E-mail: yilu.yang李迪(1965-)，女，山東青島人，教授，博士生導(dǎo)師，1985年于南京航空航天大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位,1990年于華南理工大學(xué)獲得碩士學(xué)位，1993年于華南理工大學(xué)獲得博士學(xué)位，現(xiàn)為華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車學(xué)院機(jī)械電子工程研究所所長，主要從事嵌入式系統(tǒng)、自動(dòng)控制、機(jī)器視覺等方面的研究。E-mail: itdili葉峰(1972-),男,廣東高州人,博士,副研究員,分別于1993年、1996 年、2003年在華南理

47、工大學(xué)獲得學(xué)士、碩士、博士學(xué)位,主要研究方向?yàn)闄C(jī)器視覺及智能控制。 E-mail:mefengye請作者網(wǎng)上在線投稿，請認(rèn)真校對您的文章，是否完全符合以下14點(diǎn)本刊要求！千萬不要因?yàn)楦袷降膯栴}而延誤了您文章的正常評審與發(fā)表！上傳文章必須要有Word版！1.文章的題目最好不要超過20字，中文題目中盡量不要用縮寫詞，而且題目中不要有“一種”“新的”“模擬”“基于”“仿真”“分析”“研究”“算法”“影響”“新方法”“模型”等詞。即本刊不發(fā)表單純理論分析、計(jì)算機(jī)仿真與模擬等方面工作的文章，所發(fā)的文章必須結(jié)合工程實(shí)際問題并最終經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，有結(jié)果結(jié)論。2.論文作者不能超過5人。由于本刊版面資源非常寶貴，并考慮到高額的印刷成本，所投文章要言簡意賅，簡明扼要，版面最好不要超過6頁，對于超出的版面，版面費(fèi)會(huì)略有增加。3.中英文摘要的書寫。中英文摘要請按照目的，方法，結(jié)果，結(jié)論四個(gè)要素來寫，技術(shù)上有改進(jìn)，要寫明改進(jìn)程度，要有具體的數(shù)據(jù)。單純定性分析的工作不能在本刊發(fā)表。摘要至少300字以上。英文摘要與中文摘要對照，約300詞左右。關(guān)鍵詞3-8個(gè)。4.引言要將本研究工作的國內(nèi)外相關(guān)進(jìn)展進(jìn)行描述，內(nèi)容不少于800字，要對相關(guān)領(lǐng)域的背景知識(shí)進(jìn)行較為詳細(xì)的描述，以體現(xiàn)本文研究的創(chuàng)新和價(jià)值。引言中不能有圖,表和公式，應(yīng)該為純文字的描