第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 匕 留 利 用 数字 图像处理 技术测 量几 何 尺 寸 张 少 军 艾娇健 李忠 富 李长 江 李庆 利 北京科技大学机械工程学院 , 北京 摘 要 针 对 传统 接触式 尺 寸测 量方 法 的缺点 , 探讨 利 用数 字 图像处 理技术进 行 几何尺 寸测 量 的方 法 , 为产 品 的 尺 寸测 量 提供 实 时 、 快速 、 有 效 、 经济 的测 量 途径 给 出 了 利用 数字 图 像处 理技 术进 行非接触式尺 寸测 量 的方法 , 它 包括 图像 的预处 理 , 二值化 , 图像分割 , 轮廓线条 的提 取 、 拟合 、 光滑 , 系统 的标定 , 尺 寸 的计算等 并从理论 和 实践上证 明该 方法 的可 行性 和 正 确性 关 键 词 分 类 号 数字 图像处 理 边 缘 检测 滤 波 灰度 直方 图 , 测量原 理 , 利 用 摄 像头 摄 得 物 体 的 图 像 , 通 过 图 像采 集 卡采 人 计算机 内存 , 然 后 对 采 集 到 的 图 像 进 行 处理 , 计算 出物 体 的尺 寸 , 最后 与标准尺 寸 相 比较判 断其 是 否 合格 从 摄 像 头 到计 算 机 内存 的 过 程 由硬 件 完 成 , 见 图 图像处 理 的 主 要 流 程 是 降 噪 、 边 缘 轮 廓 的 提取 和 尺 寸 的 计算 等 图图图图 像像像像 一一 卡卡卡 输输输输输输输输 入入入 输输输 出出出 设设设设设设设设 备备备备 控控 制制 报报 警警 系系 统统 显显显显显显 示示 图 系 统 硬 件 图像 的预 处理 图 像 的 预 处 理 使 用 平 滑 处 理 的方法 , 其 主 要 目的 是 减 少 噪 声 一 些 常 见 的 噪声 有 椒 盐 噪 声 、 脉 冲 噪 声 、 高斯 噪声 等 椒 盐 噪声 是 含 有 随 机 出现 的 黑 白亮 度 值 , 脉 冲噪 声 是 只 含 有 随机 的 白强 度 值 正 脉 冲噪 声 或 黑 强 度 值 与前 两 者 不 同 , 高斯 噪 声 是 含 有 亮 度 服 从 高斯 或 正 态 收稿 日期 一 一 张少 军 男 , 岁 , 副教 授 国 家 “ 九 五 ” 科技 攻 关项 目 , 一 一 · 一 分 布 的 噪 声 高 斯 噪声 是 许 多 传感 器 噪声 的 很 好 模 型 , 例如摄 像机 的 电子 干 扰 噪声 图像 的平 滑 处 理方 法 视其 噪 声 本 身 的 特 性 而定 , 可 在空 间域 或 在频 率域采用 不 同的措 施 空 域滤 波是在 图像 空 间借助模板进行邻域 操作 完成 的 , 根 据 其 特点 一 般 可 分成 线性 和 非 线 性 两 类 线 性 平 滑 滤 波 器 对 去 除 高斯 噪 声 有 很 好 的 效果 , 且 在 大 多数情 况 下 , 对其 他类 型 的噪声 也 有 很 好 的效 果 最 简单 的 线 性 滤 波 器 是 局 部 均值运 算 , 即 每 个 像素 点 的灰 度 值八, 用 其 局 部邻 域 内各点 灰 度 值 的 均 值 ’来 置 换 , 均 值计算 公 式 如 式 ” , 瑞 藻 ,“ ‘, 其 中 , 对是 邻 域 内 的像 素点 总 数 , 是 邻 域 内位 置 , 处 的灰度 值 图 为 滤 波前 的 图像 比 较 图 和 图 分别 为 ‘ 域 和 域 均值滤 波后 的 图像 , 可 以 看 出 , 邻域 的 大 小 控 制 着 滤 波 程 度 , 大 尺 度 邻 域会 加 大 滤 波 程 度 作 为 消 除大 噪声 的代 价 , 大尺 度 滤 波 器 也 会 导 致 细 节 的损 失 和 计 算量 的增 加 均值滤 波 的 主要 问题是有 可 能模糊 图像 中 的尖 锐 不 连续 部分 如果 既 要 消除 噪声 又 要 保 持 图像 的细 节 , 可 以使 用 非 线性 滤 波算法 中值 滤 波 是 最 简单 的 非 线性 滤 波 器 , 其 基 本 思 想 是 用像素点邻域灰 度值 的 中值来代替该像素点 的 灰 度 值 中值滤 波法 在 去 除 脉 冲噪 声 、 椒 盐 噪声 的 同时 又 能 保 留图像 的边 缘 细 节 这 是 因 为 它 不 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 

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张 少 军 等 利 用 数 字 图像 处 理 技 术 测 量 几 何 尺 寸 , 在 对 实 际 零 件 的测 量 中 , 测 得 实 际 零 件 在 视 场 中任 意 位 置 时零 件 所 占某 一 划 分 格 内 的 某 边 长 凡的像 素点 数 礼 , 则 可 求 得 凡的值 然 后 将零 件所 占所 有 划 分格 内 的 凡相 加 , 即 得 到 零 件 某 一 边 长 , 如 式 一黔 一澎礼“ 其 中 , 为标准块 尺 寸 , 为实 际零件 在 视场 中所 占的域 结论 所 采 用 标 定 方 法 的 回 归 效 果 是 相 当好 的 , , 经 检 验 法 检 精度 比较 高 , 标 准 差 为 验 , 在 水 平 上 回 归 效 果 显 著 在 实 验 中 , 诸 如 镜 头 安 装 不 准 、 焦 距 没 调 准 、 高 度 测 量 不 准 确 、设定视 场 中心 与摄像 头 中心 不 重 合 、标 准块 本 身尺 寸 不 精 确或 反 光 度 不 均 匀 、 镜 头 本 身 的 畸变 、 光 源亮度 的不 均 匀 、测 量 方 法 本 身 的缺 陷 以 及 其 他 人 为 因 素 等 都 能 导 致误差 的产 生 实 验设 备 性 能 越 好 , 测 量 精 度 越 高 从 理 论 上讲 , 如果 视 场 内可 用 像 素有 少个 , 则测 量精 度 就 是 参 考 文 献 蒋剑 锋 , 何永 辉 , 赵 万 生 利用 究 计量 技 术 , 钱 意 龙 计算机 图 像处 理技 术 在 表 面质 量 中的开发 研 究 硕 士 论 文 北 京 北 京 科技 大学 , 进 行 光 切 法 的研 〔 北 京 电子 一 业 出版 社 , 刘 国栋 , 赵 辉 多功 能 图 像法 轮廓 自动 瞄准技 术 的研 究 计 量 技术 , 刘 伟 刚 , 傅 听 利用计 算 机 自动 识 别 和 匹 配 标靶 校 正 摄 影 镜头 畸变 〔 北 京科技 大学 学 报 , 钟继 贵 主 编 误 差 理论 与数 据 处 理 出 版社 , 北 京 水 利 电力 , 图 二 值 化 图 像 图 搜 索到 边 界 尺 寸的计算 尺 寸 的计 算 关键 在 于 系 统 的 精 度 , 系 统 标 定 的精 度 直 接 关 系 到 测 量 的精 度 采 用 的 方 法 是 , 固定 摄 像 头 的 高度 与位 置 , 使 用 个 的 标 准 块 , 把 视 场按 标准块 大小 进 行 分 割 , 如 图 , 在 视 场 内按 分 割 的位置 移 动标 准块 , 获 取 其 图像 , 计算 出标 准块 边 长 在 视 场 内各 个 位置 的 像 素点 数 , 然 后 进 行 多 项 式 回 归 我 们 构 造 二 元 二 次 多 项 式 , 脚 。 刃 才 扩 其 中 , 表 示 标 准 块 边 长 在 图像 中 的像 素 数 , 表 示 视 场尤坐 标 , 表示 视 场 坐 标 回 归 结 果 为 。二 角 , , 诀 一 , 一 , 伪 一 一‘ , 、二 一 一 巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨 口口口口口口口口日日日日日 门门门门门门口口口口口口 图 视场 分 割 示 意 图 乙队 」刀 ’ , , 月 爪 , 刀 , 刀 , , , , , 一 一 , , , , , 一 , , © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net