專利名稱：微小物體表面積周長(zhǎng)并行精密測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
機(jī)器視覺中的圖像測(cè)量技術(shù)是近20年來(lái)在測(cè)量領(lǐng)域形成的新型測(cè)量技術(shù)，它把圖像作為檢測(cè)和傳遞信息的手段或載體加以利用，完成對(duì)幾何量尺寸測(cè)量、生物制品檢測(cè)、 航空遙感測(cè)量等多種測(cè)量任務(wù)。這種技術(shù)能夠適應(yīng)許多新的生產(chǎn)制造工藝的測(cè)量要求，例如對(duì)易變形零件尺寸、微小尺寸、曲面輪廓及零件孔距的測(cè)量。本專利針對(duì)幾何量測(cè)量領(lǐng)域中的面積/周長(zhǎng)測(cè)量問(wèn)題，開發(fā)出一種微小物體的面積/周長(zhǎng)并行高效的測(cè)量系統(tǒng)。
2.
背景技術(shù)：
在圖像測(cè)量領(lǐng)域中，圖像目標(biāo)的像素面積(指圖像目標(biāo)所包含的像素個(gè)數(shù))測(cè)量是一大難題，它可以分成2類即具有規(guī)則幾何形狀的目標(biāo)和任意不規(guī)則形狀的目標(biāo)像素面積計(jì)算問(wèn)題。對(duì)于前者，一般采用從目標(biāo)重心到輪廓點(diǎn)的積分法或者通過(guò)角點(diǎn)/頂點(diǎn)的檢測(cè)并且應(yīng)用面積公式計(jì)算。對(duì)于后者，采用對(duì)曲線包圍的內(nèi)部像素計(jì)數(shù)來(lái)求解，一般采用下面的公式
Ληβχ /、A= Y\x Jmm-Xjmia)(1)
7—少 min在上式中，Xjmax為目標(biāo)邊界上對(duì)應(yīng)于y坐標(biāo)值為j的χ坐標(biāo)最大值；^^為目標(biāo)邊界上對(duì)應(yīng)于y坐標(biāo)值為j的χ坐標(biāo)最小值。關(guān)于圖像目標(biāo)的像素周長(zhǎng)測(cè)量問(wèn)題，經(jīng)典方法分為兩大類，第一類方法是應(yīng)用曲線輪廓重建算法進(jìn)行最小誤差的邊界重建，然后分別計(jì)算每個(gè)曲線段的長(zhǎng)度并且求和。第二類方法是應(yīng)用鏈碼方法進(jìn)行長(zhǎng)度計(jì)算，然后利用角點(diǎn)信息加以邊緣的平滑修正?？偨Y(jié)上述圖像目標(biāo)的面積/周長(zhǎng)測(cè)量方法，可以發(fā)現(xiàn)它們只能測(cè)量單個(gè)物體目標(biāo)，如果圖像中存在多個(gè)目標(biāo)，那么需要進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量導(dǎo)致了較低的測(cè)量效率。
3.

發(fā)明內(nèi)容
本專利將短程線主動(dòng)輪廓線應(yīng)用于不規(guī)則形狀的圖像多目標(biāo)面積/周長(zhǎng)測(cè)量問(wèn)題中，開發(fā)出一種快速精確測(cè)量方法，并且將這種方法應(yīng)用于二維圖像測(cè)量機(jī)，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)微小物體表面積/周長(zhǎng)的快速準(zhǔn)確測(cè)量。這樣，擴(kuò)展二維圖像測(cè)量機(jī)的測(cè)量功能，解決了其無(wú)法快速精確測(cè)量微小物體表面積/周長(zhǎng)的限制。此外，使用了一種新穎的形心自標(biāo)定技術(shù)，它不需要任何標(biāo)準(zhǔn)試件就能夠準(zhǔn)確完成像素尺寸當(dāng)量的標(biāo)定。
4.


圖1 二維圖像測(cè)量機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖，1.光學(xué)標(biāo)尺.2.縱向讀數(shù)(XD.3.橫向讀數(shù) (XD. 4.瞄準(zhǔn)(XD. 5.被測(cè)物6.工作臺(tái).7.導(dǎo)軌.8.測(cè)量角錐棱鏡9.分光鏡與參考鏡.10. 雙頻激光器。圖2圖像式自動(dòng)調(diào)焦瞄準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1.光源.2.孔徑光闌.3.工作臺(tái).4.調(diào)焦.裝置5.瞄準(zhǔn)CXD 6.被測(cè)物。
圖3飛機(jī)多目標(biāo)收斂a初始化主動(dòng)輪廓線b收斂200次結(jié)果c收斂850次結(jié)果圖4亞像素面積計(jì)算
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具體實(shí)施例方式5. 1 二維圖像測(cè)量機(jī)二維圖像測(cè)量機(jī)主要由圖像式位移測(cè)量系統(tǒng)，圖像式自動(dòng)調(diào)焦瞄準(zhǔn)系統(tǒng)及相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。它的基本工作原理為使用兩個(gè)CCD攝像機(jī)分別拾取縱橫向光學(xué)標(biāo)尺的位置信息，并利用圖像卡和計(jì)算機(jī)相連，通過(guò)圖像處理技術(shù)確定兩個(gè)方向的坐標(biāo)值。瞄準(zhǔn)系統(tǒng)采用一個(gè)CCD攝像機(jī)接收經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像的被測(cè)件輪廓，也是通過(guò)圖像卡和計(jì)算機(jī)相連。這樣，一方面可以通過(guò)圖像處理技術(shù)提取工件的離焦信息，利用步進(jìn)電機(jī)和一定的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)及攝像機(jī)上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)焦；另一方面，有關(guān)工件輪廓的位置信息也送入了計(jì)算機(jī)，再通過(guò)一定的算法就可以確定被瞄準(zhǔn)輪廓的位置，綜合位移測(cè)量結(jié)果及瞄準(zhǔn)結(jié)果可以得到被測(cè)尺寸或坐標(biāo)。在二維圖像測(cè)量機(jī)中，瞄準(zhǔn)系統(tǒng)采用CXD攝像機(jī)代替人眼進(jìn)行瞄準(zhǔn)，具體做法是在主顯微鏡系統(tǒng)的像面處，安置一個(gè)CCD攝像機(jī)，使其感光面垂直于光軸。這樣物體輪廓就成像在CXD感光面上，再利用圖像處理技術(shù)確定物體邊緣的位置，就可以達(dá)到對(duì)被測(cè)件瞄準(zhǔn)的目的。圖像瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。在圖2中，光源1發(fā)出的光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直光路投射到被測(cè)物6的輪廓上，被測(cè)輪廓經(jīng)物鏡成像到面陣CCD，經(jīng)過(guò)光電變換后，通過(guò)接口電路將信號(hào)送入計(jì)算機(jī)。對(duì)采集的圖像通過(guò)調(diào)焦函數(shù)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)(XD5上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)焦。然后對(duì)被測(cè)物輪廓圖像進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)輪廓瞄準(zhǔn)。這里使用了圖像瞄準(zhǔn)系統(tǒng)來(lái)直接測(cè)量多個(gè)微小物體的實(shí)際表面積/周長(zhǎng)，這需要 2個(gè)步驟。首先，應(yīng)用短程線主動(dòng)輪廓線模型求得圖像多目標(biāo)(被測(cè)物的輪廓圖像)像素面積與周長(zhǎng)；其次，再應(yīng)用形心自標(biāo)定技術(shù)求得像素尺寸當(dāng)量，最后求得被測(cè)物的真實(shí)表面積與周長(zhǎng)。標(biāo)定時(shí)移動(dòng)導(dǎo)軌，并用雙頻激光器精確測(cè)量其位移。5. 2圖像多目標(biāo)像素面積/周長(zhǎng)并行測(cè)量在水平集方法中，短程線主動(dòng)輪廓線是用水平集函數(shù)減，X，力的零水平集來(lái)表達(dá)的，這里的零水平集表示為C(0 = {(x，J^4x，;0=O}，水平集函數(shù)々的進(jìn)化方程如下
權(quán)利要求
1.本專利利用與哈爾濱工業(yè)大學(xué)光電測(cè)試技術(shù)與裝備研究所合作研制的2維圖像測(cè)量機(jī)，將短程線主動(dòng)輪廓線(Geodesic active contour)模型應(yīng)用于多個(gè)微小物體表面積和周長(zhǎng)精密測(cè)量，研制出多個(gè)微小物體表面積和周長(zhǎng)的并行精密測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分使用了短程線主動(dòng)輪廓線的拓?fù)洫?dú)立性特征，該模型收斂穩(wěn)定性好并且能夠同時(shí)/并行檢測(cè)圖像中各個(gè)被測(cè)目標(biāo)；同時(shí)，使用了一種新穎的形心自標(biāo)定技術(shù)，在不需要標(biāo)準(zhǔn)試件的情況下就可以完成像素當(dāng)量標(biāo)定，并且具有較高的標(biāo)定精確度，因此，本測(cè)量方法特別適用于缺少標(biāo)準(zhǔn)試件時(shí)多個(gè)微小不規(guī)則物體表面積和周長(zhǎng)的并行精密測(cè)量，可以廣泛應(yīng)用于微型工業(yè)產(chǎn)品的幾何量檢測(cè)或者各種工業(yè)產(chǎn)品的微型缺陷定量檢測(cè)，相應(yīng)的測(cè)量重復(fù)性誤差小于 0. 5%。
全文摘要
本發(fā)明名稱為“微小物體表面積周長(zhǎng)并行精密測(cè)量系統(tǒng)”，它將短程線主動(dòng)輪廓線應(yīng)用于不規(guī)則形狀的圖像多目標(biāo)面積/周長(zhǎng)并行測(cè)量問(wèn)題中，開發(fā)出一種快速精確測(cè)量方法，并且將這種方法應(yīng)用于二維圖像測(cè)量機(jī)，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)微小物體表面積/周長(zhǎng)的快速準(zhǔn)確測(cè)量。此外，使用了一種新穎的形心自標(biāo)定技術(shù)，它不需要任何標(biāo)準(zhǔn)試件就能夠準(zhǔn)確完成像素尺寸當(dāng)量的標(biāo)定，最后求得被測(cè)物的真實(shí)表面積與周長(zhǎng)。標(biāo)定時(shí)移動(dòng)導(dǎo)軌，并用雙頻激光器精確測(cè)量其位移。
文檔編號(hào)G01B11/08GK102401638SQ20101028199
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者田少卿, 趙鵬 申請(qǐng)人:東北林業(yè)大學(xué)