【正文】 （ 5）軟 件算法誤差 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 本文在圖像預(yù)處理過(guò)程中進(jìn)行了圖像濾波操作，通過(guò)濾波可以降低圖像的噪聲，但是也使得圖像中的邊界產(chǎn)生了誤差影響后續(xù)處理中邊界位置誤差。 （ 3）在 Setting 選卡中根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置各個(gè)參數(shù)如圖 。后面幾個(gè)選卡在新建模板時(shí)已經(jīng)設(shè)置好，可以不用重新設(shè)置，如圖 。 標(biāo)定模版 為校正畸變對(duì)圖像造成的影響 ，在 LabVIEW 平臺(tái)下的標(biāo)定過(guò)程中采用具有明顯特征及對(duì)應(yīng)關(guān)系的點(diǎn)陣標(biāo)定板，標(biāo)定板如下圖所示 ， 其中每個(gè)黑色圓點(diǎn)的半徑以及相鄰圓點(diǎn)圓心間的距離都是恒定的。有許多不同的算法可用于平滑。 通過(guò)以上步驟可以編寫一個(gè)完整的圖像采集程序，可以連續(xù)獲得零件圖像，高效的完成圖像采集工作，整體圖像采集程序以及采集到的零件圖如圖 、 。 零件圖像采集方法 由第二章可知，通過(guò)背光光源照射后使被測(cè)物體特征明顯，在經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)與控制裝置使被測(cè)物體完全進(jìn)入相機(jī)視野，拍攝照片，然后通過(guò)圖像采集卡將采集到的圖片傳到軟件平臺(tái)中處理，得到被測(cè)物體的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)。 LabVIEW 具有以下特點(diǎn) ： 圖 形化和 圖形驅(qū)動(dòng)式開發(fā)環(huán) 境 靈活的程序調(diào)試手段和編程效率 功能強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù) 支持多種系統(tǒng)平臺(tái) 開放式的開發(fā)平臺(tái) （ 2） IMAQ 視覺(jué)模塊 IMAQ Vision 是 LabVIEW 內(nèi)置的視覺(jué)開發(fā)工具包，其中包括 IMAQ Vision 和 Vision Builder 兩個(gè)組件?；叶葓D像在通常情況下，圖像灰度等級(jí)可分為 256 級(jí)，即以 8 位表示。為了能夠調(diào)節(jié)透過(guò)的光強(qiáng)度，般鏡頭中都設(shè)置了光嘲，也就是一個(gè)多葉片的機(jī)械裝置組成的直徑可變的圓孔，調(diào)整時(shí)這個(gè)孔的直徑可以連續(xù)變化，從而改變鏡頭的有效 7L 徑。 目前市面上工業(yè)相機(jī)大多是基于 CCD （ Charge Coupled Device ）或 CMOS（ Complementary Metal Oxide Semiconductor）芯片的相機(jī)。 零件長(zhǎng)度 檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案 通常， 傳統(tǒng) 的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)由以下 幾 個(gè)部分 —— 光源、相機(jī)、圖像采集卡和圖像處理軟件組成，如圖 所示。 鑒于現(xiàn)在圖像處理在產(chǎn)品 測(cè)量中應(yīng)用的現(xiàn)狀，本課題針對(duì)圖像處理在機(jī)械加工中零件尺寸檢測(cè)的應(yīng)用進(jìn)行研究。 虛擬儀器技術(shù) 虛擬儀器 (virtual Instrument)技術(shù)是日益發(fā)展的計(jì)算機(jī)硬、軟件和總線技術(shù)在向其它相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域密集滲透的過(guò)程中，通過(guò)儀器儀表技術(shù)、測(cè)試技術(shù)密切結(jié)合共同出的一項(xiàng)全新的成果 ????。根據(jù)圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域的不同，對(duì)圖像處理檢測(cè)的研究可以分為不同的種類，然而不同的學(xué)者對(duì)分類也有不同的見(jiàn)解。 20 世紀(jì) 60 年代開始，以圖像處理技術(shù)以及機(jī)器視覺(jué)為核心的圖像測(cè)量技術(shù)開始應(yīng)用于測(cè)量領(lǐng)域。 主要研究?jī)?nèi)容如下： (1)根據(jù)測(cè)試對(duì)象特點(diǎn)搭建圖像處理系統(tǒng)。I 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于圖像的零件 長(zhǎng)度 檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) II 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）原創(chuàng)性聲明 本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。如光源、相機(jī)、鏡頭、軟件平臺(tái)等的選擇。這種方法具有非接觸、動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍大、高精度測(cè)量速度、在線監(jiān)測(cè)、信息量豐富等優(yōu)點(diǎn)，在諸多領(lǐng)域得到發(fā)展迅速。文獻(xiàn)將工業(yè)中應(yīng)用的圖像處理控制系統(tǒng)分為四個(gè)類別：尺寸質(zhì)量、表面質(zhì)量、裝配結(jié)構(gòu)和操作質(zhì)量。輸出結(jié)果以多種形式展示，而后利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處理，從而完成各種測(cè)試功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。課題的目標(biāo)是利用圖像處理在工業(yè)檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)對(duì)工業(yè)產(chǎn)品中基本的直線和圓形特征進(jìn)行檢測(cè)。 圖 典型的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng) 基于 PC 機(jī)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)一般由圖像采集、圖像分析處理、結(jié)果輸出與執(zhí)行幾個(gè)部分組成。 典型的 CCD/相機(jī)由光學(xué)鏡頭、時(shí)序及同步信號(hào)發(fā)生器、垂直驅(qū)動(dòng)器、模擬數(shù)字信號(hào)處理電路組成。鏡頭光圈的大小一般用 F 數(shù)來(lái)表示。在對(duì)圖像灰度有更精確要求時(shí)，可使用 10 位、 12 位、 16 位等來(lái)表示圖像的灰度；彩色 圖像：可由 RGB(或者 YUv)3 種色彩組合而成。 IMAQ Vision 是一個(gè)功能強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)，提供了在 LabVIEW 平臺(tái)上開發(fā) 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng) 所需要的各種子程序，例如圖像采集、系統(tǒng)校準(zhǔn)、圖像處理、幾何量測(cè)量等。 要想成功讀取采集到的零件圖像必安裝好驅(qū)動(dòng)程序，可在 NI MAX 中產(chǎn)看是否安裝成功，如圖 。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 讀取圖像程序 圖 采集到的圖像 零件圖像的預(yù)處理方法 由于攝像頭采集的圖像為彩色圖像，但是 大部分的測(cè)試測(cè)量都是使用的灰度圖像。 本文的平滑濾波方法以及零件圖像濾波前后對(duì)比圖如 圖 、圖 所示。 LabVIEW 通過(guò)利用 Canny 濾波器可以提取出標(biāo)定模板中每個(gè)黑色圓點(diǎn)的邊緣，再利用邊緣進(jìn)行圓擬合，得到每個(gè)黑色圓點(diǎn)精確的圓心位置，保證了坐標(biāo)的精度 ，標(biāo)定模板圖像圖 。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 選擇匹配模板 （ 3） 選擇建立坐標(biāo)系函數(shù)，在 Main 選卡中輸入步驟名，再在 Setting 選卡中選擇坐標(biāo)的式，模式確定物體在相機(jī)視野內(nèi)旋轉(zhuǎn)，移動(dòng)是否能被檢測(cè)到 ，如圖 。 圖 設(shè)置參數(shù) （ 4） 在 Limits 選卡中設(shè)置通過(guò)的范圍，如果測(cè)得的距離在范圍中則函數(shù)返回真，否則為假，如圖 。 在選擇被測(cè)零件邊緣時(shí)，階躍并非理想模型，測(cè)距時(shí)誤差較大。雖然采用平面網(wǎng)格的標(biāo)定較之其他校正方法精度較高而且比較容易操作，但是由于網(wǎng)格自身也存在誤差以及在標(biāo)定過(guò)程中網(wǎng)格不同位置的檢測(cè)都會(huì)帶來(lái)標(biāo)定上的誤 差。 圖 設(shè)置步驟名 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 （ 2）在圖像上通過(guò)選擇工具畫好要測(cè)量的區(qū)域，并設(shè)置參考坐標(biāo)系。 圖 選擇查找范圍 （ 2） 在 Template 選卡中，新建一模板，在圖中選擇物體的一部分作為模板，在選擇模板時(shí)要注意模板要選擇物體特征較明顯的部分。本 節(jié) 介紹基于 LabVIEW 的視覺(jué)工具 vision 組件的標(biāo)定方法，能很好的解決這些問(wèn)題。平滑可以兩種重要形式用于數(shù)據(jù)分析： （ 1）若平滑的假設(shè)是合理的，可以 從數(shù)據(jù)中獲得更多信息； （ 2） 提供靈活而且健壯的分析。 圖 釋放圖像數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 通過(guò)釋放圖像緩存區(qū)，減緩存區(qū)的數(shù)據(jù)清除為下一次采集到的圖像緩存做準(zhǔn)備。對(duì)圖像進(jìn)行一系列的預(yù)處理，使檢測(cè)系統(tǒng)高效穩(wěn)定的運(yùn)行，依次介紹了零件圖像的預(yù)處理、標(biāo)定與矯正、特征匹配、長(zhǎng)度測(cè)量算法的設(shè)計(jì)，以及零件長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的誤差處理以及保存方法。 LabVIEW 及其視覺(jué)工具簡(jiǎn)介 （ 1） LabVIEW LabVIEW 是 美 國(guó)國(guó)家儀器公司 (National Instrument)發(fā)行的一套高效圖形化應(yīng)用 軟件 平臺(tái) ，使用數(shù)據(jù)流編程方法 來(lái)說(shuō)明 程序的執(zhí)行，用 G 語(yǔ)言 、圖標(biāo)和連線代 替文本 的形式編寫程序， 使用戶編程變得簡(jiǎn)單易學(xué)，提高工作效率 。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 （ 2）圖像格式：圖像格式也被稱為像素格式，分為灰度和彩色兩種。 （ 5）光圈：光學(xué)系統(tǒng)中光線經(jīng)過(guò)折射、反射等最后到達(dá)像而．在這個(gè)傳輸過(guò)程中，并不是所有進(jìn)入系 統(tǒng)的光線最后都能通過(guò)，而是有一部分被阻擋。 工業(yè)相機(jī)也不例外，按照芯片類型可以分為 ； （ 1） CCD 相機(jī)、 CMOS 相機(jī)； （ 2） 按照傳感器的結(jié)構(gòu)特性可以分為線陣相機(jī)、面陣相機(jī)； （ 3） 按照掃描方式可以分為隔行掃描相機(jī)、逐行掃描相機(jī)； （ 4） 按照分辨率大小可以分為普通分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī)； （ 5） 按照輸出信號(hào)方式可以分為模擬相機(jī)、數(shù)字相機(jī)； （ 6） 按照輸出色彩可以分為單色（黑白）相機(jī)、彩色相機(jī)； （ 7） 按照輸出信號(hào)速度可以分為普通速度相機(jī)、高速相機(jī)； （ 8） 按照響應(yīng)頻率范圍可以分為可見(jiàn)光（普通）相機(jī)、紅外相機(jī)、紫外相機(jī)等。以 Access 數(shù)據(jù)庫(kù)為存儲(chǔ)方式，將零件的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)保存，方 便后期查詢。此外，采用先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)還可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可獲得的豐富信息亦有助于我們解決各種各樣的技術(shù)問(wèn)題。隨著機(jī)器視覺(jué)硬件制造技術(shù)的不斷發(fā)展和硬件成本的逐步降低，圖像處理技術(shù)在現(xiàn)代化生產(chǎn)中的應(yīng)用的將越來(lái)越廣泛，其測(cè)量精度也將逐漸提 高 ?9?。當(dāng)近社會(huì)，隨著圖像處理檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用的增加，對(duì)圖像處理的研究也越來(lái)越多。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，特別是對(duì)于一些現(xiàn)代化的電子、包裝檢測(cè)產(chǎn)業(yè)，對(duì)零件尺寸測(cè)量的精度和速度要求非常之高，這些傳統(tǒng)的檢測(cè)手段也很難完全滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展需求。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)的功能性以及可靠性。據(jù)我所知， 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果。 (2)對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理，使其被測(cè)特征明顯。圖像測(cè)量技術(shù) ?1?是以現(xiàn)代光學(xué)為基礎(chǔ)，融光電子學(xué)、計(jì)算機(jī)圖像學(xué)、信息處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等科學(xué)技術(shù)為一體的現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)。輿水大和 ?5?將圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域分為四類：產(chǎn)品檢查、機(jī)器人、產(chǎn)品分類和其他應(yīng)用。虛擬儀器技術(shù)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器技術(shù)在更深層次結(jié)合的產(chǎn)物，也是計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試 (CAT)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)。本課題的目標(biāo)是研究開發(fā)基于圖像處理的柔性好、效率高的工件長(zhǎng)度檢測(cè)系統(tǒng)。其中，圖像采集部分的硬件主要包括：光源、鏡頭、相機(jī)、圖像采集卡。 CCD 作為一種功能器件，與真空管相比，具有無(wú)灼傷、無(wú)滯后、低電壓工作、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。 （ 6） F 數(shù)：假定光學(xué)系統(tǒng)的有效孔徑是 d，焦距是 f 那么， Ff／ d。 （ 3）分辨率：采集卡能支持的最大點(diǎn)陣反映了其分辨率的性能。 Vision Builder 是一個(gè)交互式的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，可以在 系統(tǒng)軟件 設(shè)計(jì)的每一步看到輸出的中間結(jié)果，并可以隨時(shí)進(jìn)行修改。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 在 MAX 里面采集圖像 本文采用連續(xù)采集方式，編寫程序時(shí)一般可分為：相機(jī)初始化、建立圖像采集任務(wù)、采集圖像、關(guān)閉相機(jī) 、刪除任務(wù)。如找邊、找圓、粒子析、亮度測(cè)量、紋理分析、匹配、存在性等許多的檢測(cè)都是基于灰度圖像的。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 濾波設(shè)置 （ a）原圖 （ b）高斯濾波 圖 濾波效果 以上是 NI Vision 視覺(jué)軟件 NI Vision Assistant 中的平滑濾波器。 圖 黑色圓點(diǎn)標(biāo)定模版 過(guò)程 為實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量 ，要充分考慮非線性徑向畸變的影響 ，需選擇 Distorition Model（ Grid），此模式在矯正非線性畸變的同時(shí)對(duì)線性畸變也同樣矯正 ，即相機(jī)與工作平面不垂直不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。 圖 建立相對(duì)坐標(biāo)系 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 當(dāng)被測(cè)物體完全進(jìn)入攝像頭視野內(nèi)時(shí)，模板匹配成功，會(huì)框出被測(cè)物體的位置，否則會(huì)一直匹配模板直到找到被測(cè)物體為止，當(dāng)匹配成功后還會(huì)在匹配一次新的模板，以建立一個(gè)精確的相對(duì)坐標(biāo)系，以后的測(cè)量都以這個(gè)相對(duì)坐標(biāo)系為參考，測(cè)量被測(cè)物體周圍的圖像，這種方法很大的提高了測(cè)量效率，而且提高了抗干擾能力步驟及結(jié)果如圖 、 。 圖 設(shè)置通過(guò)范圍 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 使用該函數(shù)是要經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)設(shè)置好卡尺類型，搜索線之間的距離，邊緣強(qiáng)度等參數(shù)。 任何測(cè)量總是不可避免地存在誤差，為了提高測(cè)量精度，必須盡可能消除或減小誤差，因此有必要對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析以及測(cè)得結(jié)果的評(píng)定。 （ 4） 系統(tǒng)標(biāo)定誤差 在系統(tǒng)標(biāo)定中標(biāo)定的準(zhǔn)確度會(huì)直接而且最大程度的影響測(cè)量結(jié)果的精度，在本文中采用的是平面標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格作為系統(tǒng)標(biāo)定的參照物。 使用方法為： （ 1） 在 Main 選 卡的 Step Name 中輸入步驟名稱 如圖 。 實(shí)現(xiàn)步驟： （ 1） 選擇幾何匹配函數(shù)，在 Main 選卡中輸入步驟名，并選擇要查找的范圍，本文選全圖 ，如圖 。傳統(tǒng)的標(biāo)定方法 有 Tsai 兩步法， Weng 迭代法，張正友雙平面法等，應(yīng)用 雖然 較為廣泛 ， 但實(shí)際的標(biāo)定過(guò)程 是十分 繁瑣 的 。在平滑過(guò)程中，信號(hào)數(shù)據(jù)點(diǎn)被修改，由噪音產(chǎn)生的單獨(dú)數(shù)據(jù)點(diǎn)被降低，低于毗鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)的點(diǎn)被提升，從而得到一個(gè)更平滑的信號(hào)。 （ 7） 調(diào)用 IMAQ ，釋放占有的圖像數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，如圖 。 特征匹配及預(yù)處理 零件原始圖像 零件長(zhǎng)度檢測(cè) 生成LabVIEW 代碼 數(shù)據(jù)處理及儲(chǔ)存 VBAI 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第 3 章 基于圖像的零件長(zhǎng)度計(jì)量方法 本章通過(guò) LabVIEW 接收?qǐng)D像采集裝置采集到的零件圖像。 零件長(zhǎng)度檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案 本文介紹的零件長(zhǎng)度檢測(cè)方法，主要體現(xiàn)快速，可靠，高效的特點(diǎn)，使用 LabVIEW 以及其視覺(jué)工具為軟件平臺(tái)，為達(dá)到以上特點(diǎn)提供了必要條