【正文】 件。其中，LVDS、 CameraLink 和千兆以太網(wǎng)等幾種圖像傳輸形式在機(jī)器視覺(jué)工程中應(yīng)用較為廣泛。 （ 4）景深：沿光軸方向上物體的尺、 J 或運(yùn)動(dòng)在一定范圍內(nèi)所成的圖像是清晰的，這個(gè)范圍稱(chēng)為景深。 數(shù)據(jù)接口主要有 USB 、和千兆以太網(wǎng)三種 。本系統(tǒng)采用工業(yè)相機(jī)、背照式光源、圖像采集卡為零件圖像采集裝置，將采集到的圖像傳送到以 LabVIEW 為軟件處理平臺(tái)的上位機(jī)上，經(jīng)過(guò)一系列的圖像處理算法，得到零件長(zhǎng)度數(shù)據(jù)。 CCD 攝像設(shè)備的分辨率和成像速度等技術(shù)性能的不斷提高，數(shù)字圖像處理技術(shù)的逐步完善，以及計(jì)算機(jī)的性能和性?xún)r(jià)比的迅速提高，為這一領(lǐng)域的研究提供了相當(dāng)有利的條件。 總而言之，在高精度的尺寸測(cè)量領(lǐng)域中圖像處理技術(shù)有著很大的應(yīng)用前景。 圖像測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 在國(guó)外圖像處理技術(shù)檢測(cè)從上 世紀(jì)八十年代初開(kāi)始已經(jīng)得到了廣泛的研究，國(guó)內(nèi)的圖像處理檢測(cè)研究從上世紀(jì)九十年代才逐漸開(kāi)始。然而游標(biāo)卡尺、量規(guī)等最常見(jiàn)也最傳統(tǒng)的檢測(cè)工具存在測(cè)量精度不高，易受人為燭光因素影響等問(wèn)題，萬(wàn)能工具顯微鏡、輪廓儀等這些專(zhuān)用類(lèi)檢測(cè)儀器不僅價(jià)格昂貴而且使用步驟 復(fù)雜。 本文主要利用相機(jī)、鏡頭、背光源、圖像采集卡為圖像采集裝置，以 LabVIEW 及其視覺(jué)工具為軟件平臺(tái)，快速搭建安全、可靠、高效的零件長(zhǎng)度自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)方法。對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說(shuō)明并表示謝意。如采用均值濾波、卷積、標(biāo)定對(duì)圖 像進(jìn)行預(yù)處理。以該技術(shù)為核心的圖像檢測(cè)系統(tǒng)在航空遙感的測(cè)量、幾何量的測(cè)量、精密復(fù)雜零件的尺寸測(cè)量和外觀三維的檢測(cè)以及光波干涉圖、應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)狀態(tài)分布圖等與和圖像技術(shù)相關(guān)的領(lǐng)域有了很廣泛的應(yīng)用 ?2?。 尺寸測(cè)量是圖像處理研究和應(yīng)用的重要領(lǐng)域，也是一個(gè)比較早開(kāi)始的研究方向。 虛擬儀器技術(shù)可利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，構(gòu)成既有普通儀器的基本功能又有一般儀器所沒(méi)有的特殊功能的既高檔又廉價(jià)的新型儀器。 本文的研究有助于提高我國(guó)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用水平，提高工業(yè)檢測(cè)的質(zhì)量和效率以及對(duì)突破國(guó)外公司對(duì)我國(guó)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)的技術(shù)壟斷都具有現(xiàn)實(shí)意義，并且所研究的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。圖像采集部分的任務(wù)是將目標(biāo)物體的特征信息進(jìn)行光學(xué)成像，然后通過(guò)圖像傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī)的圖像數(shù)據(jù)采集卡。廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)線在線檢測(cè)、智能交通，機(jī)器視覺(jué)，科研，軍事科學(xué)，航天航空等眾多領(lǐng)域，比 CMOS 數(shù)字相機(jī)，無(wú)論是靜態(tài)采集還是動(dòng)態(tài)采集，均可以得到無(wú)變形的高質(zhì)圖像。這個(gè)參數(shù)描述了光學(xué)系統(tǒng)的采光能力。單行最大點(diǎn)數(shù)和單幀最大行數(shù)也可反映采集卡的分辨率性能。設(shè)計(jì)完成后能夠自動(dòng)生成 LabVIEW 程序代碼。 具體的編輯步驟為： （ 1） 調(diào)用 IMAQ USB Enumerate 枚舉 USB 攝像頭，如圖 。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 灰度圖像，是直接由相機(jī)的每個(gè)像素得到的數(shù)據(jù)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)拜爾等彩色相機(jī)的插值處理，因此其圖像的清晰度上，比使用彩色相機(jī)獲得的圖像更清楚。其中可以看到高斯平滑濾波器 的平滑效果要強(qiáng)許多。具體的操作過(guò)程如下 ： （ 1） 載入采集的標(biāo)定模版圖像 ，圖像中應(yīng)將標(biāo)定模版水平放置于工作平面 ，如圖 所示。 （ a）連續(xù)檢測(cè)流程圖 （ b）連續(xù)檢測(cè)程序 圖 連續(xù)檢測(cè) （ a）特征匹配結(jié)果 （ b）相對(duì)坐標(biāo)系建立結(jié)果 圖 連續(xù)檢測(cè) 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 零件長(zhǎng)度 計(jì)量方式 由于本文介紹的是零件長(zhǎng)度檢測(cè)方法，并且以美工刀片為例，測(cè)量刀片刀刃之間的距離，因此可以看作是測(cè)量?jī)蓷l直線間的距離問(wèn)題。要用此函數(shù)測(cè)量要根據(jù)自己的實(shí)際情況合理設(shè)置各個(gè)參數(shù)，才能達(dá)到理想效果其結(jié)果如圖。 當(dāng)對(duì)同一測(cè)量值進(jìn)行多次等精度的重復(fù)測(cè)量時(shí)，得到一系列不同的測(cè)量值（常稱(chēng)作測(cè)量列），每個(gè)測(cè)量值都含有誤差，本文由于燈光使用的為交流電，一直在閃爍，而且相機(jī)的分辨率由軟件插值而來(lái)。因此在設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)必須要求有一定的抗干擾能力。 圖 三點(diǎn)測(cè)量函數(shù) 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 圖 三點(diǎn)測(cè)量結(jié)果 方式二 —— 測(cè)點(diǎn)到點(diǎn)的距離 像這種距離，也可以使用夾鉗、最大夾鉗函數(shù)，這兩個(gè)函數(shù)測(cè)量的原理是在測(cè) 量區(qū)域有很多測(cè)量線，每條線找到圖像的邊緣，確定兩點(diǎn)測(cè)得其距離，再把測(cè)得的數(shù)值求出平均值作為測(cè)量結(jié)果。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 零件圖像特征的匹配方法 要實(shí)現(xiàn)連續(xù)高效的測(cè)量，本文提出進(jìn)行兩次特征匹配，第一次為檢測(cè)零件是否全部進(jìn)入相機(jī)的視野范圍，若沒(méi)進(jìn)入或者未完全進(jìn)入視野，則一直循環(huán)檢測(cè)特征 ，若檢測(cè)到特征，則進(jìn)入下一次特征檢測(cè)，此次特征檢測(cè)已知零件進(jìn)入視野，所以選取零件的一部分為檢測(cè)模板，在此模板的基礎(chǔ)上建立相對(duì)坐標(biāo)系，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量范圍的精確匹配。 所以 必須對(duì) 采集的零件圖像 進(jìn)行標(biāo)定以消除 畸變 誤差。 平滑概述 在統(tǒng)計(jì)學(xué)和圖像處理中，通過(guò)建立近似函數(shù)嘗試抓住數(shù)據(jù)中的主要模式，去除噪音、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)或瞬時(shí)現(xiàn)象，來(lái)平滑一個(gè)數(shù)據(jù)集。 圖 釋放 USB 攝像頭 VI 釋放 USB 攝像頭資源，為下一次采集做準(zhǔn)備。經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，該方案是切實(shí)可行的，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求，達(dá)到預(yù)期效果。 圖 本設(shè)計(jì)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng) 光源 被測(cè)物體 相機(jī) PC 機(jī) 運(yùn)動(dòng)控制 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 首先采用背照式光源將被測(cè)物體的特征突出，同時(shí)也是減少環(huán)境中雜光對(duì)系統(tǒng)的影響，通過(guò)運(yùn)動(dòng)與控制裝置將被測(cè)物體調(diào)整好姿態(tài)送入相機(jī)視野內(nèi)，是物體相對(duì)靜止，便于后續(xù)測(cè)量，然后攝像機(jī)將采集到的圖像傳到 PC 機(jī)中經(jīng)行測(cè)量。 圖像采集卡的技術(shù)參數(shù)主要有以下幾個(gè)： （ 1）圖像傳輸格式：圖像采集卡需要支持系統(tǒng)中相機(jī)所采用的輸出信號(hào)格式。 （ 3）分辨率：分辨率描述的是光學(xué)系統(tǒng)能夠分辨的最小物體的距離一般用成對(duì)的黑白相叫線來(lái)標(biāo)定鏡頭的分辨率，即：每毫米多少線對(duì) (1plmm)。 這些像素的電壓被以灰度值的形式輸出，所有像素放在一起就形成了圖 像， 發(fā)送給計(jì)算機(jī)。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 2 章 基于圖像的 零件長(zhǎng)度 檢測(cè)系統(tǒng)總體 設(shè)計(jì) 零件長(zhǎng) 度 檢測(cè)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)要求 在現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)量零件的尺寸，要求測(cè)量系統(tǒng)必須要具備高速、高精度、穩(wěn)定、安全、可移植等特點(diǎn)，應(yīng)能滿足現(xiàn)代工業(yè)快速測(cè)量需求。 基于虛擬儀器的視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)融合了最新的傳感器、電子測(cè)量和計(jì)算機(jī)等技術(shù)，使得視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備具有前所未有的速度、靈活性、測(cè)量精度和資源的可重用性。 3 微米。隨著圖像測(cè)量技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)各領(lǐng)域的應(yīng)用，運(yùn)用圖像處理技術(shù)對(duì)機(jī)械零件尺寸進(jìn)行檢測(cè)，是機(jī)械工業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)檢測(cè)的發(fā)展的必然趨勢(shì)之一。傳統(tǒng)的機(jī)械零件尺寸檢測(cè)工具主要有游標(biāo)卡尺、量規(guī)、萬(wàn)能工具顯微鏡、輪廓儀等?；趫D像處理的檢測(cè)技術(shù)以其快速、精確、柔性高等特點(diǎn)在國(guó)外得到了深入研究和廣泛應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)也越來(lái)越受到重視。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）授權(quán)使用說(shuō)明 本論文（設(shè)計(jì)）作者完全了解 **學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保留論文（設(shè)計(jì)）并向相關(guān)部門(mén)送交論文（設(shè)計(jì)）的電子版和紙質(zhì)版。 (3)利用 LabVIEW 視覺(jué)工具實(shí)現(xiàn)大部分功能，在生成 LabVIEW 初始代碼，再在其基礎(chǔ) 上完成系統(tǒng)各項(xiàng)功能。特別是在機(jī)械零件幾何形狀和尺寸檢測(cè)中，對(duì)于微小機(jī)械的尺寸、大型機(jī)械的尺寸、復(fù)雜機(jī)械的結(jié)構(gòu)尺寸和異型機(jī)械曲面的尺寸檢測(cè)中具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，具體如下： (1)隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，微小機(jī)械的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)于微小機(jī)械尺寸測(cè)量的要求也越來(lái) 越多。圖 像處理技術(shù)應(yīng)用于尺寸測(cè)量工程中時(shí)，從視覺(jué)系統(tǒng)的硬件 (光源、圖像傳感器等 )的選用到軟件算法的設(shè)計(jì)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)對(duì)最終的性能產(chǎn)生影響。它可通同時(shí)建立中英文界面的虛擬儀器面板，完成對(duì)儀器的控制、數(shù)據(jù)分析和顯示，它深刻的改變了傳統(tǒng)儀器的使用方式，使儀器的使用功能和使用效率明顯提高，大幅度降低了儀器的價(jià)格，使用戶可以根據(jù)自己需要定義儀器的新功能。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 論文的主要內(nèi)容 本文在查閱大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)基于虛擬儀器和 圖像處理 技術(shù)的零件 長(zhǎng)度測(cè)量 系統(tǒng)。 本文通過(guò)對(duì)一系列硬件資料 的分析總結(jié)后，根據(jù) 各個(gè) 硬件的參數(shù)及其選用原則選擇了一套適合本文研究需要 的硬件，其功能以及達(dá)到測(cè)量需要，包括相機(jī)、光源、鏡頭、圖像采集卡， 并使用 這 些硬件搭建了機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng) 。 相機(jī)的選擇要 根據(jù)系統(tǒng)的要求綜合考慮鏡頭和圖像采集卡的情況來(lái)選擇相機(jī)的參數(shù)。有效孔徑越大，能收集到和通過(guò)的光線越多，而焦距越短，這些光線能到達(dá)像面的可能性越大。 （ 4）采樣頻率：反映采集卡處理圖像的速度和能力的參數(shù)。 NI 的 IMAQ Vision 軟件包 為圖像處理提供了完整的功能。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 枚舉 USB 攝像頭 VI 通過(guò)枚舉獲得當(dāng)前計(jì)算機(jī)中可用的 USB 攝像頭，從而選擇要調(diào)用的攝像頭。 LabVIEW 實(shí)現(xiàn)灰度圖像轉(zhuǎn)化依靠抽取顏色平面函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體操作步驟如 圖 ?？梢匀コS多噪聲，邊緣變得更平滑。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 載入標(biāo)定圖像 （ 2） 采用 RGB、 HSL 等的 一種方法 ，通過(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)來(lái)對(duì)圖像進(jìn)行閾值分割，使黑色圓點(diǎn)從背景中顯現(xiàn)出來(lái)。因此首先要檢測(cè)刀片的邊緣是一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。 圖 夾鉗函數(shù)測(cè)量結(jié)果 零件長(zhǎng)度檢測(cè)方式選擇 用 點(diǎn)到直線的距離， 測(cè)量步驟較多，用時(shí)比較長(zhǎng)，但是優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定可靠，使用夾鉗函數(shù)一步測(cè)得結(jié)果，步驟簡(jiǎn)單但是 對(duì)于毛刺干擾很敏感，如果邊緣有毛刺，則會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成很大的影響 ，適用于零件邊緣光滑無(wú)毛刺，要求測(cè)量速度較高的場(chǎng)合。所以本文測(cè)得的數(shù)據(jù)包含隨機(jī)誤差。無(wú)振動(dòng)干擾的環(huán)境僅僅是理想中的環(huán)境，振動(dòng)對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)影響是不可避免的，只能盡量減小可避免的外界振。再在上面的邊上取兩點(diǎn)，重復(fù)上面的操作，如圖 、 。 采用 LabVIEW 的視覺(jué)工具 的標(biāo)定方法可以 十分有效地 消除圖像中線性 、 非線性的畸變， 不但使用方便、 測(cè)量精度高， 而 且能夠與 LabVIEW 機(jī)器視覺(jué)組件的圖像處理 、 圖像測(cè)量功能形成完美的結(jié)合 ， 是傳統(tǒng)方法無(wú)法相比的 ， 在實(shí)際應(yīng)用中很有實(shí)用價(jià)值 。 （ a）原圖 （ b） 7*7 卷積運(yùn)算 圖 卷積運(yùn)算后的圖像 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 零件 圖像標(biāo)定和矯正方法 利用圖像測(cè)量技術(shù)測(cè)量物體幾何尺寸時(shí)，由于光學(xué)鏡頭固有的缺陷，會(huì)使采集的圖像存在非線性的幾何畸變 ， 對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生很大的影響。也是圖像預(yù)處理的最 關(guān)鍵的步驟之一。 （ 6） 調(diào)用 IMAQ USB ，釋放占有的 USB 攝像頭，如圖 。 本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案為如圖 所示： 圖 軟件設(shè)計(jì)方案 本章小結(jié) 本章給出了 零件長(zhǎng)度 檢測(cè)系統(tǒng)的 總體方案設(shè)計(jì)，分別介紹了圖像采集的硬件總體方案設(shè)計(jì)，圖像采集流程，以及軟件編寫(xiě)流程和系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)。 零件圖像采集流程 本系統(tǒng)采用一個(gè)由交流電驅(qū)動(dòng)的背照式光源作為載物臺(tái)以及光源，由一個(gè) USB 攝像頭作為采集裝置采集零件圖像，方便后續(xù)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證系統(tǒng)性能及可靠性，采集流程如圖 。一些圖像采集卡還提供數(shù)字I／ O 的功能。 （ 2）工作距離：工作距離就是物距，即：物體到鏡頭的距離。像素把光線的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電壓輸出。利用本文的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量，對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析。圖像處理檢測(cè)則可以高速、可靠和不間斷地對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行準(zhǔn)確的檢 測(cè)，所以能取代以往費(fèi)時(shí)費(fèi)神但又無(wú)法保證檢測(cè)質(zhì)量的人工檢測(cè)方法。 文獻(xiàn) ?8?研究的圖像處理在線測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的范圍是從十幾絲到 30 毫米工件的外輪廓，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察，在同一狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量同一工件誤差只有177。應(yīng)用圖像處理技術(shù)對(duì)異型曲面進(jìn)行檢測(cè)，通常是將一定類(lèi)型的結(jié)構(gòu)光 (光點(diǎn)、光條或光面 )投射到被測(cè)的異型曲面上，通過(guò)拍攝結(jié)構(gòu)光的圖像，分析結(jié)構(gòu)光在圖像中的位置從而得到異型曲面的輪廓信息 ?4?，從而求出異型曲面的待測(cè)參數(shù)。機(jī)械零件尺寸的檢測(cè)主要包括：機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)尺寸以及機(jī)械零件的位置公差等。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，傳統(tǒng)的檢測(cè)手段已不能完全滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)對(duì)機(jī)械零件測(cè)量精度和速度的高要求。有權(quán)將論文（設(shè)計(jì)）用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)入學(xué)校圖書(shū)館被查閱。如增加測(cè)數(shù)據(jù)的處理及保存到 Access 數(shù)據(jù)庫(kù)功能。圖像測(cè)量技術(shù)具有非接觸、動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍大的特點(diǎn)，對(duì)于微小機(jī)械零件的測(cè)量 (例如毫米級(jí)的