角度的图像测量法

　　1　引　言

　　角度是机械、仪器仪表和电子产品制造业中的重要几何参数之一,具有角度要素的机械加工零件和部件经常见到,如凸轮、花键、滚刀等。角度的精确与否直接影响着产品的质量与寿命,因而角度测量在几何量测量中占有重要地位。角度测量的方法一般有机械式和光学测角技术两种。机械式方法是用接触式测量方法进行测量,对一些易碎、易爆以及大型尺寸的工件,这种方法测量起来非常不便;光学测角技术中的激光干涉法测量精度虽高,但激光相位容易受环境因素(如空气扰动)的影响,光栅测量法结构复杂,适应性差。

　　基于计算机视觉的图像测量技术是近年来在测量领域中形成的新的测量技术。它以光学为基础,融光电子学、计算机技术、激光技术、图像处理技术等现代科学技术为一体,组成光、机、电、计算机的综合测量系统。图像测量方法具有非接触、高速度、动态范围大、信息量丰富等诸多优点[1]。本文探讨了利用图像测量法进行角度测量的一种新的测量方法,它除具有图像测量法的全部优点外,还具有实用性强和精度高的特点。

　　2　测量原理

　　角度的图像测量法的测量原理为:首先使用CCD图像传感器对被测物体进行图像采集,采集后的图像经数字化传入计算机以进行图像处理和角度测量。其中图像处理过程主要包括LOG边缘检测和细化,目的是希望得到一幅边缘线幅宽度为一个像素的轮廓图像。角度测量采用经常用于直线边缘检测的霍夫变换,通过确定工件图像边缘线条在参数空间中的极角差,从而获得被测物体的角度。

　　3　图像处理

　　3.1　边缘检测

　　边缘检测有很多算法,如:梯度算子、Canny算子、Laplacian算子以及LOG边缘检测算子等。本文利用LOG边缘检测算子进行边缘检测,其基本思想是:首先在一定范围内作平滑滤波以消除噪声干扰,然后检测发生在相应尺度上的边缘。通过一组滤波,可以分别检出发生在小范围内的灰度变化和大范围内的模糊边缘。滤波器选择为高斯滤波器,其二维分布为:

　　用LOG算子对图像进行卷积,然后进行零交叉点提取就可得到边缘[2]。作者经过大量实践发现,LOG算子进行边缘检测可较好地去除噪声,同时能够尽可能地保留边缘信息。

　　3.2　细化

　　细化也被称为骨架化,是提取线宽为1的中心线的操作,是广泛应用于图像处理与模式识别的一个重要的图像预处理过程。例如在文字识别、地质构造识别、工业零件形状识别或理解中,先要对被处理的图像做细化处理,这样有助于突出形状特点并减少冗余的信息量。

　　被测物体图像经过LOG边缘检测后所获得的轮廓图像的边缘的宽度一般不一定恰好为一个像素,此时若进行下一步的角度测量则会增加测量难度,甚至有时会出现错误的测量结果,故在进行角度测量前须进行细化处理。