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0 引言
在基于機(jī)器視覺(jué)的零件二維尺寸測(cè)量通常采用面陣CCD相機(jī)作為圖像采集設(shè)備，由于面陣CCD相機(jī)的像素分辨率較低。使得在測(cè)量精度要求較高的場(chǎng)合很難完成測(cè)量任務(wù)。線陣CCD器件具有空間分辨率高的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。近年來(lái)，利用線陣CCD進(jìn)行無(wú)接觸一維測(cè)量已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。本文提出采用線陣CCD相機(jī)對(duì)零件進(jìn)行平行掃描采集零件圖像，實(shí)現(xiàn)零件二維尺寸的高精度測(cè)量。
1 線陣CCD掃描測(cè)量原理
線陣CCD掃描測(cè)量系統(tǒng)主要由線陣CCD相機(jī)、運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)、控制電路及線光源等組成，掃描測(cè)量原理如圖1所示。
被測(cè)零件放置于運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)上，隨工作臺(tái)一起以速度v向右方行進(jìn)，零件未進(jìn)入相機(jī)視場(chǎng)AB時(shí)，線光源所發(fā)射光線直接通過(guò)光學(xué)成像系統(tǒng)成為一幀灰度值較高的背景圖像，當(dāng)零件進(jìn)入相機(jī)視場(chǎng)時(shí)，零件遮擋光線使得采集圖像含有零件輪廓信息，將所有輸出圖像按采集的先后關(guān)系進(jìn)行拼接，即可得到完整的高分辨率零件圖像，通過(guò)圖像處理得到零件的二維幾何尺寸。
2 掃描同步控制
掃描同步控制是線陣CCD掃描測(cè)量零件二維幾何尺寸的關(guān)鍵技術(shù)，也是影響系統(tǒng)測(cè)量精度的最主要因素。所謂掃描同步是指：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)線陣CCD相機(jī)所采集圖像總和對(duì)應(yīng)的物方實(shí)際尺寸與零件的行進(jìn)速度相同。當(dāng)掃描同步時(shí)，獲取的零件圖像與實(shí)際零件相比沒(méi)有發(fā)生變形，如圖2(a)所示，對(duì)其進(jìn)行處理的結(jié)果最接近零件尺寸的真實(shí)值；當(dāng)相機(jī)采集速度大于零件行進(jìn)速度時(shí)，零件圖像被拉長(zhǎng)，如圖2(b)所示，對(duì)其進(jìn)行處理的結(jié)果將大于零件尺寸的真實(shí)值；當(dāng)相機(jī)采集速度小于零件行進(jìn)速度時(shí)，零件圖像被壓縮，如圖2(c)所示。對(duì)其進(jìn)行處理的結(jié)果小于零件尺寸的真實(shí)值。
為保證對(duì)零件尺寸測(cè)量的準(zhǔn)確性，需要進(jìn)行同步控制。線陣CCD的像素尺寸S為14μm×14 μm，線掃描速度vx為500幀／秒，鏡頭焦距f為50 mm，鏡頭到零件的距離D為150 mm，則CCD像素所對(duì)應(yīng)的物方尺寸L為：
則單位時(shí)間內(nèi)線陣CCD相機(jī)所采集圖像總和對(duì)應(yīng)的物方實(shí)際尺寸(即CCD相機(jī)掃描圖像速度v)為：
在這種情況下，要實(shí)現(xiàn)零件掃描同步則要求零件的行進(jìn)速度為21 mm／s。
3 圖像處理算法
通過(guò)以上分析，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的行進(jìn)速度進(jìn)行嚴(yán)格控制，使之與CCD相機(jī)的掃描速度達(dá)到很好的同步效果，實(shí)際采集零件圖像如圖3所示。
3．1 圖像邊緣提取
由于需布置光源，而光源隨時(shí)間會(huì)有所衰減。所以對(duì)圖像采用邊緣檢測(cè)的算法，以減小光源亮度變化對(duì)圖像檢測(cè)的影響。要得到圖像的輪廓尺寸，邊緣檢測(cè)是測(cè)量的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。由于圖像往往含有噪聲。而邊緣和噪聲在空間域都表現(xiàn)為灰度有較大的起落，給邊緣提取帶來(lái)困難。通過(guò)仿真比較，最終采用了3*3的平滑算子和抗噪能力較強(qiáng)的sobel檢測(cè)算子，它對(duì)灰度漸變和噪聲較多的圖像處理效果較好，對(duì)邊緣定位比較準(zhǔn)確，能夠滿足我們對(duì)圖像測(cè)量的需要。由sobel算子提取被測(cè)零件的圖像邊緣如圖4(a)所示，圖像邊緣是一條細(xì)環(huán)，由于圖像太大，顯示圖為33％的縮略圖，看起來(lái)間斷的地方很多，其實(shí)是連續(xù)的，大部分邊是單像素寬，左下角部分400％的顯示圖如圖4(b)所示。
