《電子技術應用》
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小型连接件尺寸高精度测量研究
来源:电子技术应用2012年第9期
俞 甫, 钟绍俊, 谢 敏, 孙 坚
中国计量学院 机电工程学院,浙江 杭州 310018
摘要: 提出了一种非接触式的机器视觉尺寸测量方案。首先使用摄像机标定矫正畸变效应,获得摄像机内参数,随后采用双线定位法确定针脚位置,利用基于Zernike矩的亚像素边缘检测算法实现边缘检测和针宽测量。实验分析了该方法在小型连接件尺寸高精度检测中的效果。
中圖分類號: TP391
文獻標識碼: A
文章編號: 0258-7998(2012)09-0144-03
Research of high-precision measurement of small connector
Yu Fu, Zhong Shaojun, Xie Min, Sun Jian
College of Mechanical and Electrical Engineering, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
Abstract: A noncontact dimension measurement project is proposed based on machine vision. Firstly,camera calibration is used to correct the distortion effect and get more parameters about the camera, then using two lines to find the pin’s position, after that, Zernike moments sub-pixel edge detection algorithm is used to realize the edge detection of the image. Finely, the result of the method in small connector is analyzed.
Key words : camera calibration; two lines; Zernike moments; sub-pixel edge detection

    小型連接件廣泛應用于電子拔插設備中,其尺寸是否合格直接影響電子產品的使用壽命。機器視覺是一種基于圖像處理技術的非接觸式測量技術,檢測結果精確、可靠。在尺寸檢測中,一般采用短焦距定焦光學鏡頭,因此不可避免地將引入非線性畸變。另外,機器視覺圖像處理的結果通常為像素個數,實際應用中需要得到像素與實際尺寸之間的關系,才能換算出實際尺寸,所以需要進行攝像機標定得到畸變參數和像素當量[1-2]。

    亞像素檢測方法目前已被廣泛應用于高精度測量中,亞像素表示圖像中每個像素將會被分為更小單元,達到更高精度。傳統的邊緣檢測算子,如Sobel算子、Canny算子等對圖像邊緣的定位只能達到像素級,Zernike矩方法是亞像素邊緣檢測算子中應用最廣泛的方法[3],其定位精度和運行時間均優于其他的空間算子。
    本文首先對攝像機進行標定,采用雙線定位法找到針腳位置,最后利用基于Zernike矩的亞像素邊緣檢測算法找到針緣邊位置,計算針寬。實驗結果表明,該方法檢測精度高、效果好。
1 攝像機標定
1.1 畸變參數

     實際攝像機的透鏡總是在成像儀的邊緣位置產生顯著的畸變,畸變主要分為徑向畸變和切向畸變兩種。徑向畸變來自于透鏡形狀的設計,而切向畸變來自于整個攝像機的組裝過程中[4]。針對徑向畸變,成像儀中心的畸變為0,隨著向邊緣移動,畸變越來越重,成像儀某點的徑向位置可按下式進行調節:


 

 

    其中,xi為左側邊緣點橫坐標,xi′為xi同縱坐標下右側邊緣點橫坐標。
    根據標定圖像可得每33.6個像素對應實際距離為0.2cm,計算結果見表1。

    通過實驗分析和比較結果表明,通過攝像機標定可以有效地消除攝像頭畸變,為后續尺寸測量精度提供保障,而且基于Zernike矩的亞像素邊緣檢測方法不僅提高了邊緣檢測的精度,同時也縮小了尺寸檢測中的誤差。
參考文獻
[1] 李文濤.基于兩步法的攝像機標定[J].控制工程,2011,9(18):48-51.
[2] 高俊釵,雷志勇,王澤民.高精度測量的相機標定[J].電光與控制,2011,18(2):93-96.
[3] 韓麗燕,陳方林.一種Zernike矩亞像素邊緣檢測的優化算法[J].電子測試,2010,6(6):1-5.
[4] 李明金,熊顯名,張紹兵.一種基于Opencv的攝像機標定新方法[J].激光與光電子學進展,2009(12):99-102.
[5] 馬艷娥,高磊,呂晶晶.基于改進的Canny算子和Zernike矩的亞像素邊緣檢測方法[J].電子測試,2011,7(7):20-23.
[6] PAPAKOSTAS G A, BOUTALIS Y S. Numerical error analysis in Zernike moments computation[J]. Image of Computer Vision, 2006,24(9):960-969.

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