基于圖像處理的型坯直徑非接觸測(cè)量方法研究

　　本文采用正面散射光照明方式。散射光照射物體正面，光線比較柔和，沒(méi)有方向性，對(duì)型坯表面能減少?gòu)?qiáng)光，光源的安裝易于實(shí)現(xiàn)；但是部分邊緣可能產(chǎn)生模糊。光源和攝像機(jī)的安裝位置如圖2所示，攝像機(jī)安裝于左右光源的中間，能夠拍攝到的型坯長(zhǎng)度大約為250ram。

　　相應(yīng)硬件設(shè)備的選擇設(shè)計(jì)如下：

　　1)光源：采用日光燈做為光源，得到的效果較為滿意。如果要獲得更好的效果，可采用LED平面光源，但是將加大運(yùn)行成本。

　　2)光學(xué)鏡頭：采用6倍變焦鏡頭。其技術(shù)指標(biāo)為：視角是31．3～5．5。、焦距是8．5～51mm、光圈是F1．2～16C。

　　3)CCD 攝像機(jī)：采用臺(tái)灣Mintron的MS-2821C黑白工業(yè)攝像機(jī)。分辨率是795(H)×596(v)，CCD尺寸為l/2英寸，最小照度為 0．02Lux/ F1．2。在型坯輪廓圖像的處理中，拍攝的型坯長(zhǎng)度約為250mm，最長(zhǎng)直徑約為45mm。由于CCD攝像機(jī)的水平像素為795，可得 250mm/795≈0．31447mm/像素，所以長(zhǎng)度為45mm的直徑大約用143個(gè)像素來(lái)表示。假如有一個(gè)像素的測(cè)量誤差，直徑的誤差將為1 /143≈0．7％?？梢?jiàn)，圖像分辨率是制約檢測(cè)精度的關(guān)鍵因素，選擇高分辨率的圖像采集設(shè)備則是提高測(cè)量精度的有效途徑。

　　4)圖像采集卡：采用基于PCI總線的OK系列圖像采集卡，OK系列圖像采集卡由于采用了高精度Gen Lock技術(shù)和線性箝位技術(shù)，所采集的圖像點(diǎn)陣位置精度高，A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字視頻信號(hào)誤差小，采樣點(diǎn)的抖動(dòng)不大于3ns，高檔卡可達(dá)ins，傳輸速度最高可達(dá)132MHz。由于采用了匹配式的高速傳輸方式，加上完善的軟硬件中斷處理，在向內(nèi)存采集圖像的同時(shí)，CPU可以獨(dú)立做其它圖像處理工作，這種圖像采集與CPU圖像處理的分享總線技術(shù)為并行圖像處理提供了技術(shù)基礎(chǔ)，使CPU獲得了大量的時(shí)間用于處理。

　　由于通過(guò)高速PCI總線可實(shí)現(xiàn)直接采集圖像到VGA顯存或主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存，而不必像傳統(tǒng)AT總線的采集卡必須自帶幀存。這不僅可以使圖像直接采集到VGA，實(shí)現(xiàn)單屏工作方式，而且可以利用PC機(jī)內(nèi)存的可擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)所需數(shù)量的序列圖像逐幀連續(xù)采集，進(jìn)行序列圖像處理分析。此外，由于圖像可直接采集到主機(jī)內(nèi)存，圖像處理可直接在內(nèi)存中進(jìn)行，因此圖像處理的速度隨CPU速度的不斷提高而得到提高，因而使得對(duì)主機(jī)內(nèi)存的圖像進(jìn)行并行實(shí)時(shí)處理成為可能。

　　本文所采用的圖像采集卡是OK-C80M。它是基于PCI總線，多路復(fù)合視頻輸入的實(shí)時(shí)采集卡。OK-C80M是可32位彩色格式采集和8位黑白格式采集的彩色黑白兩用采集卡，且Metoer兼容。 OK-C80M適用于圖像處理、工業(yè)監(jiān)控和多媒體的壓縮、處理等研究開(kāi)發(fā)和工程應(yīng)用領(lǐng)域。

　3 型坯直徑測(cè)量的實(shí)現(xiàn)

　　3．1 圖像采集與處理

　　1)安裝圖像檢測(cè)設(shè)備。調(diào)整CCD攝像機(jī)與型坯之間的距離；保證CCD攝像機(jī)位于水平位置上，使得CCD芯片垂直方向上的列像素與型坯軸線共面，這樣可以減少計(jì)算型坯外徑像素?cái)?shù)的誤差。

　　2)圖像的采集。攝像機(jī)輸出的模擬視頻信號(hào)連接到計(jì)算機(jī)PCI插槽上的圖像采集卡，設(shè)置圖像采集卡參數(shù)，用軟件拍攝型坯圖像，并存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)內(nèi)存或硬盤里面，作為下一步的圖像處理使用。

　　3)圖像預(yù)處理。對(duì)采集到的型坯圖像進(jìn)行平滑處理，盡可能消除噪聲的干擾，改善圖像質(zhì)量，減少噪聲對(duì)測(cè)量精度的影響。

　　4)邊緣提取和圖像分割。對(duì)平滑后的圖像運(yùn)用邊緣檢測(cè)算子或灰度閾值分割法提取型坯外輪廓的邊緣圖像。

　　5)邊緣曲線的跟蹤和連接。由邊緣提取所得到邊緣圖像含有干擾小線段，為了檢測(cè)出有用的目標(biāo)邊緣曲線，需對(duì)型坯邊緣曲線進(jìn)行跟蹤和連接，
去除干擾小線段。

　　6) 型坯直徑的檢測(cè)。對(duì)最終得到的型坯外輪廓邊緣圖像自下向上行掃描，得到型坯左邊緣點(diǎn)坐標(biāo)為，右邊緣點(diǎn)坐標(biāo)為，則通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算可以得到型坯直徑分布。