专利名称：基于图像处理的制动间隙宽度测量方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制动间隙宽度測量方法和设备，属于宽度计量领域。
背景技术：
制动器是保障汽车行驶安全性的ー个重要部件，而制动间隙的数值是影响汽车制动器制动性能的关键因素。在汽车装配和维修过程中，需要对制动间隙进行精确测量。目 前，对制动间隙的測量方法主要有两类，一类是采用測量制动鼓内径和制动蹄外径，然后取两者差值的方法实现，这种方法操作麻烦；另ー类是利用基于传感器的测距仪进行测量，测距仪的造价较高。因此，市场上迫切需要能够方便、准确地测量制动间隙的设备和方法。

发明内容
为了满足汽车装配和维修市场的需求，改进制动间隙宽度测量方式，将人工手动測量转变为计算机自动测量，使操作更加简单方便，同时提高測量精度，本发明提供ー种基于图像处理的制动间隙宽度测量方法和设备。采用本发明的方法，利用光源、相机并辅之以简单的计算就可完成測量，具有操作简单、灵活和成本较低的优点。本发明采用的技术方案如下一种基于图像处理的制动间隙宽度测量方法，该方法在制动间隙的ー侧放置光源，在另ー侧拍摄缝隙图像，通过对缝隙图像进行图像处理，得到制动间隙宽度值，包括如下步骤( I)相机定标取标准尺寸的样本，用相机对其拍摄，记录不同拍摄距离下，每单位宽度的物体在所成图像中的像素宽度值，做成查询表；(2)缝隙图像采集用已定标的相机对准制动间隙并贴紧，拍摄另ー侧光源发出的光线透过制动间隙后形成的缝隙图像；(3)缝隙检测对步骤(2)中得到的缝隙图像，通过边缘检测、霍夫变换、直线矫正算法检测出缝隙的位置，并得到缝隙在图像中的像素宽度值，単位是像素；(4)制动间隙物理宽度计算根据实际拍摄距离和步骤(I)中形成的查询表，得到该拍摄距离下每单位宽度的物体在所成图像中的像素宽度值dp，假设步骤(3)中得到的缝隙在图像中的像素宽度值为A dp，则制动间隙的物理宽度为Ad= A dp/dp。优选地，步骤(I)中记录的不同拍摄距离，按照常规エ件的可选尺寸确定。 优选地，步骤(I)中所述的每单位宽度取十分之一毫米，这个精度可基本满足测量要求。优选地，步骤(2)中，相机光轴、制动间隙纵深方向和光源发出的光线三者是平行的，这样得到的拍摄效果最好。优选地，所述光源采用平行光源，光源宽度应大于缝隙宽度，且有一定的光强，保证相机能够拍摄到缝隙图像。优选地，一次測量中进行多次拍摄，得到缝隙在图像中的多个像素宽度值后取平均值，作为最終的像素宽度值，可进ー步提高测量精度。一种基于图像处理的制动间隙宽度测量设备，该设备包括光源、图像采集装置、计算装置和将各部件位置进行固定和调节的定位装置，其特征在于在制动间隙測量位置的ー侧安放光源，另ー侧安放图像采集装置，所述光源为平行光源，光源宽度大于缝隙宽度，且有一定的光強，以保证能够拍摄到缝隙图像为准，定位装置对光源、图像采集装置的位置进行调节和固定，使光源发出的光线平行穿过制动间隙，图像采集装置的镜头对准并贴紧制动间隙，且图像采集装置的光轴与制动间隙纵深方向平行；图像采集装置拍摄光线透过制动间隙后的缝隙图片，计算装置对缝隙图片进行处理，检测出缝隙的位置奥杰并得到缝隙在图片中的宽度，结合定标数据，得到制动间隙宽度值。
优选地，定标数据为不同拍摄距离下，每单位宽度的物体在所成图像中的像素宽度值，所述不同拍摄距离，按照常规エ件的可选尺寸确定。优选地，所述的每单位宽度取十分之一毫米。优选地，计算装置对于拍摄得到的缝隙图像，通过边缘检测、霍夫变换、直线矫正算法检测出缝隙的位置，并得到缝隙在图像中的像素值A dp，然后计算制动间隙的物理宽度为Ad= A dp/dp，其中dp为该拍摄距离下每单位宽度的物体在所成图像中的像素宽度值。


图I是说明本发明方法的各步骤及其之间相互关系的框图；图2是拍摄的制动间隙图像；
具体实施例方式本发明的制动间隙宽度测量技术先通过相机拍摄包含有缝隙的图像，然后采用图像处理技术检测出缝隙在图像中的像素宽度，结合定标数据可以得到缝隙的物理宽度。图I是本发明的实现框图，根据框图，本发明包括以下具体步骤步骤ー相机的定标。该步骤的目的是要得到一定拍摄距离下，每单位宽度在图像中的像素宽度。单位宽度根据测量精度需要选取，一般可选取十分之一毫米。在相机焦距、分辨率固定的情况下，一定物距下，物体的物理长度和像素长度是有对应关系的。实验中，选择定焦相机，对标准尺寸的样本拍摄图像，可得到每单位宽度在图像中的像素宽度。选择不同物距进行拍摄和记录，根据实验采集的样本图像，得到该相机的物距与每单位宽度在图像中的像素宽度的关系表，表的形式如下
物距(厘米)~每单位宽度在图像中 __的像素宽度(像素)
刚^^j^
_血__apn _拍摄时，相机镜头对准缝隙并贴紧エ件，因此物距等于缝隙远端到相机的距离，故定标时所选取的不同拍摄距离按照常规エ件的可选尺寸确定。也可采用其它方式进行相机定标，如在相机焦距、分辨率固定的情况下，一定物距下，对某物体进行拍摄，得到该物体在所成图像中的像素宽度，再測量该物体的实际宽度，两者相除即可得到每单位宽度在图像中的像素宽度。相机定标一般在实际测量之前预先进行，也可以在实际测量过程中进行，均不影响本发明的实施。步骤ニ 缝隙图像采集，该步骤的实现流程如下(I)从缝隙的ー侧放置一个合适的光源，调节光源的位置和光照大小，以达到最佳的拍摄效果；(2)使用相机，从缝隙的另ー侧拍摄缝隙图像，由于只有缝隙处能透光，其他地方都不能透光，因此该照片中在缝隙处明显变亮，而其他地方都是近乎黒色的(如图2)；(3)调节相机拍摄平面与缝隙平面的角度，尽量让相机光轴与缝隙纵深方向、光源 发出的光线三者平行，同时要调节相机镜头与缝隙的位置，要让相机的镜头正对缝隙中央，这样拍出的效果最好。所述光源最好采用平行光源，光源宽度应大于缝隙宽度，且有一定的光强，保证相机能够拍摄到缝隙图像。若拍摄效果不好，则可调整相机拍摄角度，得到效果好的图像后再进行后续处理，以进一歩提高测量精度。步骤三缝隙检測，该步骤的实现流程如下(I)对采集的缝隙图像进行修正，包括光照和色彩的修正，以保证缝隙的准确检測；(2)采用边缘检测算法对采集图像进行边缘检测，通过滤波除去一些噪声边缘和虚假边缘，得到边缘图像；(3)利用霍夫变换检测出步骤(2)得到的边缘图像中的直线，并取出其中两条最长的垂直的直线作为缝隙的边缘；(4)对缝隙进行水平方向上的修正，以保证缝隙的边缘在图像上尽量是竖直的，从而方便地定义出缝隙的宽度；(5)对缝隙进行垂直方向上的修正，以保证缝隙的边缘在图像上的形态即为缝隙实际中的形态，从而减少图像中缝隙的形变带来的误差；(6)通过计算修正后的两条直线之间的像素距离，得到缝隙的像素宽度。一次測量中进行多次拍摄，得到缝隙在图像中的多个像素宽度值后取平均值，作为最終的像素宽度值，可进ー步提高测量精度。步骤四缝隙物理宽度计算假设测得相机与制动间隙最远端的距离是d，那么根据相机定标数据可以得到该距离下，每单位宽度在图像中的像素宽度是dp，单位是像素。设步骤三中得到缝隙的像素宽度为A dp，那么检测的缝隙的物理宽度是Ad= A dp/dp。为实现上述測量方法，我们设计了专用设备，设备主要包括光源、图像采集装置、计算装置和将各部件位置进行固定和调节的定位装置。该设备中，在制动间隙測量位置的ー侧安放光源，另ー侧安放图像采集装置，所述光源为平行光源，光源宽度大于缝隙宽度，且有一定的光強，以保证能够拍摄到缝隙图像为准，定位装置对光源、图像采集装置的位置进行调节和固定，使光源发出的光线平行穿过制动间隙，图像采集装置的镜头对准并贴紧制动间隙，且图像采集装置的光轴与制动间隙纵深方向平行；图像采集装置拍摄光线透过制动间隙后的缝隙图片，计算装置对缝隙图片进行处理，检测出缝隙的位置并得到缝隙在 图片中的宽度，结合定标数据，得到制动间隙宽度值。
权利要求
1.一种基于图像处理的制动间隙宽度测量方法，该方法在制动间隙的一侧放置光源，在另一侧拍摄缝隙图像，通过对缝隙图像进行图像处理，得到制动间隙宽度值，包括如下步骤 (1)相机定标取标准尺寸的样本，用相机对其拍摄，记录不同拍摄距离下，每单位宽度的物体在所成图像中的像素宽度值，做成查询表； (2)缝隙图像采集用已定标的相机对准制动间隙并贴紧，拍摄另一侧光源发出的光线透过制动间隙后形成的缝隙图像； (3)缝隙检测对步骤(2)中得到的缝隙图像，通过边缘检测、霍夫变换、直线矫正算法检测出缝隙的位置，并得到缝隙在图像中的像素宽度值，单位是像素； (4)制动间隙物理宽度计算根据实际拍摄距离和步骤(I)中形成的查询表，得到该拍摄距离下每单位宽度的物体在所成图像中的像素宽度值dp，假设步骤(3)中得到的缝隙在 图像中的像素宽度值为Λ dp，则制动间隙的物理宽度为Ad= Λ dp/dp。
2.根据权利要求I所述的基于图像处理的制动间隙宽度测量方法，其特征在于步骤(O中记录的不同拍摄距离，按照常规工件的可选尺寸确定。
3.根据权利要求I所述的基于图像处理的制动间隙宽度测量方法，其特征在于步骤(O中所述的每单位宽度取十分之一毫米。
4.根据权利要求I所述的基于图像处理的制动间隙宽度测量方法，其特征在于步骤(2)中，相机光轴、制动间隙纵深方向和光源发出的光线三者是平行的。
5.根据权利要求I所述的基于图像处理的制动间隙宽度测量方法，其特征在于所述光源采用平行光源，光源宽度应大于缝隙宽度，且有一定的光强，保证相机能够拍摄到缝隙图像。
6.根据权利要求I所述的基于图像处理的制动间隙宽度测量方法，其特征在于一次测量中进行多次拍摄，得到缝隙在图像中的多个像素宽度值后取平均值，作为最终的像素宽度值。
7.一种基于图像处理的制动间隙宽度测量设备，该设备包括光源、图像采集装置、计算装置和将各部件位置进行固定和调节的定位装置，其特征在于在制动间隙测量位置的一侧安放光源，另一侧安放图像采集装置，所述光源为平行光源，光源宽度大于缝隙宽度，且有一定的光强，以保证能够拍摄到缝隙图像为准，定位装置对光源、图像采集装置的位置进行调节和固定，使光源发出的光线平行穿过制动间隙，图像采集装置的镜头对准并贴紧制动间隙，且图像采集装置的光轴与制动间隙纵深方向平行；图像采集装置拍摄光线透过制动间隙后的缝隙图片，计算装置对缝隙图片进行处理，检测出缝隙的位置奥杰并得到缝隙在图片中的宽度，结合定标数据，得到制动间隙宽度值。
8.根据权利要求7所述的基于图像处理的制动间隙宽度测量设备，其特征在于定标数据为不同拍摄距离下，每单位宽度的物体在所成图像中的像素宽度值，所述不同拍摄距离，按照常规工件的可选尺寸确定。
9.根据权利要求8所述的基于图像处理的制动间隙宽度测量设备，其特征在于所述的每单位宽度取十分之一毫米。
10.根据权利要求7、8或9所述的基于图像处理的制动间隙宽度测量设备，其特征在于计算装置对于拍摄得到的缝隙图像，通过边缘检测、霍夫变换、直线矫正算法检测出缝隙的位置，并得到缝隙在图像中的像素值Adp，然后计算制动间隙的物理宽度为Ad = Λ dp/dp，其中dp为该拍摄距离下每单位宽度的物体在所成图像中的像素宽度值。
全文摘要
本发明提供一种基于图像处理的制动间隙宽度测量方法和设备。该技术是在图像处理算法的基础上实现的。首先采集缝隙图片，通过在缝隙一侧放置光源使缝隙在图片中更容易检测，然后对采集的图片进行处理，得到缝隙在图片中的宽度，结合所选相机的定标信息，可以计算出缝隙的物理宽度。本发明能够解决刹车片缝隙难以测量的问题，测出的缝隙精确度比较高，能广泛应用于具有类似场景的缝隙测量系统中。
文档编号G01B11/14GK102853777SQ201210389660
公开日2013年1月2日 申请日期2012年10月15日 优先权日2012年10月15日
发明者孙建德, 李静, 王地长生 申请人:山东大学