专利名称：微小物体表面积周长并行精密测量系统的制作方法
技术领域：
机器视觉中的图像测量技术是近20年来在测量领域形成的新型测量技术，它把图像作为检测和传递信息的手段或载体加以利用，完成对几何量尺寸测量、生物制品检测、 航空遥感测量等多种测量任务。这种技术能够适应许多新的生产制造工艺的测量要求，例如对易变形零件尺寸、微小尺寸、曲面轮廓及零件孔距的测量。本专利针对几何量测量领域中的面积/周长测量问题，开发出一种微小物体的面积/周长并行高效的测量系统。
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背景技术：
在图像测量领域中，图像目标的像素面积(指图像目标所包含的像素个数)测量是一大难题，它可以分成2类即具有规则几何形状的目标和任意不规则形状的目标像素面积计算问题。对于前者，一般采用从目标重心到轮廓点的积分法或者通过角点/顶点的检测并且应用面积公式计算。对于后者，采用对曲线包围的内部像素计数来求解，一般采用下面的公式
Ληβχ /、A= Y\x Jmm-Xjmia)(1)
7—少 min在上式中，Xjmax为目标边界上对应于y坐标值为j的χ坐标最大值；^^为目标边界上对应于y坐标值为j的χ坐标最小值。关于图像目标的像素周长测量问题，经典方法分为两大类，第一类方法是应用曲线轮廓重建算法进行最小误差的边界重建，然后分别计算每个曲线段的长度并且求和。第二类方法是应用链码方法进行长度计算，然后利用角点信息加以边缘的平滑修正。总结上述图像目标的面积/周长测量方法，可以发现它们只能测量单个物体目标，如果图像中存在多个目标，那么需要进行多次重复测量导致了较低的测量效率。
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发明内容
本专利将短程线主动轮廓线应用于不规则形状的图像多目标面积/周长测量问题中，开发出一种快速精确测量方法，并且将这种方法应用于二维图像测量机，实现了多个微小物体表面积/周长的快速准确测量。这样，扩展二维图像测量机的测量功能，解决了其无法快速精确测量微小物体表面积/周长的限制。此外，使用了一种新颖的形心自标定技术，它不需要任何标准试件就能够准确完成像素尺寸当量的标定。
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图1 二维图像测量机总体结构图，1.光学标尺.2.纵向读数(XD.3.横向读数 (XD. 4.瞄准(XD. 5.被测物6.工作台.7.导轨.8.测量角锥棱镜9.分光镜与参考镜.10. 双频激光器。图2图像式自动调焦瞄准系统结构简图1.光源.2.孔径光阑.3.工作台.4.调焦.装置5.瞄准CXD 6.被测物。
图3飞机多目标收敛a初始化主动轮廓线b收敛200次结果c收敛850次结果图4亚像素面积计算
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具体实施例方式5. 1 二维图像测量机二维图像测量机主要由图像式位移测量系统，图像式自动调焦瞄准系统及相应的机械结构组成，基本结构如图1所示。它的基本工作原理为使用两个CCD摄像机分别拾取纵横向光学标尺的位置信息，并利用图像卡和计算机相连，通过图像处理技术确定两个方向的坐标值。瞄准系统采用一个CCD摄像机接收经光学系统成像的被测件轮廓，也是通过图像卡和计算机相连。这样，一方面可以通过图像处理技术提取工件的离焦信息，利用步进电机和一定的传动机构驱动光学系统及摄像机上下移动，实现了瞄准系统的自动调焦；另一方面，有关工件轮廓的位置信息也送入了计算机，再通过一定的算法就可以确定被瞄准轮廓的位置，综合位移测量结果及瞄准结果可以得到被测尺寸或坐标。在二维图像测量机中，瞄准系统采用CXD摄像机代替人眼进行瞄准，具体做法是在主显微镜系统的像面处，安置一个CCD摄像机，使其感光面垂直于光轴。这样物体轮廓就成像在CXD感光面上，再利用图像处理技术确定物体边缘的位置，就可以达到对被测件瞄准的目的。图像瞄准系统的整体结构简图如图2所示。在图2中，光源1发出的光经过准直光路投射到被测物6的轮廓上，被测轮廓经物镜成像到面阵CCD，经过光电变换后，通过接口电路将信号送入计算机。对采集的图像通过调焦函数和步进电机驱动(XD5上下移动实现自动调焦。然后对被测物轮廓图像进行处理，实现轮廓瞄准。这里使用了图像瞄准系统来直接测量多个微小物体的实际表面积/周长，这需要 2个步骤。首先，应用短程线主动轮廓线模型求得图像多目标(被测物的轮廓图像)像素面积与周长；其次，再应用形心自标定技术求得像素尺寸当量，最后求得被测物的真实表面积与周长。标定时移动导轨，并用双频激光器精确测量其位移。5. 2图像多目标像素面积/周长并行测量在水平集方法中，短程线主动轮廓线是用水平集函数减，X，力的零水平集来表达的，这里的零水平集表示为C(0 = {(x，J^4x，;0=O}，水平集函数々的进化方程如下
权利要求
1.本专利利用与哈尔滨工业大学光电测试技术与装备研究所合作研制的2维图像测量机，将短程线主动轮廓线(Geodesic active contour)模型应用于多个微小物体表面积和周长精密测量，研制出多个微小物体表面积和周长的并行精密测量系统，该系统充分使用了短程线主动轮廓线的拓扑独立性特征，该模型收敛稳定性好并且能够同时/并行检测图像中各个被测目标；同时，使用了一种新颖的形心自标定技术，在不需要标准试件的情况下就可以完成像素当量标定，并且具有较高的标定精确度，因此，本测量方法特别适用于缺少标准试件时多个微小不规则物体表面积和周长的并行精密测量，可以广泛应用于微型工业产品的几何量检测或者各种工业产品的微型缺陷定量检测，相应的测量重复性误差小于 0. 5%。
全文摘要
本发明名称为“微小物体表面积周长并行精密测量系统”，它将短程线主动轮廓线应用于不规则形状的图像多目标面积/周长并行测量问题中，开发出一种快速精确测量方法，并且将这种方法应用于二维图像测量机，实现了多个微小物体表面积/周长的快速准确测量。此外，使用了一种新颖的形心自标定技术，它不需要任何标准试件就能够准确完成像素尺寸当量的标定，最后求得被测物的真实表面积与周长。标定时移动导轨，并用双频激光器精确测量其位移。
文档编号G01B11/08GK102401638SQ20101028199
公开日2012年4月4日 申请日期2010年9月15日 优先权日2010年9月15日
发明者田少卿, 赵鹏 申请人:东北林业大学