采用数码相机的图像测量方法研究
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计算机测量与控制.2004.12（9）
Computer Measurement &Control
自动化测试
收稿日期：2003-12-12；修回日期：2004-01-10。作者简介：赵云松（1976-），男，大庆市人，硕士生，主要从事现代测试技术的研究。
文章编号：1671-4598（2004）09-0810-03
中图分类号：TP391.41
文献标识码：B
采用数码相机的图像测量方法研究
赵云松，杨
平，侯学智
（电子科技大学机械电子工程学院，四川成都
610054）
摘要：针对被测工件精确尺寸的要求，将数码相机用于尺寸的测量，采用了新颖的基于B 样条算法进行边缘的定位，通过对实际工件进行测量得到了亚像素级的测量尺寸。试验结果反映了该方法的有效性。
关键词：数码相机；CCD ；B 样条；亚像素级精度
Method of Measurement with Digital Camera
zhao Yunsong ，Yang Ping ，Hou Xuezhi
（Mechatronic CoIIege ，University of EIectronic Science and TechnoIogy ，Chengdu 610054，China ）
Abstract ：In order to satisfy the accurate measuring the size of workpiece in images ，a method using digitaI camera is deveIoped to measure the size of workpiece ，and the detaiI of B -spIine is described.ExperimentaI resuIt shows the feasibiIity of the proposed ap-proach in the paper.
Key words ：digitaI camera ；CCD ；B -spIine ；subpixeI accuracy
0引言
数码相机与传统的CCD 摄像头相比，具有像素远
远大于传统CCD 摄像头、几何畸变更小等优点。由于数码相机的操作比较复杂，其优良性能并未被工业上广泛采用。随着数码相机成本的降低，以及计算机科学技术的发展，使得其高精度的图像照片可以比较方便、快速地与计算机进行传输，使工业应用变为可能。文章介绍了一种采用数码相机测量机床刀具尺寸的新方法。
1系统结构
测量系统的结构主要由!"坐标仪、数码相机、工控机及其外设组成，如图1所示。其工作过程为，将被测物体置于均匀照明的背景前，对物体进行拍照，通过USB
线将获得的数码照片传入到计算机里，计算机调用
第9期赵云松，等：采用数码相机的图像测量方法研究?8ll
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! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!的示意图如图2所示，R为横坐标，C为纵坐标。该算
法的设计思想为，首先变换原始图像为二值图像，如图
3（b），然后进行连通区域标记，把刀具与噪声表示为
不同的对象，从而提取出刀具的图像，如图3（c）。最
后采用八邻接探测刀具边界。得到像素级的边缘位置，
如图3（c）。
（a）原始图像（b）二值图像（c）去除噪声（c）探测边界
图3确定边缘过程示意图
图4局部提取图
（a）计算角度（b）拟合圆弧（c）计算宽度
图7确定亚像素点示意图
#实验结果
#"$测量比K的标定
的量块作为标准件，对测量
首先采用已知尺寸L
系统的测量比K=L
/L0进行标定，其中L l为该标准件
l
的计算机图像的宽度，以像素点的数量表示，L
为刀
具的实际尺寸，由高精度的工具显微镜测得。计算机自
上而下扫描标准量块的边缘，计算出量块宽度的像素点
数，带入公式，得出每个像素所代表的实际距离。
为方便数据比较，通过测量比K将实际宽度、直
径转化为像素点数。
L=l5.773>K=l ll7.89
D=0.35>K=24.08
#"!刀具尺寸的测量
对宽度、直径［5］的测量结果如表l所示。对角度的
测量结果如表2所示。
由表可见，刀具的测定值与实际值基本吻合，两者
之间的相对误差在0.l%~l.2%之间，多次测量最大
?812?计算机测量与控制第12
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卷
表1刀具尺寸测量结果像素
测量
序数
1234567实际值
测定
宽度
1118.041117.691117.711118.091117.581117.751117.901117.89测定
直径
24.102123.913124.121824.086523.797224.131724.085424.08
表2角度的测量结果弧度
测量
序数
1234567实际值测定
角1
29.838429.90329.769829.701629.828429.976330.125129.98
测定
角2
30.678830.551730.305730.403130.840830.577630.713230.47
相对误差小于11.5%。可能引入测量误差的环节包括CCD的精度误差、光学系统的误差等，应用概率统计方法经多次测量后，前者可作为系统误差去除，光学变形是造成测量误差的主要原因。
!结论
文章介绍一种新的采用数码相机的测量系统。为快
速检测出图像的边缘，文章采用数学形态学方法对二值图像处理，快速初定位边缘在3个像素宽度位置上；为提高测量精度，提出改进的B样条函数为原理的亚像元边缘检测算法，通过对实验数据的比较，该方法的测量精度达到使用推广水平。使数码相机成为CCD测量法的一个新的应用领域。
参考文献：
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［4］Huang Z，Cohen F S.Affine-invariant B-spIine moments for curve matching image processing［J］.IEEE，1996.
［5］Kim T H.An efficient method of estimating edge Iocations with subpixeI accuracy in noisy images［J］
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
.IEEE TENCON1999.
（上接第803页）
如图5所示，这时的CLUSTER可以看作一个内核逻辑，包围的边界扫描器件就是在它周围的探针。我们可以用输出到CLUSER上的边界扫描单元作为CLUSER 测试的输入端，从CLUSTER得到输入的边界扫描单元作为CLUSER输出端。在CLUSER输入端上施加测试矢量，在CLUSER输出端上取回测试响应。虽然，对CLUSTER的测试仅限于从功能测试的角度来进行，其内部的一些细节问题，不一定都能从功能的验证上得到准确的测试定位，但其局部的可测性、可控性、可观性还是有着显著的改善。
对于数字CLUSTER，若非边界扫描器件如果不被扫描链所包围，它的测试很难通过边界扫描测试解决。比较有效的方法是：将其置换成相应的边界扫描器件，故障覆盖率可以更进一步提高。即使非边界扫描器件被扫描链所包围，对于组合电路CLUSTER，可采用真值表验证的方法，分析出CLUSTER中间的互连线故障情况，测试过程基本上同简单互连测试过程相仿；若CLUSTER 为时序电路，问题就显得比组合电路复杂，因为一组测试矢量施加之后，对于支持静态测试的时序电路来说还需要时钟配合变化才能得到所需的响应结果，如果时序电路不支持静态测试或单步运行的话，那么边界扫描将不能够对其进行正确的测试。
对于模拟电路的CLUSTER，若是无源网络，我们已在参数测试中已做了讨论。这里讨论的模拟CLUSTER 电路是指有源扩展互连网络。对于有源扩展互连网络，一般仅进行功能测试，即幅频和相频特性测试。当电路
集成技术发展到一水平后，一般将有源部分集成到器件中了。有些文献中也介绍过类似的测试［4］，其测试的机理测系统的幅频和相频特性一样。除上面介绍的外，混合集中边界扫描测试系统还支持器件错误装配测试、整个扫描链本身结构的基础测试器件功能测试、BIST测试和传输延时测试等。
混合信号测试总线是测试模拟信号的起点，并不是问题的全部解决方案。对于小电抗元件和高频甚至射频IC，其测试较为困难。对于频率较高的信号，需滤除分布参数的影响，否则误差太大，具体方法参考文献［5 -6］。
参考文献：
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采用数码相机的图像测量方法研究
作者：赵云松， 杨平， 侯学智
作者单位：电子科技大学,机械电子工程学院,四川,成都,610054
刊名：
计算机测量与控制
英文刊名：COMPUTER MEASUREMENT & CONTROL
年，卷(期)：2004,12(9)
被引用次数：7次
参考文献(5条)
1.Kim T H An efficient method of estimating edge locations with subpixel accuracy in noisy images 1999
2.Huang Z;Cohen F S Affine-invariant B-spline moments for curve matching image processing 1996
3.Choi Y;Lee S Local injectivity conditions of 2D and 3D uniform cubic B-spline functions 1999
4.中村小一郎Numerical analysis and graphic visualization with Matlab 2002
5.勒中鑫数字图像信息处理 2003
引证文献(7条)
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2.伯绍波.闫茂德.何靓俊.贺昱曜基于图像处理的沥青路面裂缝测量算法研究[期刊论文]-计算机测量与控制 2007(10)
3.李健.郑颖未知曲面数控加工干涉区域求取算法研究[期刊论文]-计算机测量与控制 2006(10)
4.罗三定.尹方宏.沙莎基于边缘模式比对的钢管在线视觉测长系统[期刊论文]-计算机测量与控制 2006(9)
5.王富治.杨平.黄大贵基于相机定标与亚像素算法的二维图像测量系统[期刊论文]-计算机测量与控制 2005(12)
6.杨华近景摄影测量技术在立木材积测定中的应用研究[学位论文]博士 2005
7.杨华近景摄影测量技术在立木材积测定中的应用研究[学位论文]博士 2005
本文链接：https://www.wendangku.net/doc/d48590169.html,/Periodical_jsjzdclykz200409004.aspx