計(jì)算機(jī)視覺檢測技術(shù)在機(jī)加工零件測量中的應(yīng)用探究

尹曉東

現(xiàn)階段，我國的市面上有很多不同的方法來進(jìn)行機(jī)械零件尺寸的測量和研究，采取不同的測量辦法，得出的結(jié)果也有著精確度的差異。原始的測量方法是人們通過借助各種測量儀器，如萬能工具顯微鏡和三坐標(biāo)測量機(jī)等，進(jìn)行人工測量操作。這種方式存在著很多弊端，而計(jì)算機(jī)視覺檢測技術(shù)的應(yīng)用則可以很好地解決這一問題。所謂視覺檢測就是檢測被測目標(biāo)時(shí)，把圖像當(dāng)作檢測和傳遞信息的手段或載體加以利用的檢測方法，其目的是從圖像中提取有用的信號(hào)，它是以現(xiàn)代光學(xué)為基礎(chǔ)，融光電子學(xué)、計(jì)算機(jī)圖像學(xué)、信息處理、計(jì)算機(jī)視覺等科學(xué)技術(shù)為一體的現(xiàn)代檢測技術(shù)。由于計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于與設(shè)計(jì)信息及加工控制信息集成，基于視覺檢測技術(shù)的儀器設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)智能化、數(shù)字化、小型化、網(wǎng)絡(luò)化和多功能化，具備在線檢測、實(shí)時(shí)分析、實(shí)時(shí)控制的能力在軍事、工業(yè)、商業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注和應(yīng)用。

一、計(jì)算機(jī)視覺檢測技術(shù)含義

計(jì)算機(jī)的視覺又叫做機(jī)器視覺，通過利用計(jì)算機(jī)或者是其他的一些機(jī)械設(shè)備來幫助人們視線事物到圖片的過程，從而進(jìn)行三維世界的感知活動(dòng)。計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，離不開神經(jīng)心理學(xué)，心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)方面的研究和發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺檢測技術(shù)的發(fā)展方向就是對周圍的三維空間進(jìn)行感知和分析。一旦能夠擁有這種能力，計(jì)算機(jī)不僅能感知到周圍的總體環(huán)境，而且，還能夠具有對物體進(jìn)行描述，識(shí)別理解和儲(chǔ)存的能力。

二、計(jì)算機(jī)視覺檢測的基本原理

要實(shí)現(xiàn)人工智能對視覺的計(jì)算機(jī)處理是很重要的方面在計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用領(lǐng)域中如果要讓我們的計(jì)算機(jī)明白圖像的信息就必須經(jīng)過一系列的處理過程———數(shù)字圖像處理.數(shù)字圖像的處理包括5個(gè)步驟：圖像預(yù)處理（去除噪聲）、分割處理分割后區(qū)域、測量、圖像判讀、圖像技術(shù).根據(jù)抽象程度和處理方法的不同圖像技術(shù)可分為三個(gè)層次：圖像處理、圖像分析和圖像理解.這三個(gè)層次的有機(jī)結(jié)合也稱為圖像工程.而計(jì)算機(jī)視覺（Computer vision）則是用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)人的視覺功能對客觀世界三維場景的感知、識(shí)別和理解.視覺檢測按其所處理的數(shù)據(jù)類型又大致可分為二值圖像、灰度圖像、彩色圖像和深度圖像的視覺檢測.另外還有X射線檢測、超聲波檢測和紅外線檢測。

作為新興檢測技術(shù)計(jì)算機(jī)視覺檢測充分利用了計(jì)算機(jī)視覺研究成果采用像傳感器來實(shí)現(xiàn)對被測物體的尺寸及空間位置的三維測量能較好地滿足現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展需求.與一般意義上的圖像處理相比計(jì)算機(jī)視覺檢測更強(qiáng)調(diào)精度、速度和無損性以及工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下的可靠性.例如基于三角法的主動(dòng)視覺測量理具有抗干擾能力強(qiáng)、效率高、精度合適等優(yōu)點(diǎn)非常適合制造業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的在線、非接觸產(chǎn)品檢測及生產(chǎn)監(jiān)控.對人類視覺感知能力的計(jì)算機(jī)模擬促進(jìn)了計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展制造業(yè)上獲取這些信息的目的有：（1）計(jì)算出觀察點(diǎn)到目標(biāo)物體的距離；（2）得出觀察點(diǎn)到目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；（3）甚至可以判斷出目標(biāo)物體的內(nèi)部特性；（4）推斷出目標(biāo)物體的表面特征有時(shí)要求形成立體視覺。

三、亞像素檢測技術(shù)

隨著工業(yè)檢測等應(yīng)用對精度要求的不斷提高，像素級(jí)精度已經(jīng)不能滿足實(shí)際檢測的要求，因此需要更高精度的邊緣提取算法，即亞像素算法。亞像素級(jí)精度的算法是在經(jīng)典算法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，這些算法一般需要先用經(jīng)典算法找出邊緣像素的位置，然后使用周圍像素的灰度值作為判斷的補(bǔ)充信息，利用插值、擬合等方法，使邊緣定位于更加精確的位置。現(xiàn)在的亞像素提取算法很多，如重心法、概率論法、解調(diào)測量法、多項(xiàng)式插值法、濾波重建法、矩法等。由于這些算法的精度、抗噪聲能力和運(yùn)算量各不相同，他們的應(yīng)用場合也是各不相同的。

邊緣是圖像的基本特征，所謂邊緣是指圖像中灰度存在階躍或尖頂狀變化的像素的集合，邊緣廣泛存在于物體與物體、物體與背景之間。圖像測量是通過處理被測物體圖像中的邊緣而獲得物體的幾何參數(shù)的過程，邊緣的定位精度直接影響最終的測量結(jié)果。因此，圖像邊緣提取方法是檢測的基礎(chǔ)和關(guān)鍵之一。在視覺測量領(lǐng)域中，早期使用的都是像素級(jí)邊緣檢測方法，例如常用的梯度算子、Lapacian算子和門式算子等。以上的邊緣檢測方法的精度可以達(dá)到像素級(jí)精度，即可以判斷出邊緣位于某個(gè)像素內(nèi)，但不能確定邊緣在該像素內(nèi)的更精確的位置。如果一個(gè)像素對應(yīng)的實(shí)際長度較大，就會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，傳統(tǒng)的整像素邊緣檢測方法就不再適用。

四、計(jì)算機(jī)視覺檢測技術(shù)在機(jī)加工零件檢測中的應(yīng)用要素與過程

（一）曲陣CCD相機(jī)

面陣CCD是本項(xiàng)目圖像采集系統(tǒng)中的主要設(shè)備之一，其主要功能是采集實(shí)驗(yàn)圖像。該CCD相機(jī)主要由CCD感光芯片、驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)處理電路、電子接口電路和光學(xué)機(jī)械接口等構(gòu)成。

（二）工業(yè)定焦鏡頭

在圖像測量系統(tǒng)中，鏡頭的主要作用是將目標(biāo)聚焦在圖像傳感器的光敏面上。鏡頭的質(zhì)量直接影響到圖像測量系統(tǒng)的整體性能，合理選擇并安裝光學(xué)鏡頭是圖像測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。

（三）數(shù)字圖像采集卡

隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和嵌入式處理器技術(shù)在圖像采集卡中的應(yīng)用，使得圖像采集卡向高速度、多功能和模塊化方向不斷發(fā)展。這類圖像采集卡不僅具有高速圖像采集功能，同時(shí)還具備部分圖像處理功能，因此又可以稱之為圖像處理卡。

（四）標(biāo)定板

為提高測量精度，需要進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定。標(biāo)定過程中，采用NANO公司的CBC75mm}.0型高精度標(biāo)定板，外形尺寸為75mmx75mmx3.0mm，圖形為棋盤格，其尺寸為2.0mmx2.0mm，精度為1級(jí)，即圖形尺寸精度與圖形位置精度為。

（五）背光源

背光方式只顯示不透明物體的輪廓，所以這種方式用于被測物需要的信息可以從其輪廓得到的場合。因此，為精確提取軸的圖像中的邊緣特征，需采用背光源。為使圖像邊緣更銳利，光源顏色選擇紅色。

五、結(jié)語

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和光電技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了一種新的檢測技術(shù)—基于計(jì)算機(jī)視覺的檢測技術(shù)，利用CCD攝像機(jī)作為圖像傳感器，綜合運(yùn)用圖像處理等技術(shù)進(jìn)行非接觸測量的方法，被廣泛地應(yīng)用于零件尺寸的精密測量中。本文以面陣CCD為傳感器，研究了零件在線測量的方法，實(shí)現(xiàn)了零件尺寸的圖像邊緣亞像素定位測量，對面陣CCD在高精度測量方面的應(yīng)用作了進(jìn)一步的探索和研究，為面陣CCD在復(fù)雜零件尺寸高精度測量的實(shí)現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]馬頌德，張正友.計(jì)算機(jī)視覺：計(jì)算機(jī)理論與計(jì)算基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，1988.

[2]章毓晉.計(jì)算機(jī)視覺教程[M].北京：人民郵電出版社，2011.