1、 基于圖像處理的視覺測量技術 視覺測量技術的定義視覺測量技術的國內外現狀視覺測量技術的主要應用視覺測量技術的發展趨勢視覺測量技術存在的主要問題參考文獻視覺測量技術的定義 視覺測量技術以機器視覺為基礎，融光電子學、計算機技術、激光技術、圖像處理技術等現代科學技術為一體，組成光、機、電、算綜合的測量系統，具有非接觸、全視場測量、高精度和自動化程度高的特點。基于視覺測量技術的儀器設備能夠實現智能化、數字化、小型化、網絡化和多功能化，具備在線檢測、動態檢測、實時分析、實時控制的能力，具有高效、高精度、無損傷的檢測特點，可以滿足現代精密測量技術的發展需要，目前已廣泛應用于工業、軍事、醫學等領域，并得到了

2、極大的關注。 被測目標被測目標 光源光源 圖像獲取裝置：圖像獲取裝置：包括光學成像設備(如CCD攝像機)和圖像采集卡等。 圖像存儲設備圖像存儲設備：可以是圖像采集卡緩存、磁盤或閃存等。 數據處理器數據處理器：可以是PC機、DSP或圖像處理機。 伺服裝置伺服裝置：功能在于使被測目標處于一個穩定的最佳拍攝狀態，載物臺是一種最簡單的伺服裝置。 軟件系統軟件系統：負責完成圖像特征的提取、數據的分析與綜合等功能，軟件系統是整個檢測系統的關鍵，其處理精度和速度直接影響著整個檢測系統的精度和實時性能。 視覺測量系統的組成1.1.圖像獲取圖像獲取 圖像的獲取實際上是將被測物體的可視化圖像和內在特征轉換成能被計

3、算機處理的一系列數據，它主要由三部分組成:照明、圖像聚焦形成、圖像確定和形成攝像機輸出信號。2.2.圖像處理圖像處理 視覺系統中，視覺信息的處理技術主要依賴于圖像處理方法，它包括圖像濾波、圖像增強、邊緣提取、細化、特征提取、圖像識別與理解等內容。3.3.系統標定系統標定 攝像機標定是一個確定三維物體空間坐標系與攝像機圖像二維坐標系之間變換關系以及攝像機內部參數和外部參數的過程，高精度的測量系統需要高精度的標定參數。由于成像中的鏡頭不可避免地產生畸變，小孔投影模型的假設也存在成像誤差，尋找簡單而且足夠精度的攝像機標定方法，是視覺測量精度的關鍵因素。4.4.亞像素邊緣定位技術亞像素邊緣定位技術 隨

4、著工業檢測等應用對精度要求的不斷提高，像素級精度已經不能滿足實際測量的要求，因此需要更高精度的邊緣提取算法，即亞像素算法。利用軟件來提高測量的精度具有方法簡單、有效的優點，因此，圖像測量的軟件算法越來越受到人們的重視。視覺測量的關鍵技術視覺測量的關鍵技術 視覺檢測系統的關鍵技術主要包括:圖像采集、高精度系統標定、圖像的特征提取，亞像素邊緣定位技術等。視覺測量技術的關鍵技術 國外視覺測量技術發展迅速，涵蓋的應用領域廣泛。20世紀末以美國、德國、日本為主開始研制各種基于視覺檢測的測量模型，用于不同領域的檢測。 21世紀初，用于零件尺寸測量的視覺檢測設備逐漸得到推廣和應用，主要應用于汽車零件、軸承的

5、檢測。視覺測量技術的國內外現狀 國內視覺測量技術起步較晚，始于21世紀初，從最初的代理國外先進設備到現在能自主研發，經歷了一個較快的發展階段。近幾年，國內從事視覺測量技術開發的公司不斷增加，如北京大恒圖像、北京凌云光視、深圳賽克數碼、上海法視特、蘇州南光電子科技有限公司及一些高校科研院所等。下圖是關于視覺測量的系統和軟件：視覺測量技術的國內外現狀視覺測量技術的國內外現狀在農業生產中的應用在農業生產中的應用 視覺檢測技術被廣泛應用于瓜果等品質的無損檢測中。 國外，1984年首先報道了分別利用線掃描和模擬攝像機檢測蘋果損傷的試驗，結論為利用數字圖像技術檢測蘋果損傷至少可以達到人工分級的精度。視覺測

6、量技術的主要應用在農業生產中的應用在農業生產中的應用 國內應用視覺技術進行水果蛋類品質無損檢測的研究也取得了一定成果。應用計算機視覺技術進行芒果重量與其投影圖像的相互關系，研究了用于綜合評價蘋果果型的計算機視覺系統和適用于黃花梨品質檢測的彩色機器視覺系統等。此外，視覺檢測技術還廣泛應用于對蔬菜、谷物、煙葉等的缺陷、類別及等級檢測中。下圖所示為雞蛋裂紋視覺檢測系統和黃瓜采摘機器人：視覺測量技術的主要應用在工業中的應用在工業中的應用 在國外，視覺檢測在汽車工業中的應用已十分廣泛。美國三大汽車公司相繼與美國Michigan大學和Perceptron公司合作，成功研制了用于對汽車零部件、分總成和總成產

7、品進行尺寸控制的自動視覺檢測系統。英國ROVER汽車公司800系列汽車車身輪廓尺寸精度的100%在線檢測，也是視覺檢測系統用于工業檢測中的一個較為典型的例子。 視覺測量技術的主要應用在工業中的應用在工業中的應用 國內天津大學精密測試技術及儀器國家重點實驗室成功研制了IVECO白車身激光視覺檢測站和一汽大眾Jieta轎車白車身100%在線視覺檢測站及一汽解放新型卡車在線檢測站，實現了整車總成的三維尺寸自動在線測量。視覺技術在汽車零部件的尺寸檢測上也得到了廣泛的應用:通用汽車研究實驗室開發了用于汽車零件檢測的視覺原型系統，該系統對所有零件均使用相同的過程，通過對一個好零件與壞零件的比較結果來判斷檢

8、測區域的指定缺陷等。 視覺測量技術的主要應用在工業中的應用在工業中的應用 除此之外，視覺檢測技術在工業的各個領域都有著廣泛的應用，如電子工業中印刷電路板、集成電路和光掩膜等的生產工藝流程中，通過對所獲得的圖像進行處理和識別來判斷制作線路的正誤，從而來保證產品的生產質量冶金工業中鋼板表面的自動探傷、赤熱鋼板切割位置定位;玻璃制品行業中產品檢測，如產品外形檢測(高度、直徑、不規則程度等)、內部缺陷檢測(裂紋、氣泡等);機械零件的自動識別及幾何尺寸測量、表面粗糙度和表面缺陷檢測;在現代制藥工業中，對藥品包裝的檢測及對藥片顏色、尺寸、形狀等的檢測;對磁磚等建筑裝飾材料的表面質量及顏色的檢測;用計算機視

9、覺系統自動測量圓木的體積;基于計算機視覺的織物疵點的檢測;利用視覺技術對皮革缺陷的檢測等等。視覺測量技術的主要應用 1. 1.實現在線實時檢測。實現在線實時檢測。 視覺檢測系統大多用在工業現場及工業生產線中，對于在線實時檢測，如何將視覺測量系統嵌入到生產線相應的工序中，使測量速度與生產線節拍相一致，是視覺測量走上實際應用的關鍵一步。視覺檢測執行時間在很大程度上取決于底層圖像處理(圖像平滑、濾波、分割等)速度。因此，使用專用硬件實現獨立于環境的處理算法，可大大提高圖像處理速度。 2.2.實現智能化檢測。實現智能化檢測。 從CAD系統中提取零件視覺模型與檢測信息(包括零件位置與方向、攝像機視角等)

10、，選定檢測項目、檢測點和檢測路徑，建立智能檢測規劃，并控制工業機器人抓取零件并放置到合適的位置進行檢測。 3.3.實現高精度檢測。實現高精度檢測。 與視覺系統相L匕，坐標測量機(Coordinate Measurement Machine CMM)在檢測精度和測量空間范圍上占有很大優勢，因此，基于CMM的視覺檢測系統已經成為視覺檢測技術的一種新趨勢。集成化的CMM和視覺檢測系統可以利用視覺系統迅速識別零件的形狀及其在測量平臺上的位置和狀態，完成機器坐標系、零件坐標系、攝像機坐標系之間的轉換，幫助CMM實現檢測路徑自動形成與測量結果判斷。同時深入研究亞像素定位技術，使之應用到實際的檢測系統中，以

11、提高檢測精度和降低系統成本。視覺測量技術的發展趨勢4.4.計算機視覺柔性檢測技術。計算機視覺柔性檢測技術。 目前幾乎所有的計算機視覺檢測系統都只適用于解決特定的檢測任務，建立一種較為通用的視覺檢測系統，以適用于不同條件下的檢測任務，進而實現對目標進行“完全檢測”，是目前和將來視覺檢測系統的一個發展方向。5.5.研究開發彩色圖像、灰度圖像和多譜圖像的處理算法，拓展視覺檢研究開發彩色圖像、灰度圖像和多譜圖像的處理算法，拓展視覺檢測的應用。測的應用。 視覺測量技術作為一種新興的檢測技術，現代工業為其提供了巨大的需求空間。工業檢測的復雜性和多樣性，也必然使工業圖像檢測技術呈現出復雜性和多樣性，這種復雜

12、性和多樣性為我們提供了廣闊的研究領域。總之，隨著計算機視覺技術自身的成熟和發展，計算機視覺測量技術必將在現代和未來制造企業中得到越來越廣泛的應用。視覺測量技術的發展趨勢 目前視覺測量存在的問題主要表現在以下兩個方面:1.1.測量系統結構狀態的測量系統結構狀態的“受控受控”問題問題 視覺測量系統主要由攝像機、被測件及輔助設備(如測棒、校準裝置和輔助光源等)組成。各組成部分之間是開放的、無強制約束的，它們之間的相互位置是可以任意改變的，測量鏈的形成完全靠校準來確定。測量系統結構狀態一旦通過校準確定后，測量過程中就不能改變，視覺測量系統結構的開放性，導致了其系統結構狀態的不穩定性，易受外界干擾的破壞

13、，這種測量系統結構狀態稍有改變就會導致錯誤的測量結果，這就是IS010012-2測量設備的質量保證要求中所提到的測量過程控制問題，即對測量過程所得數據的監視和分析，連同糾正措施，用于連續地保證測量過程在規定的特性范圍內。 因此如何監控和保證測量過程正確進行，使系統結構處于“受控”狀態是視覺測量系統，特別是開放式的視覺測量系統應該解決的問題，而目前國內外現有的測量系統尚未涉及這一問題。 視覺測量技術存在的主要問題2.2.如何提高測量系統精度問題如何提高測量系統精度問題 視覺測量是以攝像機攝取的被測物體的二維圖像為基礎經變換得到被測物體的三維信息，這一原理本身決定了要提高測量系統的精度具有一定的難

14、度。首先二維圖像要清晰，而影響二維圖像清晰的因素特別多;其次對于大型物體的視覺測量，所獲得的二維圖像的尺寸都是縮小了的，即測量模型的傳遞函數是小于1的，而折算到被測件上的誤差是被放大了的;另外，測量鏈的建立是靠校準來實現的，校準標準件的誤差和校準算法誤差限制了視覺測量精度的提高;最終測量結果是由測量模型給出的，測量模型的質量對測量精度有很大的影響。 為了提高視覺測量系統的精度，必須在二維圖像特征的提取、校準件和校準算法的設計(包括內參和外參校準)和測量建模等方面深入研究，提出一些新的方法。視覺測量主要存在的問題視覺測量技術存在的主要問題1朱錚濤，視覺測量技術及其在現代制造業中的應用，現代制造工

15、程，2004，4: 59-612李慶中，汪娥華，農業生物模式識別中的計算機視覺技術，中國圖像圖形學報，1999，4(7):610一6163朱正德，談“機器視覺”在汽車制造業中的應用，中國測試技術，2006，32(5):22一254劉常杰，鄭繼貴，楊學友等，汽車白車身在線激光視覺檢測站，儀器儀表學報，2004, 25 C4): 671-6725洪海濤，趙輝，圖像技術用于零件尺寸測量的研究，儀器儀表學報，2001，22(3):214一2186圖像和機器視覺產品手冊，北京凌云光視數字圖像技術有限公司，20057唐向陽，張勇，李江有等，機器視覺關鍵技術的現狀及應用展望，昆明理工大學學報，2004, 29（2): 36-398周富強，陳強，張廣軍.結構光光條提取的混合圖像處理力法，光電子激光，2008, 19(11): 1534-15379張鐵中，楊麗，陳兵旗，等.農業機器人技術研究進展J.中國科學:信息科學，2010,40(S1):71一87.10畢坤，趙馨，侯瑞鋒，等.機器人技術在農業中的應用方向和發展趨