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(多图) 三轴影像测量仪的开发与研制

来源:中电网/无锡微影图像技术有限公司 高兴森?? 2007年01月09日 ?? 收藏0

  一、 图像采集卡的选择

  仪表盘的外形尺寸为220mm×82mm,要求测量精度不低于0.13mm。综合检测精度、检测速度和成本要求,系统选择NI 1394图像采集卡,配合SONY 1394 CCD彩色摄像机(分辨率为1024×768), 这样视觉系统的视场范围FOV=118mm×88.5mm,像素精度pixel accuracy= 118÷1024=0.1152mm/pixel,完全满足系统测量的尺寸精度要求。

  
???????? 二、 扫描区域划分

  根据仪表盘的尺寸、目标特征的相关性和视觉系统FOV的范围,将仪表盘划分为左、中、右3个检测区域。加上起始位置共有4个位置。摄像机在X/Z轴上运动,被测仪表盘在Y轴上运动,X/Y轴的运动完成镜头对目标的对准,Z轴的运动完成对目标的聚焦。在每个检测位置采集的图像分别以中间的LED窗口即AUTO LED、OFF LED、Defrost LED的中心为该幅图像的坐标原点。

  三、 系统总体结构设计

  以计算机系统来完成图像的采集、处理、判断

、文件I/O和用户使用界面,同时作为上位计算机通过串口对PLC进行控制;以PLC系统来完成运动控制、I/O控制。计算机系统的框图如下:

  计算机系统的框图
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  上位链接的参数设置:波特率:115200; 7位数据位;偶校验;2位停止位。
PLC的系统框图如下:

  PLC的系统框图

  通过计算机系统与PLC系统协同工作,各司其职,充分发挥各自的特长,使系统的性能得以优化。

  四、 图像采集

  NI提供两种标准的图像采集vi程序,用户可以直接调用:

  1.单帧图像采集1394-snap-acquire:即每次只采集1帧图像。在本系统的全自动测量过程中,共有三个被测区域,每个区域又有三种照明模式,所以一共需要运行9次单帧图像采集程序。

  2.连续图像采集1394-grab-acquire:即连续实时采集图像。在本系统的运动位置设置模块里,需要实时观测镜头与被测目标的相对位置及聚焦情况,然后保存各个位置,所以使用了连续图像采集模式。

  五、 图像处理

  如上所述,在全自动测量过程中,共采集9帧图像,每幅图像都对应一个图像处理程序,来完成对目标特征的测量和判断。步骤如下:

  1.开辟图像缓冲区

  在图像处理中,需要对图像做多次变换,因此需开辟多个图像缓冲区来存储图像数据。本系统中共设置100个图像缓冲区,即image buffer0~buffer99, 其中buffer0为系统实时图像缓冲区;buffer1~buffer51分别存储9帧图像的彩色原图、Intensity 图层、Red图层、Green图层、Blue图层、Mask图层、Overlay图层等作为历史图像数据,可以和测量结果数据相对照;其余为临时图像缓冲区,为避免与历史图像缓冲区发生冲突,从buffer99开始向下使用。本系统只使用了12个临时buffer, 即buffer99~ buffer88,buffer52~buffer87未使用。

  2.定位原点并建立坐标系

  选取图像上不发生变化的特征,使用Match Pattern 或Detect Object来定位原点并建立坐标系。三个检测区域分别以中间的LED窗口即AUTO LED、OFF LED、Defrost LED的中心为该幅图像的坐标原点。

  3.定义ROI区域

  根据被测目标不同的形状,可以使用不同的ROI模型,包括圆形、环形、扇形、矩形、旋转矩形、任意多边形等。所有ROI区域都以坐标原点为参考点。

  4. 测量

  通过抽取彩色图像的Intensity plane、Red Plane、Green Plane、Blue Plan(均为8位深度的图像),对各目标ROI区域分别测量光强分量Intensity、颜色分量R/G/B、镭雕图案模式匹配分数、位置坐标等。

  其中光强Intensity/R/G/B的范围为0~255,共256个灰阶。

  图案模式匹配分数的满分为1000分,得分大小表示目标与标准模型的匹配程度。对三组字符除了做模式匹配测量还做了OCR字符识别,即需要分别识别出AUTO、ECON、OFF。

  位置坐标需要进行坐标系变换。对于一幅图像来说,默认的坐标原点位于图像的左上角,测量的直接位置数据是相对于这个原点的,和我们在步骤2.中定义的原点位置不同,坐标系方向也不同。参考下图:

  坐标系
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  变换后的坐标仍是以像素为单位的,需要乘以像素精度pixel accuracy转化为mm单位,这样才对产品检验有意义。

  5.结果输出界面

  测量结果包括图像和数

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影像测量仪? 虚拟仪器? NI Vision?

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