CN101806586B - 基于图像匹配的汽车密封条截面轮廓测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种自动化测量技术领域的基于图像匹配的汽车密封条截面轮廓测量装置及测量方法，包括：图像采集***，图像预处理模块，图像配准模块和误差检测模块，其中：图像采集***与图像预处理模块相连传递密封条截面图像，图像预处理模块与图像配准模块相连传递截面轮廓链码，图像配准模块与误差检测模块相连传递配准后的轮廓信息。本发明采用工业摄像头获取胶条截面切片图像，通过图像处理获得密封条截面轮廓，并通过数据处理将获得的轮廓与汽车标准CAD图像轮廓进行匹配，从而准确的给出汽车密封条指定轮廓段处的具体误差数值，从而实现汽车密封条截面轮廓的快速非接触测量。该方法具有快速，准确的优点。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种自动化测量技术领域的装置及方法，具体是一种基于图像匹配的汽车密封条截面轮廓测量装置及测量方法。
背景技术
密封条是以橡胶或各种塑料为原材料，在现实生活中起各种密封作用的一种橡塑产品。密封条被广泛的门窗的密封，汽车、轮船以及工业机械等领域中。近几年来随着汽车的飞速发展，人们对密封条的质量要求越来越高。传统的汽车密封条的生产过程包括原料加热、硫化、混合配料、切割、冷却等。由于汽车密封条原材料的质量、生产设计工艺、配料的混合比例等环节都对产品的质量有很大影响，生产出来的密封条往往变形较大。
目前绝大多数汽车密封条的生产企业都没有实现密封条的自动测量，汽车密封条的过程检测仍然停留在手工阶段，测量工序一般是这样执行的：切割很薄的一段密封条样本(约2mm)，将样本放在投影仪测试台上，通过投影，与事先确定的密封条截面标准形状进行比对，手工用尺测量密封条样本截面轮廓与标准轮廓的误差，如果在误差限内，则该密封条被确定为合格。由于这种方法是采用人眼测量和手动移动样本，产品检验的稳定性和可靠性都不高，难以实现有效的质量控制，大大增加了工人的劳动强度。同时，在挤压密封条的过程中要不断地进行抽检，人工检查所需要的时间较长，使生产效率降低。因此，汽车密封条的自动化检测非常重要，快速、有效的实现汽车密封条的快速自动化检测对汽车密封条行业的发展有着重大的意义。
经对现有技术的文献检索发现，蔡汉明等在《中国测试技术》[2007.5]中发表了“图像处理在密封条尺寸测量中的应用研究”。文中提出了一种汽车密封条测量***，实现了密封条的自动化检测。但是该***仅仅对密封条的一维尺寸进行了测量，通过一维尺寸是否符合条件来判断最终的产品是否合格，并没有对密封条整个界面轮廓进行测量。检索中还发现，马强等在《工具技术》[(2004)38]发表了“基于相关分析的汽车密封条轮廓测量方法研究”。文中，提出了独特的汽车密封条测量方法并设计了新的测量***方案。该方法实现了图像的亚像素细分，并利用采用了二值化图像基于仿射变换的最大相关搜索策略，实现了图像的匹配。该文献提出的图像采集及轮廓获取方法使得获得的密封条轮廓精度很高，可以达到0.1像素。但是其在图像匹配时，利用的是两张图片的重心重合，但是没有考虑到密封条是柔性材料，实际生产的密封条当发生形变时重心也会改变，从而影响图像匹配的结果。同时，其判断是否合格的根据是“与事先确定的密封条截面标准形状进行比对，只要样本的投影轮廓不超过标准形状的边界，则该密封条被确定为合格”。没有给出密封条轮廓误差的具体数值，同时如果所生产的密封条截面尺寸过小而导致的不合格，也无法检出。需要指出的是，一般车用密封条并非所有的轮廓曲线段都有很高的精度要求，而且对同一产品有误差要求的曲线段精度等级要求也可能是不一致的，现有的技术均只能给出整个橡胶条的测量结果，并不能对指定的轮廓曲线段进行测量，并且没有给出相应曲线段处具体的误差数值。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于图像匹配的汽车密封条截面轮廓测量装置及测量方法，采用工业摄像头获取胶条截面切片图像，通过图像处理获得密封条截面轮廓，并通过数据处理将获得的轮廓与汽车标准CAD图像轮廓进行匹配，从而准确的给出汽车密封条指定轮廓段处的具体误差数值，从而实现汽车密封条截面轮廓的快速非接触测量。该方法具有快速，准确的优点。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：包括：图像采集***，图像预处理模块，图像配准模块和误差检测模块，其中：图像采集***与图像预处理模块相连并输出密封条截面图像，图像预处理模块与图像配准模块相连并输出截面轮廓链码，图像配准模块输出配准结果至误差检测模块，误差检测模块根据配准结果获得汽车密封条误差数值。
所述的图像采集***包括：工业摄像头、镜头、摄像头支架、测量工作台和LED背光源，其中：工业摄像头，与测量工作台平面垂直，镜头中心正对背光源中心，LED背光源安装在测量工作台台面上，镜头安装在工业摄像头上，工业摄像头通过支架安装在测量工作台上。
所述的图像预处理模块将彩色的密封条截面图像转换为灰度图像并利用中值滤波去噪声后，用Canny算子获得汽车密封条的截面轮廓，最后利用Freeman链码对截面轮廓进行轮廓跟踪得到截面轮廓链码。
所述的图像配准模块利用图像配准法实现截面轮廓链码与标准轮廓的配准。
所述的误差检测模块包括：尺寸测量子模块和数据库子模块，其中：尺寸测量子模块与图像配准模块相连并根据配准结果测量截面轮廓链码上每一点与标准轮廓的误差，尺寸测量子模块的输出端与数据库子模块相连以实现输出和保存汽车密封条误差数值。
本发明涉及上述基于图像匹配的汽车密封条截面轮廓测量装置的测量方法，包括如下步骤：
(1)将镜头安装在工业摄像头上，并将工业摄像头安装在测量工作台的摄像头支架上，摄像头中心正对背光源中心，依次进行调焦和标定摄像头；
(2)从生产出的汽车密封条上切下一片试样，将试样放置在背光源中心，利用工业摄像头获取密封条截面图像并传输到图像预处理模块；
(3)图像预处理模块将截面轮廓链码传输给图像配准模块，图像配准模块通过配准算法实现截面图像与汽车汽车标准CAD图像轮廓轮廓的配准，并将配准结果输出至误差检测模块；
所述的汽车汽车标准CAD图像轮廓轮廓包括：建立CAD轮廓曲线的链码、定义图像配准的基准曲线、定义要求计算的各个误差曲线段、定义轮廓段中允许形变部分、以及计算配准基准曲线的特征；
所述的图像配准法，包括以下步骤：
3.1)在截面图像轮廓上寻找与基准曲线相似的曲线：当基准曲线长度大于规定的像素长度时，选择在被测密封条截面轮廓链表上逐点寻找曲线弦长与基准曲线长度误差百分比、曲线弧长与基准曲线的弧长误差百分比、封闭图形面积与基准曲线面积误差百分比均符合相应要求的曲线，当基准曲线长度小于规定的像素长度时，选择在被测密封条截面轮廓链表上逐点寻找曲线弦长与基准曲线长度误差、曲线弧长与基准曲线的弧长误差、封闭图形面积与基准曲线面积误差均符合相应要求的曲线，记录下这一条或多条符合条件的匹配曲线段；
3.2)基于配准基准的初步配准：对每一条符合条件的匹配曲线段，计算该曲线段的重心，平移截面轮廓图像，使曲线段重心与基准曲线的重心重合作为旋转中心，计算匹配基准曲线首末点矢量与基准曲线首末点矢量的夹角，作为匹配曲线段的初始旋转角，在将匹配曲线段在该旋转角附近做旋转遍历，计算每次匹配曲线段旋转后，匹配曲线段上每一点到基准曲线距离平方和，选择使平方和最小的旋转角度作为该匹配曲线段的旋转角，对应的结果即为逐步配准结果；
3.3)基于整体轮廓配准结果的选优：计算各个配准结果中CAD轮廓曲线围成的图像与被测密封条截面轮廓所围成的图像所重合的面积，面积最大的作为最终的图像匹配结果；
(4)误差检测模块根据配准结果获得实际加工的密封条截面每一点的误差及指定轮廓曲线处的误差数值，并记录到数据库中。
本发明中的基于图像处理的汽车密封条轮廓测量装置，首先利用图像采集***获取汽车密封条截面图像；然后利用图像预处理模块密封条截面轮廓，利用图像配准模块实现截面轮廓与标准CAD轮廓的配准，最后利用误差检测模块测量汽车密封条所有位置的误差及任意指定轮廓曲线段处的具体误差数值并通过数据库记录每次测量的结果，以实现产品的质量跟踪和管理。
本发明应用机器视觉及图像匹配技术，对汽车密封条截面轮廓误差进行测量的方法，以软件处理和硬件控制技术，大幅度提高了识别的精度与速度，扩大了应用范围，满足汽车密封条测量要求，有效的提高了密封条测量的精度与效率。本发明实际测量汽车密封条截面尺寸小于4×4cm时的测量精度可以达到0.05mm。
附图说明：
图1为本发明测量装置的结构示意图。
具体实施方式：
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：图像采集***1、图像预处理模块2、图像配准模块3、误差检测模块4，其中：图像采集***1与图像预处理模块2相连传递密封条截面图像，图像预处理模块2与图像配准模块3相连传递截面轮廓链码，图像配准模块3与误差检测模块4相连传递配准后的轮廓信息。
所述的图像采集***1包括：测量工作台5、摄像头支架6、大恒DH-HV3102UC CMOS摄像头7、日本Computar TEC-M55远心镜头8、大恒YHFL-50-50-R LED背光光源9，其中：LED背光源9安装在测量工作台5台面上，被测密封条切片10放置在LED背光源9上。镜头8安装在工业摄像头7上，工业摄像头7通过支架6安装在测量工作台5上。工业摄像头7与测量工作台平面5垂直，镜头8中心正对背光源9中心。
所述的图像预处理模块2将彩色的密封条截面图像转换为灰度图像并利用中值滤波去噪声后，用Canny算子获得汽车密封条的截面轮廓，最后利用Freeman链码对截面轮廓进行轮廓跟踪得到截面轮廓链码。
所述的图像配准模块3利用图像配准法实现截面轮廓链码与标准轮廓的配准。
所述的误差检测模块4包括：尺寸测量子模块和数据库子模块，其中：尺寸测量子模块与图像配准模块3相连并测量截面轮廓链码上每一点与标准轮廓的误差，尺寸测量子模块的输出端与数据库子模块相连，实现测量数据查询和保存。
本实施例对汽车密封条轮廓测量的实现方式如下：
(1)将远心镜头安装在CMOS摄像头上，并将CMOS摄像头安装在测量工作台的摄像头支架上，摄像头中心正对背光源中心，离工作台面约25cm。调焦、并标定摄像头(如图1)。
(2)从生产出的汽车密封条上切下一片切片(约2mm厚)，将切片放置在LED背光源中心。利用摄像头获取所取密封条截面的图像，并传输到图像预处理模块。
(3)图像预处理模块将密封条截面轮廓传输给图像配准模块，图像配准模块通过配准算法实现截面图像与标准CAD轮廓的配准。
(4)误差检测模块根据配准结果获得实际加工的密封条截面每一点的误差及指定轮廓曲线处的误差数值，并记录到数据库中。
所述的图像预处理模块包括：将从图像采集***获得的RGB图像转换为灰度图像，利用中值滤波去噪声，利用Canny算子获得汽车密封条的截面轮廓，利用Freeman链码进行轮廓跟踪以得到截面轮廓链码。
所述的图像配准模块利用图像配准法实现汽车密封条截面轮廓与标准轮廓的配准。
所述的误差检测模块包括尺寸测量子模块和数据库子模块：尺寸测量子模块与图像配准模块相连，测量截面轮廓上每一点与标准轮廓的误差，计算任意指定曲线段上的最大误差；尺寸测量子模块和数据库子模块相连，实现测量数据查询和保存。
所述的汽车汽车标准CAD图像轮廓轮廓包括：建立CAD轮廓曲线的链码、定义图像配准的基准曲线、定义要求计算的各个误差曲线段、定义轮廓段中允许形变部分、以及计算配准基准曲线的特征。采用Freeman八向链表方法建立轮廓曲线的链码，定义图像配准的基准曲线是选取汽车标准CAD图像轮廓上某一段密封条不易发生形变处的曲线；而定义误差曲线是选取一段或多段标准CAD轮廓曲线上，有测量要求的曲线段，并由工程师定义该曲线段名称以及相应的误差限；并计算定义的CAD配准基准曲线的特征：基准曲线的弦长，基准曲线的弧长、基准曲线的重心以及曲线和曲线两端点连线所围成的封闭图形的面积。
所述的图像配准法，包括以下步骤：
(1)在截面图像轮廓上寻找与基准曲线相似的曲线：当基准曲线长度大于20个像素时，在被测密封条截面轮廓链表上逐点寻找曲线弦长与基准曲线长度误差小于5％，曲线弧长与基准曲线的弧长误差小于5％，封闭图形面积与基准曲线面积误差小于10％的曲线段；当基准曲线的长度小于20个像素时，在被测密封条截面轮廓链表上逐点寻找曲线弦长与基准曲线长度误差小于4个像素，曲线弧长与基准曲线的弧长误差小于4个像素，封闭图形面积与基准曲线面积误差小于4个像素平方的曲线段。记录下这一条或多条符合条件的匹配曲线段。
(2)基于配准基准的初步配准：对每一条符合条件的匹配曲线段，计算该曲线段的重心，平移截面轮廓图像，使曲线段重心与基准曲线的重心重合，作为旋转中心。计算匹配基准曲线首末点矢量与基准曲线首末点矢量的夹角，作为匹配曲线段的初始旋转角。在将匹配曲线段在该旋转角±5°范围内，以0.05°为步长做旋转遍历。计算每次匹配曲线段旋转后，匹配曲线段上每一点到基准曲线距离平方和。选择使平方和最小的旋转角度作为该匹配曲线段的旋转角，对应的结果即为逐步配准结果。
(3)基于整体轮廓配准结果的选优：计算各个配准结果中CAD轮廓曲线围成的图像与被测密封条截面轮廓所围成的图像所重合的面积，面积最大的作为最终的图像匹配结果。
本实施例装置和方法可用于测量的汽车密封条截面尺寸。测量的密封条截面尺寸在4cm×4cm的范围内时，精度可以达到0.05mm。通过图像匹配方法，实现了汽车密封条截面轮廓尺寸的快速测量，同时测量精度、可靠性也得到提高，并且测量范围也得到了扩展。
上述汽车密封条截面尺寸测量装置的适用对象不仅包括汽车密封条，还适用于各种薄壁零件。
本实施例采用图像配准来实现密封条的测量，最终获得数值误差结果，进一步协助判断密封条是否合格，适用于密封条形变较大的质量检测。
Claims (8)
1.一种基于图像匹配的汽车密封条截面轮廓测量装置，其特征在于，包括：图像采集***，图像预处理模块，图像配准模块和误差检测模块，其中：图像采集***与图像预处理模块相连并输出密封条截面图像，图像预处理模块与图像配准模块相连并输出截面轮廓链码，图像配准模块输出配准结果至误差检测模块，误差检测模块根据配准结果获得汽车密封条误差数值。
2.根据权利要求1所述的基于图像匹配的汽车密封条截面轮廓测量装置，其特征是，所述的图像采集***包括：工业摄像头、镜头、摄像头支架、测量工作台和LED背光源，其中：工业摄像头，与测量工作台平面垂直，镜头中心正对背光源中心，LED背光源安装在测量工作台台面上，镜头安装在工业摄像头上，工业摄像头通过支架安装在测量工作台上。
3.根据权利要求1所述的基于图像匹配的汽车密封条截面轮廓测量装置，其特征是，所述的图像预处理模块将彩色的密封条截面图像转换为灰度图像并利用中值滤波去噪声后，用Canny算子获得汽车密封条的截面轮廓，最后利用Freeman链码对截面轮廓进行轮廓跟踪得到截面轮廓链码。
4.根据权利要求1所述的基于图像匹配的汽车密封条截面轮廓测量装置，其特征是，所述的图像配准模块利用图像配准法实现截面轮廓链码与标准轮廓的配准。
5.根据权利要求1所述的基于图像匹配的汽车密封条截面轮廓测量装置，其特征是，所述的误差检测模块包括：尺寸测量子模块和数据库子模块，其中：尺寸测量子模块与图像配准模块相连并根据配准结果测量截面轮廓链码上每一点与标准轮廓的误差，尺寸测量子模块的输出端与数据库子模块相连以实现输出和保存汽车密封条误差数值。
6.一种根据权利要求1所述的基于图像匹配的汽车密封条截面轮廓测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将镜头安装在工业摄像头上，并将工业摄像头安装在测量工作台的摄像头支架上，摄像头中心正对背光源中心，依次进行调焦和标定摄像头；
(2)从生产出的汽车密封条上切下一片试样，将试样放置在背光源中心，利用工业摄像头获取密封条截面图像并传输到图像预处理模块；
(3)图像预处理模块将截面轮廓链码传输给图像配准模块，图像配准模块通过配准算法实现截面图像与汽车标准CAD图像轮廓的配准，并将配准结果输出至误差检测模块；
(4)误差检测模块根据配准结果获得实际加工的密封条截面每一点的误差及指定轮廓曲线处的误差数值，并记录到数据库中。
7.根据权利要求6所述的基于图像匹配的汽车密封条截面轮廓测量装置的测量方法，其特征是，所述的汽车标准CAD图像轮廓包括：建立CAD轮廓曲线的链码、定义图像配准的基准曲线、定义要求计算的各个误差曲线段、定义轮廓段中允许形变部分、以及计算配准基准曲线的特征。
8.根据权利要求6所述的基于图像匹配的汽车密封条截面轮廓测量装置的测量方法，其特征是，所述的图像配准法，包括以下步骤：
3.1)在截面图像轮廓上寻找与基准曲线相似的曲线：当基准曲线长度大于规定的像素长度时，选择在被测密封条截面轮廓链表上逐点寻找曲线弦长与基准曲线长度误差百分比、曲线弧长与基准曲线的弧长误差百分比、封闭图形面积与基准曲线面积误差百分比均符合相应要求的曲线，当基准曲线长度小于规定的像素长度时，选择在被测密封条截面轮廓链表上逐点寻找曲线弦长与基准曲线长度误差、曲线弧长与基准曲线的弧长误差、封闭图形面积与基准曲线面积误差均符合相应要求的曲线，记录下这一条或多条符合条件的匹配曲线段；
3.2)基于配准基准的初步配准：对每一条符合条件的匹配曲线段，计算该曲线段的重心，平移截面轮廓图像，使曲线段重心与基准曲线的重心重合作为旋转中心，计算匹配基准曲线首末点矢量与基准曲线首末点矢量的夹角，作为匹配曲线段的初始旋转角，在将匹配曲线段在该旋转角附近做旋转遍历，计算每次匹配曲线段旋转后，匹配曲线段上每一点到基准曲线距离平方和，选择使平方和最小的旋转角度作为该匹配曲线段的旋转角，对应的结果即为逐步配准结果；
3.3)基于整体轮廓配准结果的选优：计算各个配准结果中CAD轮廓曲线围成的图像与被测密封条截面轮廓所围成的图像所重合的面积，面积最大的作为最终的图像匹配结果。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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Granted publication date: 20110831 |