小型连接件尺寸高精度测量研究
来源:电子技术应用2012年第9期
俞 甫, 钟绍俊, 谢 敏, 孙 坚
中国计量学院 机电工程学院,浙江 杭州 310018
摘要: 提出了一种非接触式的机器视觉尺寸测量方案。首先使用摄像机标定矫正畸变效应,获得摄像机内参数,随后采用双线定位法确定针脚位置,利用基于Zernike矩的亚像素边缘检测算法实现边缘检测和针宽测量。实验分析了该方法在小型连接件尺寸高精度检测中的效果。
中图分类号: TP391
文献标识码: A
文章编号: 0258-7998(2012)09-0144-03
Research of high-precision measurement of small connector
Yu Fu, Zhong Shaojun, Xie Min, Sun Jian
College of Mechanical and Electrical Engineering, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
Abstract: A noncontact dimension measurement project is proposed based on machine vision. Firstly,camera calibration is used to correct the distortion effect and get more parameters about the camera, then using two lines to find the pin’s position, after that, Zernike moments sub-pixel edge detection algorithm is used to realize the edge detection of the image. Finely, the result of the method in small connector is analyzed.
Key words : camera calibration; two lines; Zernike moments; sub-pixel edge detection

    小型连接件广泛应用于电子拔插设备中,其尺寸是否合格直接影响电子产品的使用寿命。机器视觉是一种基于图像处理技术的非接触式测量技术,检测结果精确、可靠。在尺寸检测中,一般采用短焦距定焦光学镜头,因此不可避免地将引入非线性畸变。另外,机器视觉图像处理的结果通常为像素个数,实际应用中需要得到像素与实际尺寸之间的关系,才能换算出实际尺寸,所以需要进行摄像机标定得到畸变参数和像素当量[1-2]。

    亚像素检测方法目前已被广泛应用于高精度测量中,亚像素表示图像中每个像素将会被分为更小单元,达到更高精度。传统的边缘检测算子,如Sobel算子、Canny算子等对图像边缘的定位只能达到像素级,Zernike矩方法是亚像素边缘检测算子中应用最广泛的方法[3],其定位精度和运行时间均优于其他的空间算子。
    本文首先对摄像机进行标定,采用双线定位法找到针脚位置,最后利用基于Zernike矩的亚像素边缘检测算法找到针缘边位置,计算针宽。实验结果表明,该方法检测精度高、效果好。
1 摄像机标定
1.1 畸变参数

     实际摄像机的透镜总是在成像仪的边缘位置产生显著的畸变,畸变主要分为径向畸变和切向畸变两种。径向畸变来自于透镜形状的设计,而切向畸变来自于整个摄像机的组装过程中[4]。针对径向畸变,成像仪中心的畸变为0,随着向边缘移动,畸变越来越重,成像仪某点的径向位置可按下式进行调节:


 

 

    其中,xi为左侧边缘点横坐标,xi′为xi同纵坐标下右侧边缘点横坐标。
    根据标定图像可得每33.6个像素对应实际距离为0.2cm,计算结果见表1。

    通过实验分析和比较结果表明,通过摄像机标定可以有效地消除摄像头畸变,为后续尺寸测量精度提供保障,而且基于Zernike矩的亚像素边缘检测方法不仅提高了边缘检测的精度,同时也缩小了尺寸检测中的误差。
参考文献
[1] 李文涛.基于两步法的摄像机标定[J].控制工程,2011,9(18):48-51.
[2] 高俊钗,雷志勇,王泽民.高精度测量的相机标定[J].电光与控制,2011,18(2):93-96.
[3] 韩丽燕,陈方林.一种Zernike矩亚像素边缘检测的优化算法[J].电子测试,2010,6(6):1-5.
[4] 李明金,熊显名,张绍兵.一种基于Opencv的摄像机标定新方法[J].激光与光电子学进展,2009(12):99-102.
[5] 马艳娥,高磊,吕晶晶.基于改进的Canny算子和Zernike矩的亚像素边缘检测方法[J].电子测试,2011,7(7):20-23.
[6] PAPAKOSTAS G A, BOUTALIS Y S. Numerical error analysis in Zernike moments computation[J]. Image of Computer Vision, 2006,24(9):960-969.

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