[發(fā)明專利]一種高精度亞像素圓形零件測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810623601.6
• 申請(qǐng)日: 2018-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN109003258B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王晗;李逸;林燦然;張芳建;白羽鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G06T3/40;G06T3/00;G01B11/24
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 杜鵬飛;楊曉松

1.一種高精度亞像素圓形零件測(cè)量方法，其特征在于，包括下述步驟：

步驟一，獲取圓形零件的原圖；

步驟二，對(duì)步驟一中獲取的原圖進(jìn)行二值化處理，然后再將二值化處理后的圖片使用findContours算法尋找輪廓，然后通過(guò)設(shè)置輪廓面積的最大值和最小值，進(jìn)而篩選出符合測(cè)量需要的圓形輪廓，然后獲取該圓形輪廓的最下外接矩形，從而獲得所需測(cè)量的圓形所在區(qū)域的ROI圖像；

步驟三，對(duì)步驟二中得到的ROI圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理；對(duì)ROI圖像進(jìn)行灰度處理，引入高斯濾波函數(shù)，如下述公式所示：

其中，所述h(x，y)為高斯濾波器模板的系數(shù)，(x,y)為圖像點(diǎn)坐標(biāo)；采用3×3大小的核對(duì)圖像進(jìn)行高斯濾波，去除ROI圖像中的噪聲，便于準(zhǔn)確獲得所需要的圓形輪廓；然后采用OTSU算法找到ROI圖像合適的分割閾值設(shè)為T，如下述公式所示：

其中，v(x，y)為二值化前的圖像在(x,y)點(diǎn)的像素灰度值，v′(x，y)為二值化后的圖像在(x,y)點(diǎn)的像素灰度值；通過(guò)二值化ROI圖像使圓的區(qū)域?yàn)楹谏渌麉^(qū)域?yàn)榘咨纱双@得二值化的ROI圖像；

并且將二值化后的ROI圖像采用3×3大小的核進(jìn)行形態(tài)學(xué)閉運(yùn)算，消除小型空洞；然后對(duì)獲得的圖像進(jìn)行尋找輪廓操作，通過(guò)面積篩選找到圓形輪廓；

步驟四，對(duì)步驟三中所獲得的圓形輪廓進(jìn)行尋找最小包圍圓形操作，獲取 初始圓心center(Cx_i，Cy_i)和半徑R，該獲取初始圓心和半徑操作的目的是為了獲取寬度為一個(gè)像素的矩形區(qū)域；

步驟五，進(jìn)行基于三次樣條擬合的亞像素檢測(cè)；以穿過(guò)圓心的豎直線與圓輪廓相交的點(diǎn)，在該點(diǎn)附近做一個(gè)寬度為一個(gè)像素的矩形Rect(Cx_i，Cy_i-R-15，1，2×15)，即(Cx_i，Cy_i-R-15)為左上角點(diǎn)，寬度為一個(gè)像素，高度為2×15，并以此矩形在步驟二的ROI圖像中獲取一個(gè)小型ROI圖像，然后遍歷該小型ROI圖像，獲取每個(gè)像素的灰度值f(y)，其中y即為小型ROI圖像中每個(gè)像素的縱坐標(biāo)，用多項(xiàng)式曲線擬合成三次方函數(shù)，如下述公式所示：

f(y)＝a×y³+b×y²+c×y+d，

求得a,b,c,d四個(gè)參數(shù)的值，則求導(dǎo)后的f′(y)函數(shù)為其梯度函數(shù)，此梯度函數(shù)為二次函數(shù)，求得此梯度函數(shù)區(qū)間的最大值即為灰度梯度最大，灰度梯度最大即為灰度變化最大，故此時(shí)所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)即為圓形邊緣的亞像素點(diǎn)；

步驟六，用仿射變換旋轉(zhuǎn)步驟二中的ROI圖像，以1度為遞進(jìn)值，旋轉(zhuǎn)360次，獲得360圓形邊緣亞像素點(diǎn)，則此時(shí)獲得的亞像素點(diǎn)坐標(biāo)為小型ROI圖像的坐標(biāo)；

步驟七，根據(jù)步驟六的亞像素檢測(cè)結(jié)果，將獲得的亞像素點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為步驟一中原圖上的亞像素點(diǎn)坐標(biāo)，亞像素點(diǎn)的集合點(diǎn)坐標(biāo)為(x_i，y_i)，設(shè)圓的半徑為r，圓心坐標(biāo)為(a₁,b₁)，則圓的方程如下述公式所示：

(x_i-a₁)²+(y_i-b₁)²＝r²，

由于隨機(jī)誤差的影響，因此P_i點(diǎn)可能沒(méi)有落在圓周上，按最小二乘法的計(jì)算方法，將P_i點(diǎn)的誤差用ε_i表示，如下述公式所示：

ε_i＝(x_i-a₁)²+(y_i-b₁)²-r²，

由于誤差值可能為正或者為負(fù)，因此通過(guò)誤差的平方和來(lái)度量整體的誤差大小，求誤差平方和M最小時(shí)各個(gè)參數(shù)的值，如下述公式所示：

其中，Ω為圓邊緣區(qū)域的像素點(diǎn)集；根據(jù)最小二乘原理，通過(guò)求解下述線性方程組：

可求得圓心參數(shù)(a₁,b₁)和半徑參數(shù)r，然后再標(biāo)定就可以獲得標(biāo)定系數(shù)，最后即可獲得圓形零件的實(shí)際半徑值。