基于图像处理的型坯直径非接触测量方法研究

　　本文采用正面散射光照明方式。散射光照射物体正面，光线比较柔和，没有方向性，对型坯表面能减少强光，光源的安装易于实现；但是部分边缘可能产生模糊。光源和摄像机的安装位置如图2所示，摄像机安装于左右光源的中间，能够拍摄到的型坯长度大约为250ram。

　　相应硬件设备的选择设计如下：

　　1)光源：采用日光灯做为光源，得到的效果较为满意。如果要获得更好的效果，可采用LED平面光源，但是将加大运行成本。

　　2)光学镜头：采用6倍变焦镜头。其技术指标为：视角是31．3～5．5。、焦距是8．5～51mm、光圈是F1．2～16C。

　　3)CCD 摄像机：采用台湾Mintron的MS-2821C黑白工业摄像机。分辨率是795(H)×596(v)，CCD尺寸为l/2英寸，最小照度为 0．02Lux/ F1．2。在型坯轮廓图像的处理中，拍摄的型坯长度约为250mm，最长直径约为45mm。由于CCD摄像机的水平像素为795，可得 250mm/795≈0．31447mm/像素，所以长度为45mm的直径大约用143个像素来表示。假如有一个像素的测量误差，直径的误差将为1 /143≈0．7％。可见，图像分辨率是制约检测精度的关键因素，选择高分辨率的图像采集设备则是提高测量精度的有效途径。

　　4)图像采集卡：采用基于PCI总线的OK系列图像采集卡，OK系列图像采集卡由于采用了高精度Gen Lock技术和线性箝位技术，所采集的图像点阵位置精度高，A/D转换后的数字视频信号误差小，采样点的抖动不大于3ns，高档卡可达ins，传输速度最高可达132MHz。由于采用了匹配式的高速传输方式，加上完善的软硬件中断处理，在向内存采集图像的同时，CPU可以独立做其它图像处理工作，这种图像采集与CPU图像处理的分享总线技术为并行图像处理提供了技术基础，使CPU获得了大量的时间用于处理。

　　由于通过高速PCI总线可实现直接采集图像到VGA显存或主机系统内存，而不必像传统AT总线的采集卡必须自带帧存。这不仅可以使图像直接采集到VGA，实现单屏工作方式，而且可以利用PC机内存的可扩展性，实现所需数量的序列图像逐帧连续采集，进行序列图像处理分析。此外，由于图像可直接采集到主机内存，图像处理可直接在内存中进行，因此图像处理的速度随CPU速度的不断提高而得到提高，因而使得对主机内存的图像进行并行实时处理成为可能。

　　本文所采用的图像采集卡是OK-C80M。它是基于PCI总线，多路复合视频输入的实时采集卡。OK-C80M是可32位彩色格式采集和8位黑白格式采集的彩色黑白两用采集卡，且Metoer兼容。 OK-C80M适用于图像处理、工业监控和多媒体的压缩、处理等研究开发和工程应用领域。

　3 型坯直径测量的实现

　　3．1 图像采集与处理

　　1)安装图像检测设备。调整CCD摄像机与型坯之间的距离；保证CCD摄像机位于水平位置上，使得CCD芯片垂直方向上的列像素与型坯轴线共面，这样可以减少计算型坯外径像素数的误差。

　　2)图像的采集。摄像机输出的模拟视频信号连接到计算机PCI插槽上的图像采集卡，设置图像采集卡参数，用软件拍摄型坯图像，并存储到计算机内存或硬盘里面，作为下一步的图像处理使用。

　　3)图像预处理。对采集到的型坯图像进行平滑处理，尽可能消除噪声的干扰，改善图像质量，减少噪声对测量精度的影响。

　　4)边缘提取和图像分割。对平滑后的图像运用边缘检测算子或灰度阈值分割法提取型坯外轮廓的边缘图像。

　　5)边缘曲线的跟踪和连接。由边缘提取所得到边缘图像含有干扰小线段，为了检测出有用的目标边缘曲线，需对型坯边缘曲线进行跟踪和连接，
去除干扰小线段。

　　6) 型坯直径的检测。对最终得到的型坯外轮廓边缘图像自下向上行扫描，得到型坯左边缘点坐标为，右边缘点坐标为，则通过简单计算可以得到型坯直径分布。