一种应用于车用灯泡的在线尺寸测量的方法技术

本发明专利技术属于图像处理和模式识别领域，涉及一种应用于车用灯泡的在线尺寸测量的方法。该方法可以全面有效的获得车用灯泡的各部位尺寸并且完全满足国家标准GB 15766.1‑2008中所涉及的要求。本发明专利技术依据计算机视觉原理，将接触式测量方法中硬件系统的优点和非接触式测量方法中图像处理算法的优点相结合，设计了一套完整、实用、移植性强的硬件系统，利用中值滤波，双边滤波，Canny算法，自适应二值化，椭圆拟合，旋转外包络矩形，曲率限定以及各种适当的阈值限定方法，精确地计算出了车用灯泡的各部位尺寸。本发明专利技术所设计的检测方法，完全满足国家标准GB 15766.1‑2008中的要求，并且该方法较传统的测量方法具有测量速度快、精度高的优点，而且可移植性较好，符合工厂实际需求，可以广泛应用于其它零件的测量之中。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于车用灯泡的在线尺寸测量的方法
本专利技术涉及一种应用于车用灯泡的在线尺寸测量的方法，更具体的说，本专利技术所提供的检测方法，可以全面有效的获得车用灯泡的各部位尺寸并且完全满足国家标准GB15766.1-2008中所涉及的要求。
技术介绍
为了确保汽车的产品质量，提高安全系数以及用户体验，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会联合发布了道路机动车辆车用灯泡尺寸、光电性能要求的强制性国家标准(NationalStandardGB15766.1-2008)，用以对车用灯泡生产科学规范，对其质量严格把关。目前车用灯泡的尺寸测量方法主要有接触式的测量方法和非接触式的测量方法。针对接触式的测量方法，最传统的是人工检测，但由于劳动强度大，效率低，现正在被逐步淘汰。现在工厂中依然用的较多的是夹具检测，这些工厂根据自身情况，都有设计出或简单或复杂的夹具系统。但是接触性测量会带来很多不利因素，比如车用灯泡本身在接触性测量时会由于碰触而产生损伤，一次检测的项目十分有限，而且，由于每种测量系统和测量方法都是针对具体型号的车用灯泡而设计的，降低了测量系统的适用范围和检测的速度，无法满足工业生产线上的检测，所以接触性检测的应用前景十分有限。针对非接触式的测量方法，大致分为两类方法，投影法，机器视觉检测法。投影法是GB15766.1-2008所介绍的检测方法，精度高，操作简便，但是难以应用于工厂流水线的实际生产。机器视觉检测法具有非接触、柔性好、精度高、速度快、自动化和智能化水平高等优点，可以很好地满足车用灯泡的检测要求。华中科技大学的伍济钢等人设计出了一套基于机器视觉的零件尺寸检测系统，可以有效精确的得到待测零件轮廓尺寸；上海交通大学信息检测技术及仪器系的洪海涛等人总结出了一套具有实用的边缘检测算法，可以实现几何量测量中某些难测参数(如薄板零件的小孔孔径和孔心距)的自动测量；巴黎东大学(UPEC)的RamikDM等人提出了一个新颖的视觉显著目标检测的快速算法，可以有效地对检测对象进行检测和识别。这几种方法分别介绍了图像处理技术在尺寸测量方面的应用，可以看出图像处理技术在该领域已经发展的比较成熟，而且其中也不乏优秀的系统和方法。但是，这些图像处理技术均未应用到车用灯泡的在线检测方面，一方面是由于其中所涉及的算法的复杂性，导致在线检测不能做到实时检测的要求；另一方面由于硬件设施的限制，导致所获得图像精度不高，影响了检测的精度。所以本专利技术将硬件结构和软件算法上加以协调和创新，完成了此次测量方法。本专利技术设计的在线尺寸测量方法，正是为了解决上述问题而提出来的。综合接触式测量方法中硬件系统的优点和非接触式测量图像处理的算法搭建了一套车用灯泡在线尺寸测量系统，同时使用C++软件设计，运用时下流行的图像处理算法对采集到的车用灯泡图像进行处理，很好的计算出了车用灯泡规格参数，完全满足国家标准GB15766.1-2008中的要求，并且该方法较传统的测量方法具有测量速度快、精度高的优点，而且可移植性较好，可以广泛应用于其它零件的测量之中。
技术实现思路
本专利技术提供一种快速、可靠、实用、操作便捷的基于图像的车用灯泡在线尺寸测量方法，该方法可以全面有效的获得车用灯泡的各部位尺寸并且完全满足国家标准GB15766.1-2008中所涉及的要求，可以有效解决工厂实际生产需求。所述的车用灯泡在线尺寸测量系统的硬件系统包括：用于运输车用灯泡的流水线工作平台1套；用于获取车用灯泡的外部轮廓和灯丝形状的白色背光源，光源个数为2个；用于获取车用灯泡的灯销轮廓的低角度前置照明光源，光源个数为2个；用于捕获高精度低畸变图像的远心镜头，镜头个数为2个；用于采集图像的黑白摄像机，图像分辨率为1600x1200，相机个数为2个；用于精度控制、图像采集和数据处理的计算机一台；所述的车用灯泡在线尺寸测量方法适用于国家标准GB15766.1-2008中所涉及的尺寸要求，针对所述的尺寸要求，设计开发了专有的捕获车用灯泡图像的硬件系统，其示意图如图1所示，系统先利用白色背光源获取车用灯泡的外部轮廓和灯丝形状，利用低角度前置照明光源获取灯销的轮廓，再利用成90度夹角的两个远心镜头搭配黑白摄像机获取可接受畸变系数的车用灯泡图像，将成像信息送入计算机平台进行图像分析处理，得到所需的实际尺寸。待测量的车用灯泡尺寸示意图如图2所示，在侧视图下，Lx为主灯丝和副灯丝的距离，Le为主灯丝和灯销的距离，Lc为车用灯泡外壳最大的直径，Ld为灯销到外壳顶点的距离，在俯视图下，Ly为主灯丝和副灯丝的距离，Lf为主灯丝的长度。设计系统时，并不需要从车用灯泡上面拍摄，如图1所示，当两个镜头成九十度夹角，并且左边相机正对车用灯泡灯销时，可利用左边相机捕获的图像计算Lx、Le、Lc、Ld、Lf，而右边相机捕获的图像可以计算Ly。车用灯泡图像处理步骤示意图如图3所示，详细操作步骤如下：步骤1：使用黑白摄像机采集流水线上的车用灯泡图像，对于图1中左边相机捕获的图像，如图4(a)所示，我们按照步骤2到步骤6处理，对于图1中右边相机捕获的图像，如图4(b)所示，我们按照步骤7处理。步骤2：为便于之后的灯销和灯丝的提取，需要对图4(a)进行滤波处理，以消除噪声干扰。本专利技术为了提高处理速度，选用中值滤波对图4(a)进行滤波处理，滤波后的图像如图5(a)所示。步骤3：利用Canny算法对图5(a)中的图像进行处理，以得到车用灯泡的轮廓，如图5(b)所示。步骤4：由图5(b)可以看出，车用灯泡的灯销近似为圆形，灯丝近似为矩形，所以，本专利技术采用椭圆拟合来检测灯销，拟合后的图像效果图如图6(a)所示，显然，拟合后有很多干扰椭圆，通过设定阈值，可以限定出唯一确定的椭圆并因此得到灯销的轮廓，如图6(b)所示。本专利技术还采用旋转外包络矩形的方法来检测灯丝，检测后的灯丝如图7(a)所示，显然，拟合后有很多干扰矩形，通过设定阈值，可以限定出两个矩形并因此得到主灯丝轮廓和副灯丝轮廓，如图7(b)所示。由主灯丝轮廓可以计算得到Lf，由主灯丝和副灯丝的轮廓距离可以计算得到Lx，由灯销轮廓和主灯丝轮廓距离可以计算得到Le。步骤6：针对车用灯泡外壳直径以及外壳顶点，本专利技术先利用椭圆拟合提取外壳边缘，然后利用提取到的边缘进行曲率估计。在步骤4的椭圆拟合中，我们发现车用灯泡外壳近似于椭圆，并且拟合出的椭圆特征明显，因此，本专利技术利用拟合后的椭圆设定条件，提取出车用灯泡外壳轮廓，如图8(a)所示。其中，非闭合曲线为车用灯泡外壳轮廓，闭合的椭圆为对应的拟合椭圆。显然，车用灯泡外壳由一段曲率变化的弧线构成，特别是在外壳的上部近似于圆形，外壳的下部近似于直线，两者的相交处是曲率变化最大的地方，并且也正是外壳直径所在区域。因此，本文利用曲线的曲率估计来检测车用灯泡的外壳直径，其中曲率估计限定算法原理如图9所示，车用灯泡外壳直径检测效果图如图10(a)所示，其中，外壳两个端点连接的是所拟合椭圆的圆心，通过此方法便可以计算出Lc。同样利用曲率估计可以检测车用灯泡的外壳顶点，车用灯泡外壳顶点检测效果图如图10(b)所示，其中，外壳顶点连接的是所拟合椭圆的圆心，通过此方法再加上步骤4得到的灯销坐标便可以计算出Ld。步骤7：安排右边相机捕获图像的目本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于车用灯泡的在线尺寸测量的方法，其特征是，包括下列步骤：步骤1：使用黑白摄像机采集流水线上的车用灯泡图像，对于系统左边相机捕获的图像，本专利技术按照步骤2到步骤6处理，对于系统右边相机捕获的图像，本专利技术按照步骤7处理。步骤2：将左边相机捕获的图像的像素值按大小进行排序，生成单调上升或下降的二维数据序列。二维中值滤波输出值可表示为：g(x，y)＝med{f(x‑k，y‑l)，(k，l∈W)}  (1)其中，f(x，y)为所述的车用灯泡图像中的坐标点，f(x‑k，y‑l)为所述车用灯泡图像中的坐标点在W模板范围中的坐标点，g(x，y)为所述车用灯泡图像经过二维中值滤波后图像中的坐标点，W为二维模板，k为模板W的水平尺寸，l为模板W的垂直尺寸，med是以f(x，y)为中心，模板W所覆盖范围内像素点灰度的中值；步骤3：利用Canny算法对经过步骤2处理后所获得的图像进行轮廓提取，以得到车用灯泡的轮廓。步骤4：采用椭圆拟合来检测灯销，假设椭圆拟合后检测到的椭圆有n个，Ci和Cj均表示所述的n个椭圆中的任一椭圆，0＜i≤n，0＜j≤n。Ci(Ci.x，Ci.y)和Cj(Cj.x，Cj.y)分别表示椭圆Ci和Cj的椭圆中心坐标，Ci.x和Ci.y分别为椭圆Ci的横坐标和纵坐标的值，Cj.x和Cj.y分别为椭圆Cj的横坐标和纵坐标的值，Ci.d和Cj.d分别为椭圆Ci和Cj的短轴长度值。本专利技术有如下限定公式：...

【技术特征摘要】
1.一种应用于车用灯泡的在线尺寸测量的方法，其特征是，包括下列步骤：步骤1：使用黑白摄像机采集流水线上的车用灯泡图像，对于系统左边相机捕获的图像，本发明按照步骤2到步骤6处理，对于系统右边相机捕获的图像，本发明按照步骤7处理。步骤2：将左边相机捕获的图像的像素值按大小进行排序，生成单调上升或下降的二维数据序列。二维中值滤波输出值可表示为：g(x，y)＝med{f(x-k，y-l)，(k，l∈W)}(1)其中，f(x，y)为所述的车用灯泡图像中的坐标点，f(x-k，y-l)为所述车用灯泡图像中的坐标点在W模板范围中的坐标点，g(x，y)为所述车用灯泡图像经过二维中值滤波后图像中的坐标点，W为二维模板，k为模板W的水平尺寸，l为模板W的垂直尺寸，med是以f(x，y)为中心，模板W所覆盖范围内像素点灰度的中值；步骤3：利用Canny算法对经过步骤2处理后所获得的图像进行轮廓提取，以得到车用灯泡的轮廓。步骤4：采用椭圆拟合来检测灯销，假设椭圆拟合后检测到的椭圆有n个，Ci和Cj均表示所述的n个椭圆中的任一椭圆，0＜i≤n，0＜j≤n。Ci(Ci.x，Ci.y)和Cj(Cj.x，Cj.y)分别表示椭圆Ci和Cj的椭圆中心坐标，Ci.x和Ci.y分别为椭圆Ci的横坐标和纵坐标的值，Cj.x和Cj.y分别为椭圆Cj的横坐标和纵坐标的值，Ci.d和Cj.d分别为椭圆Ci和Cj的短轴长度值。本发明有如下限定公式：其中，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8是长度的限定值，具体根据所选用的车用灯泡型号来确定，例如，针对P21/5W12V的车用灯泡，C1＝1.2，C2＝1.4，C3＝2.4，C4＝2.8，C5＝0.2，C6＝0.2，C7＝1.2，C8＝1.4，单位是厘米。通过公式2的长度阈值限定后，便可以限定得出唯一的一个椭圆Ci，即所述的车用灯泡的灯销所拟合出的椭圆。采用旋转外包络矩形的方法来检测灯丝，假设利用旋转外包络矩形的方法后检测到的矩形有m个，Ri和Rj均表示所述的m个矩形中的任一矩形，0＜i≤m，0＜j≤m。Ri(Ri.x，Ri.y)和Rj(Rj.x，Rj.y)分别表示矩形Ri和Rj的矩形中心坐标，Ri.x和Ri.y分别为矩形Ri的横坐标和纵坐标的值，Rj.x和Rj.y分别为矩形Rj的横坐标和纵坐标的值，Ri.w和Ri.h分别为矩形Ri的宽和高，Rj.w和Rj.h分别为矩形Rj的宽和高。本发明有如下限定公式：1其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12是长度的限定值，具体根据所选用的车用灯泡型号来确定，例如，针对P21/5W12V的车用灯泡，R1＝0.5，R2＝1.1，R3＝6，R4＝6.3，R5＝0.3，R6＝0.5，R7＝6.5，R8＝6.7，单位是厘米，R9＝5.5，R10＝8，R11＝784，R12＝1024，单位是平方厘米。通过公式3的长度阈值限定后，便可以限定得出唯一的一个矩形Ri和矩形Rj，其中，矩形Ri为所述的车用灯泡的主灯丝所拟合出的矩形，矩形Rj为所述的车用灯泡的副灯丝所拟合出的矩形。由主灯丝所拟合出的矩形Ri可以计算得到Lf，由主灯丝和副灯丝所拟合出的矩形的中心距...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋丽梅，王佳炎，杨燕罡，习江涛，郭庆华，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12