一種不規(guī)則凸面物體體積的非接觸光學(xué)測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及物體體積測量領(lǐng)域，尤其涉及一種不規(guī)則凸面物體體積的非接觸光學(xué) 測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 體積測量作為現(xiàn)代社會不可缺少的一門測量技術(shù)，其廣泛應(yīng)用于機械制造、醫(yī)學(xué)、 化工、食品、廣告、建筑等行業(yè)中，而體積的測量時間、測量精度、測量成本、測量過程是否會 對被測物體造成損害等已經(jīng)成為測量技術(shù)好壞的評判標(biāo)準(zhǔn)。
[0003] 目前，國內(nèi)在這項技術(shù)的研宄方法主要是基于機器視覺的圖像三維建模體積測量 方法、排水法、超聲波測量法、激光掃描法等?；跈C器視覺的圖像三維建模所需要的算法 較復(fù)雜，測量時間長，而且測量誤差較大，所以不適合推廣；排水法測量會對被測物體造成 一定程度的損害，而且對于醫(yī)藥、化工等不能浸水的物體便無法測量，并且測量過程不方 便；超聲波測體積和激光掃描雖然結(jié)果準(zhǔn)確，但由于其儀器價格昂貴，操作復(fù)雜，因此也不 利于推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供了一種不規(guī)則凸面物體體積的非接觸光學(xué) 測量方法，通過該方法可以對多種不規(guī)則凸面物體的體積進行測量，測量所需時間短、測量 精度高、測量過程自動化程度高，可以廣泛推廣到機械制造、醫(yī)學(xué)、化工、食品、廣告、建筑等 行業(yè)中。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0006] 一種不規(guī)則凸面物體體積的非接觸光學(xué)測量方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0007] 1)相機標(biāo)定：采用相機標(biāo)定的方法來進行相機標(biāo)定，通過在標(biāo)定板放置已知面積 的多個標(biāo)準(zhǔn)圖形，并將這多個標(biāo)準(zhǔn)圖形對稱地擺放在標(biāo)定板中，并將標(biāo)定板豎直放置在水 平測量平臺的正中心，調(diào)用相機對標(biāo)定板進行圖像采集，計算出標(biāo)定板中所放置的圖形的 像素點，并通過計算得到的標(biāo)定板的像素點與標(biāo)定板所放置的圖形的實際面積進行換算， 從而得到像素點與實際面積之間的對應(yīng)關(guān)系；由于在實際測量過程中，被測物體的側(cè)面并 不都是與底面垂直，所以我們對得到的標(biāo)定結(jié)果進行修正，從而縮小由被測物體側(cè)面傾斜 所帶來的測量誤差；
[0008] 2)原始圖像采集：通過將被測物體放置在旋轉(zhuǎn)的水平測量平臺上，并設(shè)置背景屏 幕和輔助光源，通過LabVIEW程序控制相機和水平測量平臺的協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)水平測量平 臺每旋轉(zhuǎn)一個角度時，相機拍攝一張圖片；
[0009] 3)圖像濾波處理：通過對圖像進行濾波處理，去掉圖像中的噪音點，從而為接下 來的圖像處理提供更精確的原始數(shù)據(jù)；
[0010] 4)被測物體高度測量：通過計算采集到的圖像中物體底面和物體最高點之間的 像素差，并將所有圖片中被測物體的高度的像素值進行累加求平均，并結(jié)合相機標(biāo)定過程 得到的像素點與實際面積的換算關(guān)系，從而得到被測物體的實際高度；對于被測物體頂點 的投影不與底面的中心重合的物體來講，當(dāng)被測物體旋轉(zhuǎn)時，頂點的運動軌跡是以底面中 心為圓心做圓周運動的。因此，CCD攝像頭所捕捉到的物體最高點到底面的距離就不再是 一個固定值，而是在不斷變化的。當(dāng)光源在旋轉(zhuǎn)平臺上的分布是均勻時，位于旋轉(zhuǎn)平臺中心 的標(biāo)定桿的標(biāo)定值可以約等于變化數(shù)值的平均值。但在現(xiàn)實測量中，很難保證光源的均勻 性，因此我們對高度值進行修正，從而得到更加準(zhǔn)確的高度值。
[0011] 5)圖像輪廓提?。簩Σ杉降拿恳粡埍粶y物體的圖像進行輪廓提取，從而根據(jù)得 到的輪廓線來為體積計算提供數(shù)據(jù)；
[0012] 6)被測物體分割：將被測物體以相同高度進行500等分的劃分，從而得到500個 以物體對應(yīng)高度下的橫截面為底面，高度為被測物體高度500分之一的小物體；
[0013] 7)分割的小物體體積計算：通過輪廓線，得到每一個角度下每一個高度的輪廓 線，從而可以根據(jù)每一個角度下每一個高度的輪廓線，并結(jié)合割補思想，將每一個高度下的 不規(guī)則橫截面轉(zhuǎn)換成規(guī)則的橫截面，然后根據(jù)規(guī)則圖形面積的計算方法來計算不規(guī)則橫截 面的面積；利用微元思想，當(dāng)小物體的高度足夠小的時候，小物體的體積可以近似地等于以 該橫截面為底面的小柱體。從而根據(jù)柱體的體積計算公式得到小物體的體積；
[0014] 8)被測物體體積計算：將500個被測物體的體積進行累加，從而可以得到被測物 體的實際體積。
[0015] 進一步，所述相機為(XD攝像頭。
[0016] 進一步，所述CCD攝像頭為SunTime500A攝像頭。
[0017] 進一步，所述水平測量平臺由步進電機帶動旋轉(zhuǎn)。
[0018] 進一步，所述水平測量平臺是與被測物體顏色相差較大的單一顏色的有機玻璃平 臺。
[0019] 進一步，所述背景屏幕的顏色為與被測物體顏色相差較大的單一顏色。
[0020] 進一步，所述輔助光源是由LED光源組成。
[0021]CCD攝像頭擺放在正對著水平平臺的正前方，并調(diào)節(jié)好鏡頭的焦距，使攝像頭能夠 在水平平臺中心呈現(xiàn)清晰的像。背景屏幕豎直架設(shè)在測量平臺的正后方，并且正對著攝像 頭，使攝像頭采集到的圖像中充滿背景屏幕；輔助光源架設(shè)在被測物體的左右兩邊，在測量 過程中提供主動光源。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0023] 本發(fā)明通過將被測物體放置在水平測量裝置上，并通過由CCD攝像頭、水平平臺、 輔助光源、背景屏幕對被測物體進行圖像采集，圖像采集過程與水平平臺旋轉(zhuǎn)相協(xié)調(diào)，實現(xiàn) 水平平臺每旋轉(zhuǎn)一個角度，攝像頭采集一張圖片，當(dāng)水平平臺旋轉(zhuǎn)一周時，即完成被測物體 的圖像采集過程。通過LabVIEW程序?qū)Σ杉降囊唤M圖像進行濾波處理、輪廓線提取、被測 物體分割、分割的小物體體積計算、被測物體體積計算等過程，從而實現(xiàn)體積測量。解決了 目前需要通過物體的三維建模來進行體積計算的困難，解決了因接觸性測量所帶來的被測 物體的損壞，也解決了超聲波測量、激光掃描等方法所需設(shè)備昂貴的問題。利用本測量方法 可以對不規(guī)則凸面物體的體積進行快速、準(zhǔn)確地測量，系統(tǒng)搭建方便、所需設(shè)備造價便宜， 測量過程自動化程度高。
[0024] 本測量方法是基于機器視覺的體積測量方法，只需要用到由CCD攝像機、水平平 臺、輔助光源、背景屏幕組成的測量裝置，就可以對被測物體進行圖像采集，并計算出被測 物體的體積，系統(tǒng)搭建方便，所需設(shè)備造價便宜。
[0025] 同時，還具有以下優(yōu)點：
[0026]1、算法簡便，避免了通過復(fù)雜的圖像三維重建算法來進行體積計算。
[0027] 2、測量時間短，完成一次測量所需的時間不超過20秒。
[0028] 3、測量精度高，誤差小。
[0029] 4、測量范圍廣，不受被測物體的顏色所影響。
[0030] 5、測量過程由計算機自動控制處理，自動化程度高。
【附圖說明】
[0031] 附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明， 并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制，在附圖中：
[0032] 圖1為本測量方法所需測量裝置的俯視圖。
[0033] 圖2為本測量方法的處理流程圖。
[0034] 圖3為相機標(biāo)定板。
[0035] 圖4為相機標(biāo)定角度分割示意圖。
[0036]圖5為被測物體采集圖像濾波前后對比圖。
[0037] 圖6為高度測量過程圖。
[0038] 圖7為高度測量底面分割示意圖。
[0039] 圖8為圖像輪廓提取結(jié)果圖。
[0040] 圖9為被測物體體積分割示意圖。
[0041] 圖1中，1一一C⑶攝像頭； 2-一攝像頭與測量平臺距離調(diào)節(jié)裝置；
[0042] 3--輔助光源支撐板；4--水平測量平臺；
[0043] 5 輔助光源； 6背景屏蒂；
【具體實施方式】
[0044] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實 施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0045] 本發(fā)明實施例提供一種不規(guī)則凸面物體體積的非接觸光學(xué)測量方法，實現(xiàn)不規(guī)則 凸面物體體積的測量，具體原理如