摘 要

基于图像的长度检测系统一直是工业生产过程中的重要环节，其测量结果直接影响工业生产产品质量和生产效率。伴随着现代工业的发展基于图像的测量技术已经逐渐在工业领域得到广泛的应用。相比于传统测量手段基于图像处理的检测技术拥有快速、准确、柔性高等特点在生产和生活中得到了广泛应用。因此，如何应用图像进行长度检测已经成为一个具有现实意义的课题。

本文主要是通过背光光源、相机、图像采集卡等作为图像采集系统的硬件装置，以LabVIEW以及其视觉模块搭建软件平台，对测量物体的长度进行测量的系统方案设计。并通过实验验证系统的可靠性。

根据研究内容首先根据测量对象的特点搭建图像处理系统，光源、相机、软件平台的选择。其次对采集的图像进行滤波，卷积、标定等前期处理。然后利用LabVIEW视觉工具编译并生成LabVIEW初始代码，并在其基础上完成系统的各项功能。对vbai生成的labview程序进行修改，添加一些新函数来完善界面，方便检测。最后搭建平台，验证测试系统，并分析造成误差的原因。

关键词：LabVIEW;长度检测系统；图像处理。

Abstract

Based on image length detection system has been an important link in the process of industrial production, the measurement result has a direct impact on the industrial product quality and production efficiency. Along with the development of modern industry based on image measurement technology has gradually in the field of industry are widely used. Compared to traditional measurement detection technology based on image processing has a fast and accurate, flexible and high in production and life has been widely used. Therefore, how to apply image length detection has become a subject with subject .

This paper is mainly through the backlight light source, camera, image acquisition card for image acquisition system hardware device, with LabVIEW and the vision module to build software platform, the length of the measured object measurement system design. And through experimental verification of the system reliability.

According to the research content first according to the characteristics of the measured object and build the image processing system, light source, camera, software platform choice. Secondly the image acquisition filtering, convolution, calibration preprocessing. Then the LabVIEW visual tools to compile and generate the initial code in LabVIEW, and complete the function of the system on the basis of. Vbai to generate the LabVIEW program to modify, add some new functions to improve the interface, easy to detect.Finally, build the platform, system verification test and analysis errors.

Key Words：LabVIEW; length detection system; image processing.

目录

第1章 绪论 1

1.1 图像检测技术概述 1

1.2图像测量技术现状以及未来趋势 2

1.3图像长度检测系统的背景和意义 2

1.4基于图像的长度检测系统的主要内容 3

1.5基于图像的长度检测系统所测量物体的特征 3

第2章 基于图像的长度检测系统总体方案 4

2.1基于图像的长度检测系统设计总体构思 4

2.2基于图像的长度检测系统硬件设计方案 4

2.2.1 基于图像的长度检测系统的照明光源 5

2.2.2基于图像的长度检测系统的相机选择 6

2.2.3基于图像的长度检测系统的镜头选择 7

2.2.4系统图像采集卡选择 8

2.2.5基于图像的长度检测系统的载物台设计 8

2.2.6图像采集的整体流程 9

2.3 基于图像的长度检测系统软件设计方案 9

2.3.1LabVIEW及其视觉工具简介. 9

2.3.2系统软件设计方案 10

2.4 本章小结 11

第3章 基于图像的长度检测系统测量方法 11

3.1基于图像检测系统的图像采集方法 12

3.2图像的预处理方法 16

3.2.2图像的平滑与增强处理 17

3.3图像标定及矫正方法 19

3.3.2标定模板 20

3.3.3标定过程 20

3.4 图像特征的匹配方法 23

3.5长度计量方式 26

3.5.1方式一 ：测点到直线的距离 26

3.5.2方式二 ：测点到点的距离 29

3.5.3 长度检测方式选择 32

第4章 基于图像的长度测量系统主控软件 33

4.1基于图像的长度测量系统程序流程 33

4.1程序流程图 33

4.2.长度测量系统操作界面 34

4.4本章小结 35

第5章 基于图像的长度测量系统实验 35

5.1实验装置 36

5.1.1实验硬件装置 36

5.2.2实验软件平台 38

5.3实验过程 39

5.3.1 理想条件测量 39

5.3.2不同角度光照对测量的影响 39

5.4系统成本分析 40

5.5系统误差分析 40

5.6本章小结 41

第6章 结论及展望 42

参考文献 44

致谢 46

绪论

1.1 图像检测技术概述

测量技术一直伴随着人类的生产活动和日常生活，如古代的测量工具——规（测方）和准绳（测长）；“布手知尺”伸开拇指与食指间的距离为尺，随着人类社会的发展，测量范围随之扩大，测量的精度有所提高，出现更为精确的尺；

工业时代的到来使得生产水平大幅提升，测量技术水平也同生产要求的提升而发展，出现了传统的测量方法以及检测工具例如有卡尺、显微镜、螺旋测微计、轮廓仪等等。随着科技发展工业5.0时代已经到来对产品的精确性和生产效率的需求已经不同往日，一些传统机械的检测方法已经无法满足当前社会的需求。

最早测量是应用机械式工具，随着光学的应用出现了光学测量仪器。30年代发明出电学测量工具。50年代末发明出数字式显示方式的坐标测量机，几年之后，以图像处理技术及机器视觉为核心的图像测量技术终于问世。经过之后测量技术发展越来越成熟从原来常规尺寸检测到非常规范围的测量，从接触式机械有损测量到非接触式光学无损测量，测量手段更加高明，测量技术更加先进，测量结果更为精确，测量成 本进一步降低，测量精度飞跃性的提高。传统方法不足以满足当前生产需求新的测量技术与手段孕育而生，例如借助于声、光、电、磁、计算机技术等技术进行测量，从单一学科单一检测到各个学科相互融合的综合检测，形成归纳总结各种学科成果从而形成的新型测量系统。

本次毕设所用到的图像测量技术^[1]是以现代光学和光电子学作为基础学科，以计算机视觉和数字图像信息处理技术为核心，其中还融合了机械、自动控制等技术的现代综合性测量技术。这种新型的检测方法具有很多突出的优点：它可以非接触式地进行测量、测量精度高、速度快、动态范围广、实时监控、采集信息量大等，在诸多领域得到广泛应用，例如在航空航天远程测量、精密仪器尺寸测量、3D外观检测等与图像技术相关的领域^[2]。范围之广可以设计方方面面，其中对于微小尺寸测量，图像测量技术可以非接触式测量、动态测量范围大，图像检测可以轻松面对。就拿多种微小元件的测量举例，通过调节摄像系统的放大系数（保证采集图片的摄像系统有足够高的分辨率），便可的达到毫米量级、微米量级甚至纳米量级的参数要求的测量，再通过算法的编译能达到更好的测量精度。对于大型机械表面尺寸测量，通过对对其表面的不同位置进行图像拍摄，当有局部图像重叠就可以利用信息冗余来图像对接从而的到完整的表面图像^[3]，然后对得到的整体图形就可以测得整个表面尺寸，这种方法测量效率大大增加，降低测量成本，最主要可以达到客观的精度。图像检测技术最突出的就是对复杂结构或曲面表面的尺寸测量，他不光测量精度高速度快而且只需要一副或几幅精确的轮廓信息图像就能测出准确尺寸，只要能编译合适的算法根据相应的参数就能检测各种结构复杂的表面测量范围十分广，速度快测量准确^[4]。

1.2图像测量技术现状以及未来趋势

上个世纪八十年代末图像处理技术传到我国，九十年代在国内逐渐开展研究，开始时是使用线阵CCD进行在线长度测量，因为技术有限单个像素之间的间距做不到太小从而使得测量结果与实际偏差大。期间面阵CCD成像技术用于几何尺寸测量也得到广泛关注，但大多数只停留在对具体物体测量算法的研究还没有形成很完整的系统 ^[22]。近年来图像测量系统在工业生产，产品检测等应用中经常出现^[21]，中科大李为民等人开发的高精度CCD投影法测径系统可以测量1mm—8mm的范围，系统经过标定后测量不确定度降至±3μm；上海交大信息检测技术及仪器系等人用AN11250激光测量仪标定，其测量精度小于1微米；合肥工业大学马道文研究基于计算机视觉的活塞环闭间隙测量系统对图像边缘的亚像素定位技术对300μm的开口进行测量；文献^[7]台湾智泰科技集团测量仪器方面有很多成果，例如2D光学影像测量仪，3D光学影像测量仪。