基于单目视觉的圆形物体直径测量方法
                                                 丁海洋，朱兴龙 ，成沁源
                                       (扬州大学机械工程学院，江苏 扬州〓225127)
     为了测量圆形物体的直径，无需考虑复杂的成像模型，基于一种先测量后建模的思想，首先测出一系列标准物体的直径，接着依次将这些物体放到测量平台上，通过图像处理的方法依次获取这些物体在CCD相机中的直径，建立一一对应的关系。根据这些数据，利用曲线拟合的方法建立实验模型。最后根据实验模型，在一定范围内测量其他未知直径的物体，并与人工用游标卡尺测量这些物体的直径进行比较，验证了该方法的可行性并分析了尺寸测量误差产生的原因。

    直径是几何量测量的重要参数之一，在现代工业中应用十分广泛，在工业生产与控制中，对直径实现快速与高精度的测量有着重要的价值。文献提出了一种基于物体的数学模型与成像轮廓进行三维视觉测量与重建的方法。该方法用于有规则形状的物体，利用被测物体数学描述和物体轮廓及其投影之间的关系进行三维测量与重建，获得尺寸参数。文献基于单目视觉，构建出一种便捷、大量程的测量曲面系统。该系统能够测量不规则的物体，通过对系统标定，提高了测量精度。文献提出了一种基于单目视觉测量平面上物体位置的方法，利用标定出的模型参数，根据目标图像坐标算出其平面坐标位置，实现目标的定位及长度测量。以上的方法大多是先推导出数学模型，然后根据模型计算。对摄像机采用内外参数标定，标定较为麻烦。本文基于先测量再建模的思想，先测量出一系列的圆形物体的直径，然后通过图像处理的方法，获取图像中一系列圆的直径。利用数据拟合的方法，建立实际测量的直径与程序获取的直径之间的测量模型，然后利用测量模型去得到未知直径物体的直径。

1〓直径检测的方法
    在测量过程中，根据测头是否接触物体，将测量分为接触式测量与非接触式测量。接触式测量原理简单，使用方便，价格低，但测量速度慢，使用时易受到环境因素的影响，会对被测物体表面造成影响。接触式测量主要包括卡尺测量、千分尺测量、经纬仪测量、三坐标测量机测量等。非接触式测量与被测物体不接触，对物体表面没有影响，测量速度快，应用十分广泛。常见的检测方法有电容检测法、光电检测法、视觉检测法等。本文使用单目视觉检测，以OpenCV与VS2008进行程序设计，能够实现圆形物体直径的快速准确测量。

2〓图像处理算法
    图像的处理过程包括：图像的获取、图像的灰度处理、二值化、提取图像的边缘轮廓、对图像的轮廓进行拟合、获取图像的直径。首先通过CCD相机获取圆形物体的原始图像，然后使用OpenCV中的函数对图像进行灰度处理，接着对图像进行阈值处理。阈值处理是一种广泛应用的区域分割技术，利用物体和背景两者之间灰度值不一样，首先选取合适的阈值，然后判断图像中每个像素点是不是满足阈值的要求，之后确定该像素点是属于物体还是背景，从而生成二值图像。将获取到的彩色图像转换为灰度图像和二值图像的目的是提高图像处理的运算速度。图1是一元硬币的原始图像，图2是灰度图像。
获得物体的二值图像之后，需要获取图像的边缘，也就是物体的轮廓。图像的边缘是图像的最基本特征，边缘点是指图像中像素灰度有阶跃变化或

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作者简介：丁海洋(1991—)，男，江苏扬州人，扬州大学硕士研究生，主要研究方向为机械设计及理论。


（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）

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