CN115655104B - 一种多向取像的内凹形物体尺寸测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多向取像的内凹形物体尺寸测量方法，涉及尺寸测量领域，包括以下步骤：将待测物体放置于指定拍照位置，并使待测面对准固定位置的相机；依次单独打开均匀环绕于所述待测面中心轴线设置的至少两个光源并拍照，所述至少两个光源均倾斜朝向待测面的中心设置；将获得的至少两张照片进行像素对比，保留深色的像素点；将保留的深色的像素点重新组合排列形成新的图像；利用计算机对形成的新的图像进行分析，测出所需要的尺寸。本发明通过相机对被测物体多次拍照，每次拍照的光照角度不同，形成不同阴影，将各个较深的像素点重新合成新的图片，供计算机识别，大大降低识别误差，节省成本。
Description
技术领域
本发明涉及尺寸测量领域，尤其涉及一种多向取像的内凹形物体尺寸测量方法。
背景技术
无论是在生产加工中，还是人们平时的生活中，都经常会需要对一些内凹形物体的尺寸进行测量。
内凹形的物体如一些管状物，盒状物等，如需要测量其内径、外径，长宽高等参数，现有技术中目前主要分为接触式测量和平面加扫描的取像处理测量技术。接触式测量顾名思义就是利用类似游标卡尺等与物体接触式的测量件对物体进行测量，但是这种测量方法效率较低，精度较差，并且容易受到环境限制，一些场合是无法接触被测物体的。平面加扫描的取像处理测量技术一方面耗时较长，另一方面成本高；而如果直接采用拍照识别技术，计算机在自动识别图像中物体轮廓的时候很容易因为难以识别出现误差。
发明内容
针对现有技术中计算机对物体照片图像的轮廓难以识别从而测量物体各个尺寸是容易产生误差的问题，本发明旨在提供一种多向取像的内凹形物体尺寸测量方法，以解决该问题，使计算机能够快速准确地识别物体的轮廓线，从而精确快速地测量物体的几何尺寸参数，具体的技术方案如下：
一种多向取像的内凹形物体尺寸测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将待测物体放置于指定拍照位置，并使待测面对准固定位置的相机；
S2:依次单独打开均匀环绕于所述待测面中心轴线设置的至少两个光源并拍照，所述至少两个光源均倾斜朝向待测面的中心设置；
S3：将S2中获得的至少两张照片进行像素对比，保留深色的像素点；
S4：将S3中保留的深色的像素点重新组合排列形成新的图像；
S5：利用计算机对 S4中形成的新的图像进行分析，测出所需要的尺寸。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过相机对被测物体多次拍照，每次拍照的光照角度不同，利用了内凹形物体本身的特性，拍摄的照片会形成不同角度的阴影，利用像素对比选取深色的像素点，将选取的各个较深的像素点重新合成新的图片，供计算机识别，相比直接对物体进行拍照获得的图片，计算机对图片的识别误差大大降低，相比于激光扫描等技术则降低了测量成本。
优选地：所述光源的数量为2-4个。
至少采用两个光源才有可能完整地合成和待测物体形状一致的阴影，而如果设置过多的光源多次进行拍照，不仅浪费时间，还增加成本，因此2-4个是优选的光源数量。
优选地：所述光源的数量为4个。
当光源设置为两个时，相当于取像的夹角为180°，然而由于各种原因，取得的阴影面积是很难达到180°的，阴影面积形成的夹角一般略小于180°，因此选用两个光源时合成图片后会有一小部分难以识别；
而采用三个光源虽然可以弥补两个光源的缺陷，但三个光源需要精确地安装在等边三角形的三个顶点上，安装点的精度要求很高，一定程度上提高了生产成本，因此目前选择4个光源为最优的方案。
优选地：所述光源的照射方向与所述待测面之间的夹角为20°~60°。
光源的位置固定后，光源照射与被测物表面的夹角对被测物的轮廓清晰度有很大的影响。当光源<20°时，整体画面偏暗，与周边景的色差小，识别域值低容易造成轮廓误判，从而引起测量时识别到外部点，造成测量值大于真实值；当光源>60°时,整体画面亮度高，被测物面与内非测面的轮廓呈现高亮度值，易造成计算机识别不到轮廓点，从而无法进行测量出尺寸值。
进一步地：所述至少两个光源位于同一竖直平面内。
通过保证各个光源在同一竖直平面内，各个光源对待测面的照射强度、照射面积等参数均能保证相对一致，尽可能保证各个照片阴影面积、颜色深度等参数的一致性。
进一步地：所述步骤S2在黑暗环境中完成。
在黑暗环境中完成，拍出的照片深色的像素点更为明显，像素对比时出现误判的概率低，并且计算机对合成的图形识别时误差的概率也更小。
进一步地：还包括S6：计算机将S5中测出的尺寸信息传递给控制器。
将测出的尺寸信息传递给控制器，可方便尺寸信息的进一步利用，尤其是工业上可以依据一些原材料或者工件的尺寸信息进行下一个加工工序。
附图说明
图1是用于表示实施例1中照相机和光源的位置关系的正面示意图（省略待测物）；
图2是图1中照相机和光源位置关系的左视图；
图3是实施例2中上方光源开启时的拍照效果图；
图4是实施例2中下方光源开启时的拍照效果图；
图5是图3和图4的合成效果图。
图6是针对不同内径的待测物采用不同角度光源的拍摄效果图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：
结合图1和图2所示，首先在封闭的箱体内安装好水平设置的照相机1，以保证拍摄时处于黑暗环境，并将物体待测面3放在正对照相机1的位置。箱体内还设置4个光源2，四个光源2均匀环绕于待测面3的轴线设置，且均朝向待测面3的中心设置，由于待测物体是内凹形的，每个光源2拍出的照片约可形成中心角为180度的阴影，因此4个光源2完全足够形成360度的阴影。四个光源2位于同一平面内，从而保证四个光源2形成的平面与待测面3平行，四个光源2到待测面3中心的距离相等。
放置好待测物体后，依次单独打开4个光源2并拍照，之后将4张得到的照片进行像素对比，像素对比技术为现有技术，例如可利用mvp机器视觉算法平台软件。像素对比的目的是选取4张照片中颜色最深的像素点，依次对比每一个像素点后将选取的各个最深的像素点合成新的图片，利用计算机识别新的图片，从而测出待测物体在待测面3上的尺寸。由于合成后的图片每一个像素点均是最深色的像素点且其形状与待测面3一致，相比于直接拍照计算机更容易识别，从而识别时产生误差的概率大大减小。测出尺寸后，计算机将该尺寸信息发送给控制器，以方便后续工序利用该尺寸数据进行操作。
如图2所示，每一个光源2与待测平面之间的夹角A优选为20~60度，其目的是使计算机识别合成图片的轮廓最精准，误差最小。
实施例二：
与实施例一不同的是，光源2的数量改为两个，分别从上下两侧照射待测面3，结合图3至图5所示，图3为上方光源2照射时拍摄的照片，图4为下方光源2照射时拍摄的照片，将图3和图4的照片按照上述方法合成后得到图5中的照片，由此可以看出，单个光源2照射得到的阴影部分的中心角很难达到180度，合成后的照片仍会有一部分区域颜色较浅，计算机识别时产生误差的概率相比于4个光源2时概率偏大。但由于两个光源2的方案可以有效降低成本，在一些精度要求不算太高的情形下可以使用。
如图6所示，关于光源与待测面3之间的夹角A的大小对合成图片轮廓的清晰度有较大影响。图中为针对不同内径的待测物（Φ40mm~Φ200mm）采用不同角度的光源所排出的照片的效果图，从图6中可以清晰地看出，当光源与待测面3之间的夹角A过小时，如0°和15度时，合成的图片偏暗，与周边景的色差小，识别域值低容易造成轮廓误判，从而引起测量时识别到外部点，造成测量值大于真实值；当光源与待测面3之间的夹角A过大时，如75°和90°时，被测物面与内非测面的轮廓呈现高亮度值，容易造成识别不到轮廓点，从而无法进行测量出尺寸值。因此保证光源与待测面3之间的夹角A在20°-60度之间，计算机识别合成图片的轮廓最精准，误差最小。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种多向取像的内凹形物体尺寸测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将待测物体放置于指定拍照位置，并使待测面对准固定位置的相机；
S2:依次单独打开均匀环绕于所述待测面中心轴线设置的至少两个光源并拍照，所述至少两个光源均倾斜朝向待测面的中心设置；
S3：将S2中获得的至少两张照片进行像素对比，保留深色的像素点；
S4：将S3中保留的深色的像素点重新组合排列形成新的图像；
S5：利用计算机对 S4中形成的新的图像进行分析，测出所需要的尺寸；
所述光源的照射方向与所述待测面之间的夹角为20°~60°。
2.如权利要求1所述的多向取像的内凹形物体尺寸测量方法，其特征在于：所述光源的数量为2-4个。
3.如权利要求2所述的多向取像的内凹形物体尺寸测量方法，其特征在于：所述光源的数量为4个。
4.如权利要求1所述的多向取像的内凹形物体尺寸测量方法，其特征在于：所述至少两个光源位于同一竖直平面内。
5.如权利要求1-4任一项所述的多向取像的内凹形物体尺寸测量方法，其特征在于：所述步骤S2在黑暗环境中完成。
6.如权利要求5所述的多向取像的内凹形物体尺寸测量方法，其特征在于：还包括S6：计算机将S5中测出的尺寸信息传递给控制器。
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