邢沖

摘 要：本系統(tǒng)通過運(yùn)用激光測距和圖像處理技術(shù)進(jìn)行物體尺寸檢測，當(dāng)系統(tǒng)對(duì)被測物體進(jìn)行測量時(shí)，由激光器發(fā)射的兩條激光束投射到檢測對(duì)象表面或被測量對(duì)象所在的平面上，形成明亮的斑點(diǎn)。并通過CCD攝像機(jī)進(jìn)行圖像處理，將拍攝到的圖像通過圖像采集卡進(jìn)行采集，并最終輸入電腦計(jì)算機(jī)中驚醒圖像檢測處理，最終先去最優(yōu)質(zhì)的圖像信息進(jìn)行處理以此得到最終數(shù)據(jù)。對(duì)組成尺寸檢測系統(tǒng)的測距系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的相關(guān)組成進(jìn)行了討論。關(guān)鍵詞：PSD激光測距 圖像處理 尺寸檢測

中圖分類號(hào)：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）09（b）-0002-02

激光作為一種新型的光源，主要誕生于20世紀(jì)60年代，并且因其具有良好的特性獲得了廣大科研人員的普遍應(yīng)用。激光還擁有良好的方向性、良好的單色性以及較高的亮度，這是其他光源所不具備。

從最初誕生的光電檢測技術(shù)，經(jīng)過將近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，隨著圖像處理技術(shù)的提高、自動(dòng)控制系統(tǒng)越來越智能、以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的日趨完善，因此更加精準(zhǔn)的圖像測量技術(shù)順應(yīng)時(shí)代的潮流而產(chǎn)生。它所具備的突出特點(diǎn)主要有信息效率高、非接觸、測量精度高、自動(dòng)化程度高、速度快、以及頻寬與信息容量極大等[1]。正因?yàn)檫@種技術(shù)具有如此之多的優(yōu)點(diǎn)，才使得在如此之短的時(shí)間內(nèi)被各行各業(yè)的科研人員所廣泛應(yīng)用并得到迅猛發(fā)展。

1 測量系統(tǒng)基本原理

本系統(tǒng)主要由兩大部分組成，分別是CCD成像系統(tǒng)和PSD激光測距系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)對(duì)被測物體進(jìn)行測量時(shí)，由激光器發(fā)射的兩條激光束投射到檢測對(duì)象表面或被測量對(duì)象所在的平面上，形成明亮的斑點(diǎn)。并用CCD攝像機(jī)對(duì)光斑所在為止進(jìn)行拍攝，進(jìn)一步對(duì)攝像機(jī)的焦距進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，使拍攝到圖像足夠清晰，也就是能夠清晰地顯示兩條光斑和需要測量的物體表面。將拍攝到的圖像通過圖像采集卡進(jìn)行采集，并最終輸入電腦計(jì)算機(jī)中驚醒圖像檢測處理，最終先去最優(yōu)質(zhì)的圖像信息進(jìn)行處理以此得到最終數(shù)據(jù)[2]。最后通過復(fù)雜計(jì)算得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

原理關(guān)系圖如圖1所示。通過測量系統(tǒng)的測距端口發(fā)射激光光束，在被測物體的表面投射出對(duì)應(yīng)的光斑，那么被測對(duì)象表面與激光束之間會(huì)產(chǎn)生傾斜角，用α表示。

根據(jù)幾何光學(xué)原理可知。

+= （1）

式中，f為透鏡焦距；L為被測距離，b為從焦點(diǎn)到成像點(diǎn)的垂直距離。

根據(jù)b和β的關(guān)系整理可得：

L=f×（1+） （2）

因?yàn)榧す馄髋c被測物體平面存在夾角，所兩個(gè)激光器到被測物體平面的距離分別用L1、L2表示，通過上述公式，分別求出L1、L2，因此傾斜角α為：

tanα= （3）

由以上聯(lián)立可知所求的寬度尺寸如下：

K=X×tanα （4）

2 PSD測距系統(tǒng)

本系統(tǒng)選用的是一維PSD。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的PSD測距系統(tǒng)在其內(nèi)部左右兩側(cè)各安置一個(gè)PSD激光測距檢測裝置，其中每個(gè)檢測裝置都有精準(zhǔn)激光光源、精密PSD探測器、用于接受光路的透鏡、用于發(fā)射光路的透鏡以及信號(hào)處理電路五部分構(gòu)成。激光器發(fā)射的經(jīng)過發(fā)射透鏡聚焦的激光光束照射在想要被測量的平面上形成激光小光斑，而小光斑在經(jīng)過反射后，反射回來又會(huì)被接受透鏡所接受，最后聚焦成像。為了能夠盡可能地提高測量系統(tǒng)的精度，因此我們應(yīng)該將PSD進(jìn)行傾斜放置，這樣就盡可能地將光斑精確地聚焦在PSD的受光面上，又因?yàn)镻SD具有很快的相應(yīng)速度，與其匹配的處理電路也不復(fù)雜，但是卻對(duì)光源具有較低的要求，較寬的響應(yīng)光譜，這樣也就減少了檢測過程中的誤差幾率。

3 圖像采集系統(tǒng)

本系統(tǒng)中的CCD圖像采集系統(tǒng)，為了能夠?qū)⑺铚y量的物體的實(shí)際尺寸精準(zhǔn)的測量出來，我們需要采集一系列的圖像信息，例如采集圖像的像點(diǎn)位置和被測物體的相對(duì)空間尺寸，通過圖像信息處理的方式進(jìn)行成像縮小比計(jì)算，并在此基礎(chǔ)進(jìn)行圖像信息重建。我們還能通過軟硬件方面的完善進(jìn)而提高測量的精度，如在硬件方面，可以將CCD攝像機(jī)的分辨率進(jìn)行提高得以實(shí)現(xiàn)，還可以將成像系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差通過各種校正的方法來減少；而軟件方面，我們可以將相應(yīng)的算法一步一步進(jìn)行很好的完善，同時(shí)還可以在計(jì)算機(jī)上通過特定技術(shù)對(duì)提取的像素邊緣進(jìn)行細(xì)化處理，對(duì)采集的圖像以此來提高精度[3]。

4 測量結(jié)果

為了能夠很好的檢測我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)得測量精度，所以我們選擇的檢測對(duì)象為一塊25.012mm寬度的1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)量塊。但是考慮到所選則的量塊尺寸，為了更好地體現(xiàn)測量精度，我們選擇在為距離1.2m遠(yuǎn)的距離上進(jìn)行相同條件下的重復(fù)測量，測量次數(shù)為五次，將所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理如表1所示。

參考文獻(xiàn)

[1] 常鍵生.檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[2] 《幾何量實(shí)用測試手冊(cè)》編委會(huì).幾何量實(shí)用測試手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985.

[3] 顏偉彬.CCD信號(hào)數(shù)據(jù)采集及處理[D].華中科技大學(xué)，2004.endprint