一种单方向测量位移的机器视觉系统及其实现方法与流程

本发明涉及视觉检测技术领域，尤其是涉及一种单方向测量位移的机器视觉系统及其实现方法。

背景技术：

位移测量有很多方法，但每一种方法都有各自的特点，在具体的应用环境下，现有的方测量法中，有的场合量程不合适，有的场合测量方法不合适，有的场合精度不合适，有的场合成本达不到应用要求，比如电子人体秤，其用超声波的办法测量人体的身高，在成本的限制下，低端的超声波传感器测量数据不准确，误差比较大。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有技术的不足，提供一种低成本、宽量程、适合各种精度要求的单方向测量位移的机器视觉系统及其实现方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种单方向测量位移的机器视觉系统，其包括视觉传感模块、标尺、基尺及显示控制模块，所述标尺贴合设置在基尺的背面，所述标尺上设置有指示刻度标线及刻度指示值，所述刻度指示值与指示刻度标线匹配设置，所述视觉传感模块设置在标尺及基尺一侧，所述视觉传感模块与显示控制模块电性连接。

在其中一个实施例中，所述显示控制模块内预设有矩形图像处理区域，所述矩形图像处理区域的下边缘与基尺的上端部边缘重合。

一种单方向测量位移的机器视觉系统的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）、将视觉传感模块的摄像头垂直设置在标尺与基尺的交汇处；

（2）、视觉传感模块将摄像头在交汇处拍照得到标尺图像发送至显示控制模块内；

（3）、显示控制模块对标尺图像设置矩形图像处理区域，获取矩形图像处理区域内标尺图像上的刻度指示值对应的刻度指示值x0与刻度指示值最低点在矩形图像处理区域内的y轴坐标值y0；其中，所述矩形图像处理区域设置有长边及短边，所述短边与基尺的上端部边缘重合，所述长边与标尺的运动方向平行。

（4）、获取刻度指示值与指示刻度标线的实际距离值h，最终可获得与基准刻度线重合的标尺的刻度数值x=x0+ky0-h，其中k为距离像素比。

在其中一个实施例中，所述步骤（3）的操作步骤为：

（3.1）将矩形图像处理区域内的标尺图像转换为灰度图，以减少图像数据量，保留图像特征，减少计算量，便于算法实现；

（3.2）预设一个阈值t，用阈值t对矩形图像处理区域内的标尺图像进行自适应二值化处理，将矩形图像处理区域内的标尺图像分成大于阈值t的像素群和小于阈值t的像素群两部分，大于阈值t的像素群置为1，小于阈值t的像素群置为0；具体地，以迭代最佳阈值方法获取标尺图像的最佳阈值；

（3.3）对矩形图像处理区域内经二值化处理的标尺图像进行扫描投影；

（3.4）统计沿短边方向的投影数据中连续非零像素群的个数，并记录下各个连续非零像素群的起始点和终点坐标，将连续非零像素群保存至数据库a中，将起始点及终点坐标保存至数据库b中；

（3.5）对数据库a中保存的连续非零像素群进行像素最大值查找，获得一个像素值最大的连续非零像素群；

（3.6）从数据库b中获取像素值最大的连续非零像素群的起始点及终点坐标y0；

（3.7）统计沿长边方向的投影数据，获得每个字符的起始坐标，根据预设字符的字符宽度可以得到沿长边方向的投影数据中每个字符的终点坐标，每个字符的终点坐标等于每个字符的起始坐标加上预设字符宽度，其中，预设字符宽度为字符沿长边方向投影的宽度值；

（3.8）根据步骤（3.3）~（3.7）的结果对步骤（3.2）经二值化处理的标尺图像进行分割，获得刻度指示字符图像；

（3.9）识别刻度指示字符图像并将对应的刻度指示值显示在显示控制模块上。。

在其中一个实施例中，所述识别刻度指示字符图像并将刻度指示值显示在显示控制模块上的方法，包括如下步骤：

拍摄标尺上具有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9的图像并保存为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9的数字模板；

将步骤（3.8）中的刻度指示字符图像与0、1、2、3、4、5、6、7、8、9的数字模板分别进行比对，获得刻度指示字符图像对应的刻度指示值。

在其中一个实施例中，步骤（4）中k的计算方法是通过视觉传感模块的摄像头拍摄一个尺寸为dr的标定物图像，并上传标定物图像到显示控制模块内，获得标定物图像首尾跨越的像素数量di，k＝dr/di。

综上所述，本发明一种单方向测量位移的机器视觉系统及其实现方法通过视觉传感模块将标尺图像传输给显示控制模块，通过二值化及扫描投影处理，获得刻度指示值，并利用距离像素比进行实时标定，获得刻度指示值与指示刻度标线的实际距离值，保证本发明的测量精度。

附图说明

图1为本发明一种单方向测量位移的机器视觉系统的结构示意图；

图2为本发明一种单方向测量位移的机器视觉系统中标尺的结构示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1和图2所示，本发明一种单方向测量位移的机器视觉系统包括视觉传感模块10、标尺20、基尺30及显示控制模块40，所述标尺20贴合设置在基尺30的背面，所述标尺20可沿基尺30方向来回滑动运作，所述标尺20上设置有指示刻度标线21及刻度指示值22，所述刻度指示值22与指示刻度标线21匹配设置，所述标尺20为传统的直尺构造，刻度指示值22设置在指示刻度标线21上方；所述基尺30上端部边缘所在的水平线为基准刻度线；所述视觉传感模块10设置在标尺20及基尺30一侧，，所述视觉传感模块10用于对标尺20进行监测并拍照，所述视觉传感模块10与显示控制模块40电性连接，所述视觉传感模块10将拍摄到的图像发送到显示控制模块40内进行分析判断；所述显示控制模块40内预设有矩形图像处理区域，所述矩形图像处理区域的下边缘与基尺30的上端部边缘重合，所述视觉传感模块10对矩形图像处理区域内标尺20的刻度指示值22及指示字符刻度线进行监测并拍照。

一种单方向测量位移的机器视觉系统的实现方法，包括如下步骤：

（1）、将视觉传感模块10的摄像头垂直设置在标尺20与基尺30的交汇处；

（2）、视觉传感模块10将摄像头在交汇处拍照得到标尺图像发送至显示控制模块40内；

（3）、显示控制模块40对标尺图像设置矩形图像处理区域，获取矩形图像处理区域内标尺图像上的刻度指示值22对应的刻度指示值22x0与刻度指示值22最低点在矩形图像处理区域内的y轴坐标值y0；其中，所述矩形图像处理区域设置有长边及短边，所述短边与基尺30的上端部边缘重合，所述长边与标尺20的运动方向平行。

（4）、获取刻度指示值22与指示刻度标线21的实际距离值h，最终可获得与基准刻度线重合的标尺20的刻度数值x=x0+ky0-h，其中k为距离像素比，具体地，本发明摄像头采集的标尺图像为像素图，通过视觉传感模块10的摄像头拍摄一个已知尺寸为dr的标定物图像，并上传标定物图像到显示控制模块40内，获得标定物图像首尾跨越的像素数量di，k＝dr/di。

其中，步骤（3）的具体操作步骤为：

（3.1）将矩形图像处理区域内的标尺图像转换为灰度图，以减少图像数据量，保留图像特征，减少计算量，便于算法实现；

（3.2）预设一个阈值t，用阈值t对矩形图像处理区域内的标尺图像进行自适应二值化处理，将矩形图像处理区域内的标尺图像分成大于阈值t的像素群和小于阈值t的像素群两部分，大于阈值t的像素群置为1，小于阈值t的像素群置为0；具体地，以迭代最佳阈值方法获取标尺图像的最佳阈值；

（3.3）对矩形图像处理区域内经二值化处理的标尺图像进行扫描投影；

（3.4）统计沿短边方向的投影数据中连续非零像素群的个数，并记录下各个连续非零像素群的起始点和终点坐标，将连续非零像素群保存至数据库a中，将起始点及终点坐标保存至数据库b中；

（3.5）对数据库a中保存的连续非零像素群进行像素最大值查找，获得一个像素值最大的连续非零像素群；

（3.6）从数据库b中获取像素值最大的连续非零像素群的起始点及终点坐标y0；

（3.7）统计沿长边方向的投影数据，获得每个字符的起始坐标，根据预设字符的字符宽度可以得到沿长边方向的投影数据中每个字符的终点坐标，每个字符的终点坐标等于每个字符的起始坐标加上预设字符宽度，其中，预设字符宽度为字符沿长边方向投影的宽度值；

（3.8）根据步骤（3.3）~（3.7）的结果对步骤（3.2）经二值化处理的标尺图像进行分割，获得刻度指示字符图像；

（3.9）识别刻度指示字符图像并将对应的刻度指示值22显示在显示控制模块40上。

其中，所述识别刻度指示字符图像并将刻度指示值22显示在显示控制模块40上的方法，包括如下步骤：

拍摄标尺20上具有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9的图像并保存为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9的数字模板；

将步骤（3.8）中的刻度指示字符图像与0、1、2、3、4、5、6、7、8、9的数字模板分别进行比对，获得刻度指示字符图像对应的刻度指示值22，其中，分割出的刻度指示字符图像与10个数字模板分别进行比对，比对按欧几里德距离计算公式计算即可，10次比对则有10个距离值，10个距离值中最小值对应的模板数值就是识别的结果数值，每个分割出的刻度指示字符字符同理操作，最终得到完整的刻度指示值22。

综上所述，本发明一种单方向测量位移的机器视觉系统及其实现方法通过视觉传感模块10将标尺图像传输给显示控制模块40，通过二值化及扫描投影处理，获得刻度指示值22，并利用距离像素比进行实时标定，获得刻度指示值22与指示刻度标线21的实际距离值，保证本发明的测量精度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。