基于激光測距和圖像處理的尺寸檢測系統設計

邢沖

摘 要：本系統通過運用激光測距和圖像處理技術進行物體尺寸檢測，當系統對被測物體進行測量時，由激光器發射的兩條激光束投射到檢測對象表面或被測量對象所在的平面上，形成明亮的斑點。并通過CCD攝像機進行圖像處理，將拍攝到的圖像通過圖像采集卡進行采集，并最終輸入電腦計算機中驚醒圖像檢測處理，最終先去最優質的圖像信息進行處理以此得到最終數據。對組成尺寸檢測系統的測距系統和圖像處理系統進行了系統的分析，對系統內部的相關組成進行了討論。關鍵詞：PSD激光測距 圖像處理 尺寸檢測

中圖分類號：TP391.4 文獻標識碼：A 文章編號：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，經過將近半個世紀的發展，隨著圖像處理技術的提高、自動控制系統越來越智能、以及現代科學技術的日趨完善，因此更加精準的圖像測量技術順應時代的潮流而產生。它所具備的突出特點主要有信息效率高、非接觸、測量精度高、自動化程度高、速度快、以及頻寬與信息容量極大等[1]。正因為這種技術具有如此之多的優點，才使得在如此之短的時間內被各行各業的科研人員所廣泛應用并得到迅猛發展。

1 測量系統基本原理

本系統主要由兩大部分組成，分別是CCD成像系統和PSD激光測距系統。當系統對被測物體進行測量時，由激光器發射的兩條激光束投射到檢測對象表面或被測量對象所在的平面上，形成明亮的斑點。并用CCD攝像機對光斑所在為止進行拍攝，進一步對攝像機的焦距進行相應的調整，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行采集，并最終輸入電腦計算機中驚醒圖像檢測處理，最終先去最優質的圖像信息進行處理以此得到最終數據[2]。最后通過復雜計算得出實驗結果。

原理關系圖如圖1所示。通過測量系統的測距端口發射激光光束，在被測物體的表面投射出對應的光斑，那么被測對象表面與激光束之間會產生傾斜角，用α表示。

根據幾何光學原理可知。

+= （1）

式中，f為透鏡焦距；L為被測距離，b為從焦點到成像點的垂直距離。

根據b和β的關系整理可得：

L=f×（1+） （2）

因為激光器與被測物體平面存在夾角，所兩個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）

由以上聯立可知所求的寬度尺寸如下：

K=X×tanα （4）

2 PSD測距系統

本系統選用的是一維PSD。本系統設計的PSD測距系統在其內部左右兩側各安置一個PSD激光測距檢測裝置，其中每個檢測裝置都有精準激光光源、精密PSD探測器、用于接受光路的透鏡、用于發射光路的透鏡以及信號處理電路五部分構成。激光器發射的經過發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，而小光斑在經過反射后，反射回來又會被接受透鏡所接受，最后聚焦成像。為了能夠盡可能地提高測量系統的精度，因此我們應該將PSD進行傾斜放置，這樣就盡可能地將光斑精確地聚焦在PSD的受光面上，又因為PSD具有很快的相應速度，與其匹配的處理電路也不復雜，但是卻對光源具有較低的要求，較寬的響應光譜，這樣也就減少了檢測過程中的誤差幾率。

3 圖像采集系統

本系統中的CCD圖像采集系統，為了能夠將所需測量的物體的實際尺寸精準的測量出來，我們需要采集一系列的圖像信息，例如采集圖像的像點位置和被測物體的相對空間尺寸，通過圖像信息處理的方式進行成像縮小比計算，并在此基礎進行圖像信息重建。我們還能通過軟硬件方面的完善進而提高測量的精度，如在硬件方面，可以將CCD攝像機的分辨率進行提高得以實現，還可以將成像系統產生的誤差通過各種校正的方法來減少；而軟件方面，我們可以將相應的算法一步一步進行很好的完善，同時還可以在計算機上通過特定技術對提取的像素邊緣進行細化處理，對采集的圖像以此來提高精度[3]。

4 測量結果

為了能夠很好的檢測我們所設計的系統得測量精度，所以我們選擇的檢測對象為一塊25.012mm寬度的1級標準量塊。但是考慮到所選則的量塊尺寸，為了更好地體現測量精度，我們選擇在為距離1.2m遠的距離上進行相同條件下的重復測量，測量次數為五次，將所得的實驗數據整理如表1所示。

參考文獻

[1] 常鍵生.檢測與轉換技術[M].北京：機械工業出版社，1999.

[2] 《幾何量實用測試手冊》編委會.幾何量實用測試手冊[M].北京：機械工業出版社，1985.

[3] 顏偉彬.CCD信號數據采集及處理[D].華中科技大學，2004.endprint