利用邊緣檢查的尺寸檢查圖像傳感器

尺寸測(cè)量/邊緣檢測(cè)

利用邊緣檢查的尺寸檢查是圖像傳感器的最新應(yīng)用趨勢(shì)。圖像傳感器可以將檢查對(duì)象在平面上表現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)邊緣檢測(cè),測(cè)算位置、寬度、角度等。

下面將按照處理過(guò)程來(lái)介紹邊緣檢查的原理。理解原理有助于優(yōu)化檢查設(shè)置。除此之外，還將介紹一些有代表性的邊緣檢 查的例子以及可以穩(wěn)定檢查效果的預(yù)處理濾鏡的選擇方法。

邊緣檢測(cè)的原理

所謂邊緣是指圖像內(nèi)明亮部位與陰暗部分的邊緣。邊緣檢測(cè)是通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)這種濃淡變化的邊緣。
可以通過(guò)下列4個(gè)過(guò)程來(lái)得到邊緣。

(1)投影處理

對(duì)于測(cè)量區(qū)域內(nèi)的圖像進(jìn)行投影處理。投影處理是相對(duì)于檢查方向進(jìn)行垂直掃描，然后計(jì)算各投影線的平均濃度。投影線平均濃度波形被稱為投影波形。

什么是投影處理？

計(jì)算投影方向的平均濃度。
可以減少區(qū)域內(nèi)的噪點(diǎn)造成的檢查錯(cuò)誤。

(2)微分處理

根據(jù)投影波形進(jìn)行微分處理。可能成為邊緣的、濃淡變化較大的部位，其微分值也較大。

什么是微分處理？

計(jì)算濃淡（級(jí)）變化量的處理過(guò)程。
可以消除區(qū)域內(nèi)濃度絕對(duì)值的變化所導(dǎo)致的影響。

例：沒(méi)有濃淡變化的部位的微分值是0。
白色（255）→黑色（0） 時(shí)的值是-255。

(3)通過(guò)校正使微分最大值達(dá)到100%

在實(shí)際生產(chǎn)線上，為了使邊緣達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)，通常會(huì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以使微分絕對(duì)值達(dá)到100%。
將超過(guò)預(yù)先設(shè)置的“ 邊緣感度（%）”的微分波形的峰值作為邊緣位置。根據(jù)濃淡變化峰值的檢測(cè)原理，在照度經(jīng)常發(fā)生變化的生產(chǎn)線上也可以穩(wěn)定的檢測(cè)出邊緣。

(4)亞像素處理

對(duì)于微分波形中最大部分的中心附近的3個(gè)像素，根據(jù)這3個(gè)像素形成的波形，進(jìn)行修正演算。以1/100像素為單位測(cè)算邊界位置（次像素處理）。

邊緣檢測(cè)的代表性檢測(cè)應(yīng)用

邊緣檢查具有下列衍生模式。下面將分別介紹其代表性應(yīng)用。

＜例1＞利用邊緣位置的各種檢查

在多個(gè)部位設(shè)置邊緣位置模式，測(cè)量檢測(cè)對(duì)象的X座標(biāo)或Y 座標(biāo)。

＜例2＞利用邊緣寬度的各種檢查

利用邊緣寬度的“ 外部尺寸”模式，檢測(cè)金屬板的寬度、孔洞的X方向/Y方向孔徑等。

＜例3＞利用邊緣位置圓周區(qū)域的各種檢查

以圓周作為檢測(cè)區(qū)域，檢測(cè)切缺部位的角度（相位）。

＜例4＞利用趨勢(shì)邊緣寬度的各種檢查

利用“ 圓周”區(qū)域的“ 趨勢(shì)邊緣寬度”模式，掃描環(huán)狀工件的內(nèi)徑、評(píng)價(jià)扁平度等。

趨勢(shì)邊緣模式

趨勢(shì)邊緣位置（ 寬度）模式是指在掃描檢查區(qū)域內(nèi)較窄的邊緣窗口的同時(shí)檢測(cè)邊緣位置。利用這種檢查模式，可以對(duì)于一個(gè)窗口內(nèi)的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行邊緣位置（ 寬度） 檢查，因此可以確保捕獲工件的微小變化。

檢測(cè)原理

使小范圍內(nèi)的分割以小間距進(jìn)行移動(dòng)，檢查各點(diǎn)的邊緣寬度或邊緣位置。

提高位置檢測(cè)精度的方法：

縮小分割尺寸

縮短處理時(shí)間的方法：

縮小分割移位幅度（移動(dòng)量）。

趨勢(shì)方向：

分割移動(dòng)的方向。

提高邊緣檢查效果的預(yù)處理濾鏡

邊緣檢查的關(guān)鍵在于如何最大限度的減少邊緣的不均現(xiàn)象。預(yù)處理濾鏡具有“中值”或“平均化”的作用，因此有助于保持穩(wěn)定的檢查效果。下面介紹預(yù)處理濾鏡的特點(diǎn)及選擇方法。

原圖像

平均化

3×3 像素的平均濾鏡。可以有效減少噪點(diǎn)因素的 影響。

中值化

3×3 像素的中值濾鏡?？梢栽诒３謭D像清晰的同 時(shí)，有效減少噪點(diǎn)因素的影響。

如何優(yōu)化預(yù)處理濾鏡？

一般說(shuō)來(lái)，通過(guò)“中值化”或“平均化”，可以得到穩(wěn)定的邊緣檢查效果。但是，對(duì)于特定的工件，究竟應(yīng)該選擇哪一種濾鏡才可以得到最佳效果？下面將介紹對(duì)于各濾鏡的測(cè)量值的偏差進(jìn)行評(píng)價(jià)的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。

CV系列（CV2000以上）具有統(tǒng)計(jì)分析功能，可以保存測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

利用這種功能，通過(guò)分別采用“無(wú)濾鏡”、“中值化”、“平均化”、“中值化+平均化”、“平均化+中值化”在靜止?fàn)顟B(tài)下重復(fù)測(cè)量，并對(duì)于各數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)，可以得到最佳的濾鏡設(shè)置。

圖像傳感器邊緣檢查模式的使用要點(diǎn)：

在理解邊緣檢查原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行有效的調(diào)整。

理解各種衍生模式，顯著提高檢查可能性。

參考代表性的檢查例有助于工作的進(jìn)行。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)選擇最佳的預(yù)處理濾鏡，提高檢查速度及檢查效果。

原文標(biāo)題：機(jī)器視覺(jué)尺寸檢測(cè)基礎(chǔ)

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