專利名稱：基于線陣ccd像機圖像處理技術的變形集中測量系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于圖像處理技術領域，涉及一種對線陣CCD像機獲取物體表面圖像進行數(shù)據(jù)處理，計算物體表面變形程度的裝置。
背景技術：
隨著科技的進步，生產自動化水平的提高，機器視覺技術的應用越來越廣泛。許多自動化生產線(如集成電路焊裝生產線、表面檢測等)都采用線陣CCD作為在線檢測的裝備。目前的檢測系統(tǒng)如圖1所示，包括線陣CCD采集模塊1、處理模塊2和工控計算機3；線陣CCD采集模塊1采集的圖像由處理模塊2現(xiàn)場對CCD輸出信號進行D/A轉換，并對轉換的模擬信號進行處理。這種變形測量系統(tǒng)抗干擾能力差；由于采用模擬信號現(xiàn)場測量方式工作，測量需要調節(jié)的電參數(shù)多，各參數(shù)間有數(shù)據(jù)依存關系，系統(tǒng)可靠性差，需要人員對其進行維護；并且針對每一路測量信號均需要配備專用電源及控制機箱，結構復雜。

發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有技術存在的系統(tǒng)抗干擾能力差、可靠性差、結構復雜的問題，本發(fā)明采用工業(yè)成品線陣CCD像機采集圖像，利用采集與傳輸控制模塊將線陣CCD像機輸出數(shù)字圖像信號傳遞至工控計算機進行集中處理，目的是提供一種基于線陣CCD像機圖像處理技術的變形集中測量系統(tǒng)。
本發(fā)明如圖2所示，包括線陣CCD像機4，采集與傳輸控制模塊5，網(wǎng)絡交換機6，工控計算機7；線陣CCD像機4通過數(shù)據(jù)線與采集與傳輸控制模塊5連接，采集與傳輸控制模塊5通過網(wǎng)線與網(wǎng)絡交換機6連接，網(wǎng)絡交換機6通過網(wǎng)線與工控計算機7連接；所述線陣CCD像機4，用于獲取物體表面圖像數(shù)據(jù)，并將其傳遞給采集與傳輸控制模塊5；所述采集與傳輸控制模塊5，用于實現(xiàn)對線陣CCD像機4工作參數(shù)(如積分時間、同步模式等)的設定、網(wǎng)絡通訊和圖像數(shù)據(jù)的采集控制，并將獲得的圖像數(shù)據(jù)打包傳遞給工控計算機7進行處理；所述網(wǎng)絡交換機6，用于實現(xiàn)對多個采集與傳輸控制模塊5通過網(wǎng)線傳輸來的測量數(shù)據(jù)進行通訊管理，為各采集與傳輸控制模塊5分配網(wǎng)絡接口，協(xié)調網(wǎng)絡的工作，保障網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交換的正常進行；所述工控計算機7(如圖3所示)，包括系統(tǒng)參數(shù)設置模塊8、圖像特性調節(jié)模塊9、變形測量模塊10、實時數(shù)據(jù)顯示模塊11、實時數(shù)據(jù)存儲模塊12和數(shù)據(jù)打印模塊13；系統(tǒng)參數(shù)設置模塊8用于完成對線陣CCD像機4及采集與傳輸控制模塊5基本參數(shù)的設置；圖像特性調節(jié)模塊9用于實現(xiàn)圖像灰度調節(jié)、物體變形初始位置標定、確定圖像與線陣CCD像機4的對應關系；變形測量模塊10用于對圖像進行實時處理，根據(jù)測量數(shù)據(jù)鏈獲得物體變形數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)外推運算、變形常值統(tǒng)計，并將測量結果實時傳送至中心計算機；實時數(shù)據(jù)顯示模塊11用于實現(xiàn)變形圖像、變形數(shù)據(jù)、時間信息、系統(tǒng)工作狀態(tài)信息的顯示；實時數(shù)據(jù)存儲模塊12用于實現(xiàn)工控計算機7對變形測量數(shù)據(jù)的實時存儲；數(shù)據(jù)打印模塊13用于實現(xiàn)變形測量數(shù)據(jù)的打印。
有益效果本發(fā)明采用工業(yè)成品線陣CCD像機獲取物體表面圖像數(shù)據(jù)，利用采集與傳輸控制模塊將線陣CCD像機獲取物體表面圖像數(shù)據(jù)傳遞至工控計算機進行集中處理，增加了系統(tǒng)信號抗干擾能力，提高了系統(tǒng)可靠性和可維護性；由于改變了工作模式，通過系統(tǒng)集成，減少了控制箱的數(shù)目，結構簡單。


圖1為現(xiàn)有技術結構示意圖。圖中1為線陣CCD采集模塊，2處理模塊，3工控計算機。
圖2為本發(fā)明結構示意圖。也是說明書摘要附圖。圖中為4線陣CCD像機，5采集與傳輸控制模塊，6網(wǎng)絡交換機，7工控計算機。
圖3為本發(fā)明工控計算機7功能結構框圖。圖中8為系統(tǒng)參數(shù)設置模塊，9圖像特性調節(jié)模塊，10變形測量模塊，11實時數(shù)據(jù)顯示模塊、12實時數(shù)據(jù)存儲模塊，13數(shù)據(jù)打印模塊。
圖4為本發(fā)明工控計算機7主應用程序流程圖。
圖5為本發(fā)明工控計算機7的系統(tǒng)參數(shù)設置模塊8功能結構框圖。圖中8為系統(tǒng)參數(shù)設置模塊，14線陣CCD像機設置，15采集與傳輸控制模塊設置，16積分時間設置，17工作模式設置，18幀頻設置，19為IP地址設置，20設備出廠號MAC設置，21設備名稱設置。
圖6為本發(fā)明工控計算機7的系統(tǒng)參數(shù)設置模塊8程序流程圖。
圖7為本發(fā)明工控計算機7的圖像特性調節(jié)模塊9功能結構框圖。圖中9為圖像特性調節(jié)模塊，22圖像灰度調節(jié)，23變形初始位置標定，24確定圖像與線陣CCD像機對應關系。
圖8為本發(fā)明工控計算機7的變形測量模塊10程序流程圖。
圖9為本發(fā)明工控計算機7的圖像特性調節(jié)模塊9程序流程圖。
圖10為本發(fā)明工控計算機7的實時數(shù)據(jù)顯示模塊11功能結構框圖。圖中11為實時數(shù)據(jù)顯示模塊，25變形圖像顯示，26變形數(shù)據(jù)顯示，27時間信息顯示，28系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示。
圖11為本發(fā)明工控計算機7實時數(shù)據(jù)顯示模塊11程序流程圖。
圖12為本發(fā)明工控計算機7實時數(shù)據(jù)存儲模塊12程序流程圖。
圖13為本發(fā)明工控計算機7數(shù)據(jù)打印模塊13程序流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明主要功能是在系統(tǒng)同步信號(20c/s)控制下，通過線陣CCD像機獲取船體變形圖像數(shù)據(jù)，并計算船體變形量；實時獲取時間碼信息；通過網(wǎng)絡通訊將計算結果發(fā)送給集中監(jiān)控機和中心計算機。
線陣CCD像機4采用DALSA公司PIRANHA2系列的P2-22-04k30型線陣CCD像機；采集與傳輸控制模塊5采用DALSA公司的NetLink模塊，網(wǎng)絡交換機6采用Netcore7000DNS系列千兆網(wǎng)絡交換機。工控計算機7采用高性能工業(yè)控制計算機，選用PIV2.0以上的CPU，內存512MB(DDR)，硬盤大于30GB，具備100M/1000M網(wǎng)絡通訊接口，采用VCC++語言編程。
本發(fā)明預先在工控計算機7內編制變形測量應用程序，使工控計算機7能夠在程序指令控制下完成系統(tǒng)參數(shù)設置、圖像特性調節(jié)、變形測量、實時數(shù)據(jù)顯示、實時數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)打印功能。工控計算機7功能結構如圖3所示，主應用程序流程如圖4所示。
系統(tǒng)參數(shù)設置模塊8功能結構如圖5所示，包括線陣CCD像機設置14和采集與傳輸控制模塊設置15；線陣CCD像機設置14包括積分時間設置16、工作模式設置17、幀頻設置18；采集與傳輸控制模塊設置15包括網(wǎng)絡IP地址設置19、設備出廠號MAC設置20和設備名稱設置21。程序流程圖如圖6所示。
積分時間設置16用于設定線陣CCD像機4的積分采樣時間。操作人員通過調整線陣CCD像機4積分時間，可改變其采樣的曝光時間，從而得到較好的圖像。
工作模式設置17用于設定線陣CCD像機4的工作模式。操作人員可根據(jù)不同的工作環(huán)境，設置合適的工作模式，從而得到較好的圖像。
幀頻設置18用于設定線陣CCD像機4的幀頻。
IP地址設置19用于設定設備的IP地址，以便于操作人員通過網(wǎng)絡操控設備。
設備出廠號MAC設置20用于設置設備的出廠號(MAC)。
設備名稱設置21用于設定設備名稱。操作人員可為設備設定便于理解的名稱，以方便操作設備。
圖像特性調節(jié)模塊9功能結構如圖7所示，包括圖像灰度調節(jié)22、變形初始位置標定23、確定圖像與線陣CCD像機對應關系24。圖像特性調節(jié)模塊9程序流程如圖8所示。
圖像灰度調節(jié)22，分別針對各個線陣CCD像機4的輸出圖像進行圖像灰度調節(jié)，使圖像特性趨于一致，對調節(jié)參數(shù)有記憶功能；變形初始位置標定23，標定船體變形的初始位置，確定在船體坐墩(或系泊)狀態(tài)下，變形系統(tǒng)的初始狀態(tài)，對標定值具有記憶功能；確定圖像與線陣CCD像機對應關系24，確定界面顯示圖像與線陣CCD像機4的對應關系。
變形量測量功能主要是根據(jù)船體各部分變形初始位置和實時測量數(shù)據(jù)計算出船體各部分變形量，并將所測得的船體變形量實時發(fā)送至中心計算機。在圖像傳輸過程中，如出現(xiàn)短時間中斷，就進行數(shù)據(jù)外推運算，并將外推運算值上網(wǎng)發(fā)送；在圖像傳輸過程中，如出現(xiàn)個別明顯粗大壞值，就用變形常值統(tǒng)計的結果取代實測數(shù)據(jù)上網(wǎng)發(fā)送。
變形測量模塊10程序流程如圖9所示。包括a)通過網(wǎng)絡交換機6的接口獲取圖像數(shù)據(jù)；b)對圖像進行實時處理，并獲得變形量中心點；c)根據(jù)測量數(shù)據(jù)鏈獲得船體變形數(shù)據(jù)；d)將測量結果實時傳送至中心計算機；實時數(shù)據(jù)顯示模塊11功能結構如圖10所示，包括變形圖像顯示25、變形數(shù)據(jù)顯示26、時間信息顯示27、系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示28。
變形圖像顯示25功能用于實時顯示經(jīng)過調整后的變形測量圖像。
變形數(shù)據(jù)顯示26功能用于實時顯示所測得的船體各部分變形數(shù)據(jù)。
時間信息顯示27功能用于實時顯示圖像和變形數(shù)據(jù)所對應的時間信息。系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示28用于實時顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)、故障信息。實時數(shù)據(jù)顯示模塊11程序流程如圖11所示。包括a)通過網(wǎng)絡交換機6的接口獲取圖像數(shù)據(jù)；b)對圖像進行實時處理1)根據(jù)控制面板大小，截取圖像數(shù)據(jù)(像素4096×1)中主要部分數(shù)據(jù)段(像素200×1)；2)對所截取數(shù)據(jù)段進行去離散點操作，使圖像清晰、平滑；數(shù)學模型圖像平滑g(x)=Σi=-kkw(i)f(x+i)]]>式中x是窗口的中心元素；f(x+i)是有噪聲圖像的像素；w(i)為加權值，其窗口大小為(2k+1)。
圖像濾波median(x1，x2，...，xN)＝m3)將去離散點后的線陣圖像拉伸為面陣圖像(像素200×10)。
c)將處理后的圖像數(shù)據(jù)及根據(jù)通訊獲得的外部設備故障、工作狀態(tài)信息，以及獲取的變形數(shù)據(jù)，以不低于每秒一次的刷新速率顯示在計算機屏幕上。實時數(shù)據(jù)存儲模塊12程序流程如圖12所示。包括獲取船體變形量數(shù)據(jù)；
獲取船體變形量數(shù)據(jù)所對應的時間信息；存儲船體變形量數(shù)據(jù)及所對應的時間信息。
數(shù)據(jù)打印模塊13程序流程如圖13所示。
獲取船體變形量數(shù)據(jù)；獲取船體變形量數(shù)據(jù)所對應的時間信息；存儲船體變形量數(shù)據(jù)及所對應的時間信息。
需要打印船體變形量數(shù)據(jù)及所對應的時間信息。
權利要求
1.一種基于線陣CCD像機圖像處理技術的變形集中測量系統(tǒng)，其特征在于包括線陣CCD像機(4)，采集與傳輸控制模塊(5)，網(wǎng)絡交換機(6)，工控計算機(7)；線陣CCD像機(4)通過數(shù)據(jù)線與采集與傳輸控制模塊(5)連接，采集與傳輸控制模塊(5)通過網(wǎng)線與網(wǎng)絡交換機(6)連接，網(wǎng)絡交換機(6)通過網(wǎng)線與工控計算機(7)連接；所述線陣CCD像機(4)，用于獲取物體表面圖像數(shù)據(jù)，并將其傳遞給采集與傳輸控制模塊(5)；所述采集與傳輸控制模塊(5)，用于實現(xiàn)對線陣CCD像機(4)工作參數(shù)的設定、網(wǎng)絡通訊和圖像數(shù)據(jù)的采集控制，并將獲得的圖像數(shù)據(jù)打包傳遞給工控計算機(7)進行處理；所述網(wǎng)絡交換機(6)，用于實現(xiàn)對多個采集與傳輸控制模塊(5)通過網(wǎng)線傳輸來的測量數(shù)據(jù)進行通訊管理，為各采集與傳輸控制模塊(5)分配網(wǎng)絡接口，協(xié)調網(wǎng)絡的工作，保障網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交換的正常進行；所述工控計算機(7)，包括系統(tǒng)參數(shù)設置模塊(8)、圖像特性調節(jié)模塊(9)、變形測量模塊(10)、實時數(shù)據(jù)顯示模塊(11)、實時數(shù)據(jù)存儲模塊(12)和數(shù)據(jù)打印模塊(13)；系統(tǒng)參數(shù)設置模塊(8)用于完成對線陣CCD像機(4)及采集與傳輸控制模塊(5)基本參數(shù)的設置；圖像特性調節(jié)模塊(9)用于實現(xiàn)圖像灰度調節(jié)、物體變形初始位置標定、確定圖像與線陣CCD像機(4)的對應關系；變形測量模塊(10)用于對圖像進行實時處理，根據(jù)測量數(shù)據(jù)鏈獲得物體變形數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)外推運算、變形常值統(tǒng)計，并將測量結果實時傳送至中心計算機；實時數(shù)據(jù)顯示模塊(11)用于實現(xiàn)變形圖像、變形數(shù)據(jù)、時間信息、系統(tǒng)工作狀態(tài)信息的顯示；實時數(shù)據(jù)存儲模塊(12)用于實現(xiàn)工控計算機(7)對變形測量數(shù)據(jù)的實時存儲；數(shù)據(jù)打印模塊(13)用于實現(xiàn)變形測量數(shù)據(jù)的打印。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于線陣CCD像機圖像處理技術的變形集中測量系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)參數(shù)設置模塊(8)包括線陣CCD像機設置(14)和采集與傳輸控制模塊設置(15)；線陣CCD像機設置(14)包括積分時間設置(16)、工作模式設置(17)、幀頻設置(18)；采集與傳輸控制模塊設置(15)包括網(wǎng)絡IP地址設置(19)、設備出廠號MAC設置(20)和設備名稱設置(21)；積分時間設置(16)用于設定線陣CCD像機(4)的積分采樣時間；工作模式設置(17)用于設定線陣CCD像機(4)的工作模式；幀頻設置(18)用于設定線陣CCD像機(4)的幀頻；IP地址設置(19)用于設定設備的IP地址；設備出廠號MAC設置(20)用于設置設備的出廠號MAC；設備名稱設置(21)用于設定設備名稱。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于線陣CCD像機圖像處理技術的變形集中測量系統(tǒng)，其特征在于圖像特性調節(jié)模塊(9)包括圖像灰度調節(jié)(22)、變形初始位置標定(23)、確定圖像與線陣CCD像機對應關系(24)；圖像灰度調節(jié)(22)，分別針對各個線陣CCD像機(4)的輸出圖像進行圖像灰度調節(jié)，使圖像特性趨于一致，對調節(jié)參數(shù)有記憶功能；變形初始位置標定(23)，標定船體變形的初始位置，確定在船體坐墩或系泊狀態(tài)下，變形系統(tǒng)的初始狀態(tài)，對標定值具有記憶功能；確定圖像與線陣CCD像機對應關系(24)，確定界面顯示圖像與線陣CCD像機(4)的對應關系。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于線陣CCD像機圖像處理技術的變形集中測量系統(tǒng)，其特征在于變形測量模塊10，包括通過網(wǎng)絡交換機(6)的接口獲取圖像數(shù)據(jù)；對圖像進行實時處理，并獲得變形量中心點；根據(jù)測量數(shù)據(jù)鏈獲得船體變形數(shù)據(jù)；將測量結果實時傳送至中心計算機。
全文摘要
本發(fā)明屬于圖像處理技術領域，涉及一種基于線陣CCD像機圖像處理技術的變形集中測量系統(tǒng)，采用工業(yè)成品線陣CCD像機獲取物體表面圖像數(shù)據(jù)，利用采集與傳輸控制模塊和網(wǎng)絡交換機實現(xiàn)遠距離傳輸，將線陣CCD像機獲取物體表面圖像數(shù)據(jù)傳遞至工控計算機進行集中處理，增加了系統(tǒng)信號抗干擾能力，提高了系統(tǒng)可靠性和可維護性；由于改變了工作模式，通過系統(tǒng)集成，減少了控制箱的數(shù)目，結構簡單。
文檔編號G01B11/16GK101079788SQ20061001687
公開日2007年11月28日 申請日期2006年5月25日 優(yōu)先權日2006年5月25日
發(fā)明者李巖, 王建軍, 王心醉 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所