基于Halcon的光纤端面尺寸检测方法
发布时间：2021-04-12 20:37
针对传统光纤端面尺寸检测几何尺寸误差大、效率低的弊端,采用一种基于Halcon的光纤端面尺寸检测方法,利用数字图像处理算法,采用中值滤波的方法对图像进行预处理,消除图像噪声,并对图像进行二值化及形态学处理,选用Canny算子作为边缘检测算子确定像素级边缘,该方法边缘检测性能较好,且具有较强的抗噪声能力;再从选取的边缘中选出类圆度高的部分边缘进行共圆轮廓合并、拟合,通过拟合的椭圆和圆得到光纤半径、不圆度、同心度等几何参数。实验结果表明,纤芯和包层半径可以精确到万分之一,不圆度和同心度可以精确到小数点后8位,测量精度较高且不受操作水平影响。
【文章来源】：软件导刊. 2020,19(03)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
光纤外形
边缘检测时阈值需要人工选取，存在一定误差。1参数定义与检测方法光纤几何参数包括纤芯直径、包层直径、纤芯不圆度、包层不圆度、纤芯-包层同心度，各参数定义如表1［6］所示。表1光纤几何参数定义几何参数纤芯直径包层直径纤芯/包层不圆度纤芯-包层同心度误差定义纤芯中心圆直径；或包含整个纤芯区域的最小圆直径包层中心圆直径；或包含整个包层区域的最小圆直径拟合椭圆：2×(长轴-短轴）÷(长轴+短轴)×100%两个拟合圆的圆心距离图1光纤外形图2光纤端面本文基于Halcon的方法对光纤端面尺寸进行测量，根据光纤特点，采用中值滤波的方法对图像进行预处理，消除图像噪声，并对图像进行了二值化以及形态学处理，在经过多次试验后，选用Canny算子作为边缘检测算子确定像素级边缘，该方法边缘检测性能良好，同时抗噪声能力强，但由于部分光纤存在缺陷，提取出来的部分边缘会干扰后续椭圆和圆的拟合，需要从选取到的边缘中选出类圆度高的部分边缘进行共圆轮廓合与拟合，通过拟合出来的椭圆和圆即可得到光纤半径、不圆度、同心度等几何参数，从而得到测量结果。2算法设计（1）预处理模块包括滤波、二值化、形态学处理和边缘检测4个部分。采用中值滤波方法时，在滤除噪声的同时还可保护信号边缘不被模糊，形态学处理采用的是开运算，先腐蚀再膨胀，消除较为细小的区域，在纤细点进行分离，平滑一些面积较大的物体，对面积改变较校边缘检测采用Canny算子，可帮助操作者找到一个最优边缘检测算法。（2）通过边缘检测提取轮廓，从中选取需用于曲线拟合的轮廓，经过共圆轮廓合并后，分别拟合得到圆和椭圆。（3）通过拟合出的内
?ㄒ迦绫?1［6］所示。表1光纤几何参数定义几何参数纤芯直径包层直径纤芯/包层不圆度纤芯-包层同心度误差定义纤芯中心圆直径；或包含整个纤芯区域的最小圆直径包层中心圆直径；或包含整个包层区域的最小圆直径拟合椭圆：2×(长轴-短轴）÷(长轴+短轴)×100%两个拟合圆的圆心距离图1光纤外形图2光纤端面本文基于Halcon的方法对光纤端面尺寸进行测量，根据光纤特点，采用中值滤波的方法对图像进行预处理，消除图像噪声，并对图像进行了二值化以及形态学处理，在经过多次试验后，选用Canny算子作为边缘检测算子确定像素级边缘，该方法边缘检测性能良好，同时抗噪声能力强，但由于部分光纤存在缺陷，提取出来的部分边缘会干扰后续椭圆和圆的拟合，需要从选取到的边缘中选出类圆度高的部分边缘进行共圆轮廓合与拟合，通过拟合出来的椭圆和圆即可得到光纤半径、不圆度、同心度等几何参数，从而得到测量结果。2算法设计（1）预处理模块包括滤波、二值化、形态学处理和边缘检测4个部分。采用中值滤波方法时，在滤除噪声的同时还可保护信号边缘不被模糊，形态学处理采用的是开运算，先腐蚀再膨胀，消除较为细小的区域，在纤细点进行分离，平滑一些面积较大的物体，对面积改变较校边缘检测采用Canny算子，可帮助操作者找到一个最优边缘检测算法。（2）通过边缘检测提取轮廓，从中选取需用于曲线拟合的轮廓，经过共圆轮廓合并后，分别拟合得到圆和椭圆。（3）通过拟合出的内圆可得到纤芯半径，通过外圆可得到包层半径，两个圆的圆心距是同心度，通过对椭圆长轴与短轴的计算可以得到纤芯与包层不圆度，并将椭圆拟合图像及纤芯、包层半径?
【参考文献】：
期刊论文
[1]人脸图像预处理方法简析[J]. 张诚,陈银环. 科技风. 2017(18)
[2]基于机器视觉的零件特征尺寸提取算法[J]. 杨仁民,郑洲,陈斌,张学昌,张炜. 包装工程. 2017(09)
[3]形态学处理在光学字符识别中的应用研究[J]. 郭昊冉,黎小琴. 传感器世界. 2016(08)
[4]图像阈值分割方法研究进展20年（1994—2014）[J]. 吴一全,孟天亮,吴诗婳. 数据采集与处理. 2015(01)
[5]基于最小二乘的点云叶面拟合算法研究[J]. 刘俊焱,云挺,周宇,薛联凤,李正军. 西北林学院学报. 2014(05)
[6]数字图像处理技术的发展现状及发展趋势研究[J]. 张彩霞. 计算机光盘软件与应用. 2014(12)
[7]一种基于改进Canny的边缘检测算法[J]. 许宏科,秦严严,陈会茹. 红外技术. 2014(03)
[8]不同噪声下几种滤波方法的比较研究及改进[J]. 章浙涛,朱建军,匡翠林,柯宇超. 大地测量与地球动力学. 2014(01)
[9]形态学图像处理的应用[J]. 武瑛. 计算机与现代化. 2013(05)
[10]数字图像法测量光纤端面几何参数[J]. 赵新彦. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2009(02)
博士论文
[1]图像边缘检测技术及其应用研究[D]. 曾俊.华中科技大学 2011
硕士论文
[1]基于机器视觉的光纤几何参数检测研究[D]. 杨远.哈尔滨工程大学 2011
[2]基于图像处理技术的单模光纤不圆度测量方法[D]. 胡姮.南京信息工程大学 2008
[3]椭圆拟合方法的比较研究[D]. 夏菁.暨南大学 2007
本文编号：3133944
【文章来源】：软件导刊. 2020,19(03)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
光纤外形
边缘检测时阈值需要人工选取，存在一定误差。1参数定义与检测方法光纤几何参数包括纤芯直径、包层直径、纤芯不圆度、包层不圆度、纤芯-包层同心度，各参数定义如表1［6］所示。表1光纤几何参数定义几何参数纤芯直径包层直径纤芯/包层不圆度纤芯-包层同心度误差定义纤芯中心圆直径；或包含整个纤芯区域的最小圆直径包层中心圆直径；或包含整个包层区域的最小圆直径拟合椭圆：2×(长轴-短轴）÷(长轴+短轴)×100%两个拟合圆的圆心距离图1光纤外形图2光纤端面本文基于Halcon的方法对光纤端面尺寸进行测量，根据光纤特点，采用中值滤波的方法对图像进行预处理，消除图像噪声，并对图像进行了二值化以及形态学处理，在经过多次试验后，选用Canny算子作为边缘检测算子确定像素级边缘，该方法边缘检测性能良好，同时抗噪声能力强，但由于部分光纤存在缺陷，提取出来的部分边缘会干扰后续椭圆和圆的拟合，需要从选取到的边缘中选出类圆度高的部分边缘进行共圆轮廓合与拟合，通过拟合出来的椭圆和圆即可得到光纤半径、不圆度、同心度等几何参数，从而得到测量结果。2算法设计（1）预处理模块包括滤波、二值化、形态学处理和边缘检测4个部分。采用中值滤波方法时，在滤除噪声的同时还可保护信号边缘不被模糊，形态学处理采用的是开运算，先腐蚀再膨胀，消除较为细小的区域，在纤细点进行分离，平滑一些面积较大的物体，对面积改变较校边缘检测采用Canny算子，可帮助操作者找到一个最优边缘检测算法。（2）通过边缘检测提取轮廓，从中选取需用于曲线拟合的轮廓，经过共圆轮廓合并后，分别拟合得到圆和椭圆。（3）通过拟合出的内
?ㄒ迦绫?1［6］所示。表1光纤几何参数定义几何参数纤芯直径包层直径纤芯/包层不圆度纤芯-包层同心度误差定义纤芯中心圆直径；或包含整个纤芯区域的最小圆直径包层中心圆直径；或包含整个包层区域的最小圆直径拟合椭圆：2×(长轴-短轴）÷(长轴+短轴)×100%两个拟合圆的圆心距离图1光纤外形图2光纤端面本文基于Halcon的方法对光纤端面尺寸进行测量，根据光纤特点，采用中值滤波的方法对图像进行预处理，消除图像噪声，并对图像进行了二值化以及形态学处理，在经过多次试验后，选用Canny算子作为边缘检测算子确定像素级边缘，该方法边缘检测性能良好，同时抗噪声能力强，但由于部分光纤存在缺陷，提取出来的部分边缘会干扰后续椭圆和圆的拟合，需要从选取到的边缘中选出类圆度高的部分边缘进行共圆轮廓合与拟合，通过拟合出来的椭圆和圆即可得到光纤半径、不圆度、同心度等几何参数，从而得到测量结果。2算法设计（1）预处理模块包括滤波、二值化、形态学处理和边缘检测4个部分。采用中值滤波方法时，在滤除噪声的同时还可保护信号边缘不被模糊，形态学处理采用的是开运算，先腐蚀再膨胀，消除较为细小的区域，在纤细点进行分离，平滑一些面积较大的物体，对面积改变较校边缘检测采用Canny算子，可帮助操作者找到一个最优边缘检测算法。（2）通过边缘检测提取轮廓，从中选取需用于曲线拟合的轮廓，经过共圆轮廓合并后，分别拟合得到圆和椭圆。（3）通过拟合出的内圆可得到纤芯半径，通过外圆可得到包层半径，两个圆的圆心距是同心度，通过对椭圆长轴与短轴的计算可以得到纤芯与包层不圆度，并将椭圆拟合图像及纤芯、包层半径?
【参考文献】：
期刊论文
[1]人脸图像预处理方法简析[J]. 张诚,陈银环. 科技风. 2017(18)
[2]基于机器视觉的零件特征尺寸提取算法[J]. 杨仁民,郑洲,陈斌,张学昌,张炜. 包装工程. 2017(09)
[3]形态学处理在光学字符识别中的应用研究[J]. 郭昊冉,黎小琴. 传感器世界. 2016(08)
[4]图像阈值分割方法研究进展20年（1994—2014）[J]. 吴一全,孟天亮,吴诗婳. 数据采集与处理. 2015(01)
[5]基于最小二乘的点云叶面拟合算法研究[J]. 刘俊焱,云挺,周宇,薛联凤,李正军. 西北林学院学报. 2014(05)
[6]数字图像处理技术的发展现状及发展趋势研究[J]. 张彩霞. 计算机光盘软件与应用. 2014(12)
[7]一种基于改进Canny的边缘检测算法[J]. 许宏科,秦严严,陈会茹. 红外技术. 2014(03)
[8]不同噪声下几种滤波方法的比较研究及改进[J]. 章浙涛,朱建军,匡翠林,柯宇超. 大地测量与地球动力学. 2014(01)
[9]形态学图像处理的应用[J]. 武瑛. 计算机与现代化. 2013(05)
[10]数字图像法测量光纤端面几何参数[J]. 赵新彦. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2009(02)
博士论文
[1]图像边缘检测技术及其应用研究[D]. 曾俊.华中科技大学 2011
硕士论文
[1]基于机器视觉的光纤几何参数检测研究[D]. 杨远.哈尔滨工程大学 2011
[2]基于图像处理技术的单模光纤不圆度测量方法[D]. 胡姮.南京信息工程大学 2008
[3]椭圆拟合方法的比较研究[D]. 夏菁.暨南大学 2007
本文编号：3133944
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