圆测量

机器视觉原理与案例详解
工控帮教研组编著
电子工业出版社
2020.7
ISBN 978-7-121-39084-5

一、圆测量

1、定义

• 在圆测量中，应用最为广泛的是正圆测量技术。
  由于椭圆测量技术还不成熟，应用较少，因此，在通常情况下将正圆测量简称为圆测量。
• 例如，轴类工件的直径测量、面板圆孔的直径测量等，均属此类测量范围。
• 在进行圆测量时，需要对圆的外形轮廓进行识别和拟合；
  在得到圆的方程后，就可利用数学方法方便地获取相关的参数，如直径、圆心位置等。

2、哈夫变换法

• 圆测量的经典算法：
  哈夫变换法、哈夫变换法的改进算法、最小二乘法

• 哈夫变换法的原理是，
  利用图像的全局特征将边缘像素连接起来，组成区域封闭的边界。
  它将图像空间转换到参数空间，并在参数空间中对点进行描述，以便达到检测图像边缘的目的。
  该方法把所有可能落在边缘上的点都进行了统计计算，根据对数据的统计结果确定属于边缘的可能性。
  哈夫变换法的实质是对图像进行坐标变换，即将平面坐标转换为参数坐标，使得转换的结果更易识别和检测。

3、哈夫变换法的改进算法

• 哈夫变换法的计算复杂，在圆测量的应用中，随着取值范围的不断扩大，参数空间中的三维数组尺寸将呈正比例增加，需要占用大量的计算机内存，造成计算效率低下。因此，尽可能缩小参与哈夫变换的参数范围是提高算法效率的关键。在实际应用中，哈夫变换法仅适用于简单测量。

• 基于以上考虑，提出了改进的哈夫变换法，即通过面积测量的方法求取圆的面积，进而求得圆的半径r；利用一个二维累加数组(a,b)进行统计，通过它的峰值即可确定圆心，从而把三维空间问题求解转化为二维空间问题求解。这种方法不仅减少了计算量、节省了运算时间，而且提高了测量速度，但其测量精度受到圆的面积的测量精度影响。

4、最小二乘法

• 最小二乘法是一种数学方法，即通过最小化误差的平方和找到一组数据的最佳匹配函数，常用于拟合曲线中。

5、基于CKVisionBuilder实现圆测量的过程

• 1）采集图像：
  输入预先准备好的图片（JPG/BMP）。
• 形状匹配：
  使用图片的边缘特征作为模板，在图片上搜索相似的目标。
• 位置补正：
  令测量区域随图片的变化而变化。

• 检测圆形：
  在指定区域中，对测量对象（圆）的多个边缘进行拟合，用于尺寸测量和定位。
  “检测圆形”对话框中的“参数设置”选项卡如图7-7所示，可在该对话框中对“检测参数”选项组、“扫描参数”选项组、“拟合参数”选项组进行设置。

  
  图7-7
• 数值显示：
  设置结束后，可在“检测圆形”对话框中的“数据结果”选项卡中显示检测的数据
• 执行完毕后，
  可在CKVisionBuilder中的“流程栏”选项卡中看到执行状态