复合式二次边缘检测的红宝石球直径高精度测量

高睿喆; 田爱玲; 陈锋; 杨栋; 马跃洋

doi:10.37188/OPE.20233112.1741

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

复合式二次边缘检测的红宝石球直径高精度测量

现代应用光学 | 更新时间：2026-09-11

- 复合式二次边缘检测的红宝石球直径高精度测量
- High precision measurement of ruby ball diameter by compound secondary edge detection
- 光学精密工程 2023年31卷第12期页码：1741-1751
- 作者机构：
  
  1.西安工业大学陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室，陕西西安 710021
  2.重庆川仪自动化股份有限公司，重庆 400702
  3.中检西部检测有限公司，陕西西安 710032
- 作者简介：
  
  高睿喆（1999-），女，陕西延安人，硕士研究生，2021年于华北科技学院获学士学位，主要从事机器视觉及光学检测方面的研究。E-mail： 11322846 44@qq.com
  田爱玲（1964-），女，河南长垣人，博士，教授，西安交通大学仪器科学与技术学科博士学位，主要从事光学检测和光电测量方面的教学和科研工作。E-mail： ailintian@xatu.edu.cn
- 基金信息：
  
  陕西省科技厅项目资助项目(2023-YBGY-136);陕西省教育厅专项科研计划资助项目(21JK0695)
- DOI：10.37188/OPE.20233112.1741
  中图分类号： TG806;TH133.33
- 收稿：2022-12-05，
  
  修回：2023-02-28，
  
  纸质出版：2023-06-25
- 稿件说明：
移动端阅览
高睿喆,田爱玲,陈锋等.复合式二次边缘检测的红宝石球直径高精度测量[J].光学精密工程,2023,31(12):1741-1751.

GAO Ruizhe,TIAN Ailing,CHEN Feng,et al.High precision measurement of ruby ball diameter by compound secondary edge detection[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(12):1741-1751.
高睿喆,田爱玲,陈锋等.复合式二次边缘检测的红宝石球直径高精度测量[J].光学精密工程,2023,31(12):1741-1751. DOI： 10.37188/OPE.20233112.1741.

GAO Ruizhe,TIAN Ailing,CHEN Feng,et al.High precision measurement of ruby ball diameter by compound secondary edge detection[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(12):1741-1751. DOI： 10.37188/OPE.20233112.1741.

摘要

为了对红宝石球直径进行非接触式、高精度测量，本文提出了一种复合式二次边缘检测法。首先，对拍摄到的红宝石球图像进行预处理后使用自适应阈值的Canny边缘检测算法对红宝石球图像进行一次边缘检测；其次，采用基于像素加权平均的图像融合算法对红宝石球二值化图像与边缘检测图像进行融合，对融合后的图像进行边缘提取，选择三次样条插值法对边缘图像进行插值，通过曲线拟合获得图像边缘的亚像素坐标，根据坐标进行圆拟合，结合标定得到检测结果，完成复合式二次边缘检测，从而实现对红宝石球直径的高精度测量。实验结果表明：对6 mm的红宝石球直径测量，测量精度可达

https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=117917862&type=

https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=117917882&type=

9.82133293

3.13266683

，定位精度不超过0.1个像素，满足企业测量要求，为后续实现工业自动化检测提供了较好的技术支持。

Abstract

For precisely measuring the diameters of ruby balls in a non-contact manner， a compound secondary edge detection method is proposed. First， the image of the ruby ball is preprocessed， and the adaptive threshold Canny edge detection algorithm is used to detect the edge of the ruby ball image. Second， an image fusion algorithm based on the pixel weighted average is used to fuse the binary image of the ruby ball and the edge detection image. Then， the edge of the fused image is extracted， the cubic spline interpolation method is used to interpolate the edge image， the subpixel coordinates of the image edge are obtained via curve fitting， and circle fitting is performed according to the coordinates. Thereafter， the detection results are obtained through calibration. Compound secondary edge detection is performed for precisely measuring the diameter of a ruby ball. The experimental results indicate that the measurement accuracy for a 6-mm ruby ball diameter can reach 2 μm， and the positioning accuracy is less than 0.1 pixels， thus satisfying the measurement requirements of enterprises and providing better technical support for industrial automatic detection.

关键词

Keywords

references

CLAVERLEY J D ， LEACH R K . Development of a three-dimensional vibrating tactile probe for miniature CMMs ［J］. Precision Engineering ， 2013 ， 37 （ 2 ）： 491 - 499 . doi: 10.1016/j.precisioneng.2012.12.008 http://dx.doi.org/10.1016/j.precisioneng.2012.12.008

SHEU D Y ， CHENG C C . Assembling ball-ended styli for CMM's tactile probing heads on micro EDM ［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ， 2013 ， 65 （ 1 ）： 485 - 492 . doi: 10.1007/s00170-012-4187-z http://dx.doi.org/10.1007/s00170-012-4187-z

梁宇 . 三坐标测量机结构设计及误差理论研究［D］. 沈阳：沈阳航空航天大学， 2016 .

LIANG Y . Research on Structure Design and Error Theory of CMM ［D］. Shenyang ： Shenyang Aerospace University ， 2016 . （in Chinese）

张海涛，刘书桂，李杏华，等 . 非正交坐标测量机下REVO测头参数及误差标定［J］. 湖南大学学报（自然科学版）， 2017 ， 44 （ 10 ）： 50 - 54 .

ZHANG H T ， LIU S G ， LI X H ， et al . Calibration techniques of REVO probe head in non-orthogonal coordinate measuring machine ［J］. Journal of Hunan University （Natural Sciences）， 2017 ， 44 （ 10 ）： 50 - 54 . （in Chinese）

方传智 . 基于双SPM探针的微球测量方法研究［D］. 合肥：合肥工业大学， 2020 .

FANG C Z . Research on Microsphere Measurement Method Based on Double SPM Probes ［D］. Hefei ： Hefei University of Technology ， 2020 . （in Chinese）

刘文耀，王兵振 . 玻璃小球直径的图像测量方法［J］. 光电工程， 2005 ， 32 （ 10 ）： 70 - 73 .

LIU W Y ， WANG B Z . Image measurement for the diameters of micro glass spheres ［J］. Opto-Electronic Engineering ， 2005 ， 32 （ 10 ）： 70 - 73 . （in Chinese）

王星，李醒飞，黄健，等 . 坐标测量机上红宝石轴承视觉自动定位系统［J］. 激光技术， 2013 ， 37 （ 2 ）： 227 - 230 . doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.02.022 http://dx.doi.org/10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.02.022

WANG X ， LI X F ， HUANG J ， et al . Vision automatic positioning system of ruby bearing in a coordinate measuring machine ［J］. Laser Technology ， 2013 ， 37 （ 2 ）： 227 - 230 . （in Chinese） . doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.02.022 http://dx.doi.org/10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.02.022

郭延杰，白福忠，张铁英，等 . 基于Radon变换与灰度重心法的环形目标直径测量方法［J］. 激光与光电子学进展， 2015 ， 52 （ 8 ）： 081501 .

GUO Y J ， BAI F Z ， ZHANG T Y ， et al . Measurement method of annular target diameter based on Radon transform and gray gravity center method ［J］. Laser & Optoelectronics Progress ， 2015 ， 52 （ 8 ）： 081501 . （in Chinese）

李华，麻艳娜，谷付星 . 基于机器视觉的高精度微纳光纤直径实时测量［J］. 光学仪器， 2022 ， 44 （ 1 ）： 1 - 8 . doi: 10.3969/j.issn.1005-5630.2022.01.001 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1005-5630.2022.01.001

LI H ， MA Y N ， GU F X . High-precision and real-time measurement of micro-nano fiber diameter based on machine vision ［J］. Optical Instruments ， 2022 ， 44 （ 1 ）： 1 - 8 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1005-5630.2022.01.001 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1005-5630.2022.01.001

朱昊，徐利，何明耀，等 . 基于菲涅耳衍射的钢珠直径及圆度误差的测量［J］. 激光与光电子学进展， 2022 ， 59 （ 1 ）： 0126003 .

ZHU H ， XU L ， HE M Y ， et al . Measurement of steel ball diameter and roundness error based on Fresnel diffraction ［J］. Laser & Optoelectronics Progress ， 2022 ， 59 （ 1 ）： 0126003 . （in Chinese）

CANNY J . A computational approach to edge detection ［J］. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence ， 1986 ， PAMI-8（ 6 ）： 679 - 698 . doi: 10.1109/tpami.1986.4767851 http://dx.doi.org/10.1109/tpami.1986.4767851

CHENG Y ， LI B J . Image segmentation technology and its application in digital image processing ［C］. 2021 IEEE Asia-Pacific Conference on Image Processing， Electronics and Computers （IPEC） . 14 - 16 ， 2021， Dalian， China. IEEE ， 2021： 1174 - 1177 . doi: 10.1109/ipec51340.2021.9421206 http://dx.doi.org/10.1109/ipec51340.2021.9421206

李庆扬，王能超，易大义 . 数值分析［M］. 5版 . 北京：清华大学出版社， 2008 .

LI Q Y ， WANG N C ， YI D Y . Numerical Analysis ［M］. 5th ed . Beijing ： Tsinghua University Press ， 2008 . （in Chinese）

HUSSAIN M Z ， IRSHAD M ， SARFRAZ M ， et al . Interpolation of Discrete Time Signals Using Cubic Spline Function ［C］. 2015 19th International Conference on Information Visualisation . 22 - 24 ， 2015， Barcelona， Spain. IEEE ， 2015： 454 - 459 . doi: 10.1109/iv.2015.82 http://dx.doi.org/10.1109/iv.2015.82

MCKINLEY S ， LEVINE M . Cubic spline interpolation ［J］. College of the Redwoods ， 1998 ， 45 （ 1 ）： 1049 - 1060 .

陈阳 . 工件图像亚像素边缘检测方法的研究［D］. 天津：河北工业大学， 2011 .

CHEN Y . Research on Sub-Pixel Edge Detection Method of Workpiece Image ［D］. Tianjin ： Hebei University of Technology ， 2011 . （in Chinese）

赵爱明 . 基于二次曲线拟合的图像亚像素边缘定位算法［J］. 哈尔滨理工大学学报， 2006 ， 11 （ 3 ）： 68 - 70 . doi: 10.3969/j.issn.1007-2683.2006.03.022 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1007-2683.2006.03.022

ZHAO A M . Sub pixel edge detection algorithm based on guadrativ curve fitting ［J］. Journal of Harbin University of Science and Technology ， 2006 ， 11 （ 3 ）： 68 - 70 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1007-2683.2006.03.022 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1007-2683.2006.03.022

于梦竹 . 基于亚像素边缘检测的图像放大算法研究与实现［D］. 哈尔滨：哈尔滨工程大学， 2013 .

YU M Z . Research and Implementation of Image Enlargement Algorithm Based on Sub-Pixel Edge Detection ［D］. Harbin ： Harbin Engineering University ， 2013 . （in Chinese）

张雅丽，余卿，程方，等 . 基于regionprops函数的并行彩色共聚焦测量系统的三维重构［J］. 光学精密工程， 2022 ， 30 （ 1 ）： 45 - 55 . doi: 10.37188/OPE.20223001.0045 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20223001.0045

ZHANG Y L ， YU Q ， CHENG F ， et al . Three-dimensional reconstruction for parallel chromatic confocal measurement system based on regionprops function ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2022 ， 30 （ 1 ）： 45 - 55 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20223001.0045 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20223001.0045

刘震，尚砚娜 . 多尺度光点图像中心的高精度定位［J］. 光学精密工程， 2013 ， 21 （ 6 ）： 1586 - 1591 . doi: 10.3788/ope.20132106.1586 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20132106.1586

LIU Z ， SHANG Y N . High precision location for multi-scale light spot center ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2013 ， 21 （ 6 ）： 1586 - 1591 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20132106.1586 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20132106.1586

邹永宁，张智斌，李琦，等 . 基于Hessian矩阵和支持向量机的CT图像裂纹分割［J］. 光学精密工程， 2021 ， 29 （ 10 ）： 2517 - 2527 . doi: 10.37188/OPE.2021.0349 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.2021.0349

ZOU Y N ， ZHANG Z B ， LI Q ， et al . Crack detection and segmentation in CT images using Hessian matrix and support vector machine ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2021 ， 29 （ 10 ）： 2517 - 2527 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.2021.0349 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.2021.0349

陈盛，赵东标，陆永华，等 . 基于二维轮廓点云的螺纹中径计算［J］. 光学精密工程， 2015 ， 23 （ 6 ）： 1791 - 1799 . doi: 10.3788/ope.20152306.1791 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20152306.1791

CHEN S ， ZHAO D B ， LU Y H ， et al . Calculation of thread pitch diameters based on two dimensional profile point clouds ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2015 ， 23 （ 6 ）： 1791 - 1799 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20152306.1791 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20152306.1791

殷永凯，刘晓利，李阿蒙，等 . 圆形标志点的亚像素定位及其应用［J］. 红外与激光工程， 2008 ， 37 （ S1 ）： 47 - 50 .

YIN Y K ， LIU X L ，（ A L ， et al . Sub-pixel location of circle target and its application ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2008 ， 37 （ S1 ）： 47 - 50 . （in Chinese）

王靖，魏亮，向文豪，等 . 考虑圆形特征边缘模糊和偏心误差修正的高精度相机标定方法［J］. 红外与激光工程， 2021 ， 50 （ 12 ）： 3788 /IRLA20210130. doi: 10.3788/IRLA20210130 http://dx.doi.org/10.3788/IRLA20210130

WANG J ， WEI L ， XIANG W H ， et al . High-precision camera calibration method considering circular feature edge blur and eccentricity error correction ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2021 ， 50 （ 12 ）： 3788 /IRLA20210130. （in Chinese） . doi: 10.3788/IRLA20210130 http://dx.doi.org/10.3788/IRLA20210130

浏览量

839

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

双轨制形态学引导的蛋白印迹多曝光图像融合

语义可控的红外与可见光图像融合

光照权重调配机制引导的双流逐层交互式红外与可见光图像融合网络

可靠性自适应引导的红外与可见光图像融合

基于HMSD与改进PCNN的红外与可见光图像融合