基于激光测距和图像处理的尺寸检测系统设计

摘 要：本系统通过运用激光测距和图像处理技术进行物体尺寸检测，当系统对被测物体进行测量时，由激光器发射的两条激光束投射到检测对象表面或被测量对象所在的平面上，形成明亮的斑点。并通过CCD摄像机进行图像处理，将拍摄到的图像通过图像采集卡进行采集，并最终输入电脑计算机中惊醒图像检测处理，最终先去最优质的图像信息进行处理以此得到最终数据。对组成尺寸检测系统的测距系统和图像处理系统进行了系统的分析，对系统内部的相关组成进行了讨论。关键词：PSD激光测距 图像处理 尺寸检测

中图分类号：TP391.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）09（b）-0002-02

激光作为一种新型的光源，主要诞生于20世纪60年代，并且因其具有良好的特性获得了广大科研人员的普遍应用。激光还拥有良好的方向性、良好的单色性以及较高的亮度，这是其他光源所不具备。

从最初诞生的光电检测技术，经过将近半个世纪的发展，随着图像处理技术的提高、自动控制系统越来越智能、以及现代科学技术的日趋完善，因此更加精准的图像测量技术顺应时代的潮流而产生。它所具备的突出特点主要有信息效率高、非接触、测量精度高、自动化程度高、速度快、以及频宽与信息容量极大等[1]。正因为这种技术具有如此之多的优点，才使得在如此之短的时间内被各行各业的科研人员所广泛应用并得到迅猛发展。

1 测量系统基本原理

本系统主要由两大部分组成，分别是CCD成像系统和PSD激光测距系统。当系统对被测物体进行测量时，由激光器发射的两条激光束投射到检测对象表面或被测量对象所在的平面上，形成明亮的斑点。并用CCD摄像机对光斑所在为止进行拍摄，进一步对摄像机的焦距进行相应的调整，使拍摄到图像足够清晰，也就是能够清晰地显示两条光斑和需要测量的物体表面。将拍摄到的图像通过图像采集卡进行采集，并最终输入电脑计算机中惊醒图像检测处理，最终先去最优质的图像信息进行处理以此得到最终数据[2]。最后通过复杂计算得出实验结果。

原理关系图如图1所示。通过测量系统的测距端口发射激光光束，在被测物体的表面投射出对应的光斑，那么被测对象表面与激光束之间会产生倾斜角，用α表示。

根据几何光学原理可知。

+=（1）

式中，f为透镜焦距；L为被测距离，b为从焦点到成像点的垂直距离。

根据b和β的关系整理可得：

L=f×（1+） （2）

因为激光器与被测物体平面存在夹角，所两个激光器到被测物体平面的距离分别用L1、L2表示，通过上述公式，分别求出L1、L2，因此倾斜角α为：

tanα= （3）

由以上联立可知所求的宽度尺寸如下：

K=X×tanα （4）

2 PSD测距系统

本系统选用的是一维PSD。本系统设计的PSD测距系统在其内部左右两侧各安置一个PSD激光测距检测装置，其中每个检测装置都有精准激光光源、精密PSD探测器、用于接受光路的透镜、用于发射光路的透镜以及信号处理电路五部分构成。激光器发射的经过发射透镜聚焦的激光光束照射在想要被测量的平面上形成激光小光斑，而小光斑在经过反射后，反射回来又会被接受透镜所接受，最后聚焦成像。为了能够尽可能地提高测量系统的精度，因此我们应该将PSD进行倾斜放置，这样就尽可能地将光斑精确地聚焦在PSD的受光面上，又因为PSD具有很快的相应速度，与其匹配的处理电路也不复杂，但是却对光源具有较低的要求，较宽的响应光谱，这样也就减少了检测过程中的误差几率。

3 图像采集系统

本系统中的CCD图像采集系统，为了能够將所需测量的物体的实际尺寸精准的测量出来，我们需要采集一系列的图像信息，例如采集图像的像点位置和被测物体的相对空间尺寸，通过图像信息处理的方式进行成像缩小比计算，并在此基础进行图像信息重建。我们还能通过软硬件方面的完善进而提高测量的精度，如在硬件方面，可以将CCD摄像机的分辨率进行提高得以实现，还可以将成像系统产生的误差通过各种校正的方法来减少；而软件方面，我们可以将相应的算法一步一步进行很好的完善，同时还可以在计算机上通过特定技术对提取的像素边缘进行细化处理，对采集的图像以此来提高精度[3]。

4 测量结果

为了能够很好的检测我们所设计的系统得测量精度，所以我们选择的检测对象为一块25.012mm宽度的1级标准量块。但是考虑到所选则的量块尺寸，为了更好地体现测量精度，我们选择在为距离1.2m远的距离上进行相同条件下的重复测量，测量次数为五次，将所得的实验数据整理如表1所示。

参考文献

[1]常键生.检测与转换技术[M].北京：机械工业出版社，1999.

[2]《几何量实用测试手册》编委会.几何量实用测试手册[M].北京：机械工业出版社，1985.

[3]颜伟彬.CCD信号数据采集及处理[D].华中科技大学，2004.