【测量篇】（3）标定+定位+1D测量综合实例
【测量篇】（3）标定+定位+1D测量综合实例
“高端市场人抬人，低端市场人踩人！”
在后台收到信息，莫名其妙被人投诉了，不知触犯了哪些人的利益，本人依然会本着分享交流的精神，共促行业的繁荣。如果您能一路跟过来，halcon视觉入门到提高，完全没问题。
测量需求：火花塞间隙尺寸
测量项目一般使用远心镜头+平行背光
远心镜头可以最大程度避免图像畸变
平行背光可以清晰得到图像边缘轮廓
原图如下
- 算法思路 -
1. 相机标定，减少镜头畸变以及得到公有制单位 2. 模板匹配 + 仿射变换 定位 3. 1D测量边缘对
1
相机标定
采集多幅不同位姿、清晰的标定板图片
例程采集14幅
以下为其中2幅
首先指定相机标定的一些初始值，标定目标，相机内参初始值，设置标定数据模型的对象和参数等
*------指定标定初始值-----------*
*指定标定描述文件
CaltabName := 'caltab_10mm.descr'
*由于使用远心镜头，放大倍率为0.17，径向畸变的初始值为0，世界坐标系的物理尺寸为66um，主点位于图像中心
gen_cam_par_area_scan_telecentric_division (0.17, 0, 6.6e-06, 6.6e-06, 320, 240, 640, 480, StartCamParam)
*创建标定数据模型
create_calib_data ('calibration_object', 1, 1, CalibDataID)
*设置标定板描述文件
set_calib_data_calib_object (CalibDataID, 0, CaltabName)
*设置相机参数
set_calib_data_cam_param (CalibDataID, 0, [], StartCamParam)通过find_calib_object、calibrate_cameras完成所有标定图片的相机标定，最终通过calibrate_cameras得到相机内部参数
内参可以将图像测量用世界单位表示，不需要知道火花塞在世界坐标系的具体位置，所以只需标定内参即可
*----------标定所有图片-------*
for Index := 1 to 14 by 1
read_image (Image, 'spark_plug/spark_plug_calib_' + Index$'02')
dev_display (Image)
dev_disp_text ('Collect calibration data', 'window', 12, 12, 'black', [], [])
*获取标定对象，并添加到数据模型中
find_calib_object (Image, CalibDataID, 0, 0, Index, [], [])
*得到标定数据轮廓
get_calib_data_observ_contours (Contours, CalibDataID, 'marks', 0, 0, Index)
dev_set_color ('green')
dev_display (Contours)
endfor
dev_disp_text ('Calibration of the telecentric camera', 'window', 12, 12, 'black', [], [])
*计算标定数据的内部参数
calibrate_cameras (CalibDataID, Error)
*查询标定数据模型中存储的数据
get_calib_data (CalibDataID, 'camera', 0, 'params', CamParam)
dev_disp_text ('Press Run (F5) to continue', 'window', 'bottom', 'right', 'black', [], [])
stop ()远心镜头标定
2
模板匹配
为了确定火花塞在图像中的位置，
使用鲁棒性比较好的形状模板匹配
模板需要选取所有火花塞共有的、唯一的、不变的特征
红色十字是模型的重心，为在线测量时能正确匹配的参考点
由于所有火花塞方向大致相同，模型创建的时候仅需要考虑+-30°
此部分代码
read_image (ModelImage, 'spark_plug/spark_plug_01')
gen_rectangle1 (ModelRegion, 120, 230, 220, 445)
reduce_domain (ModelImage, ModelRegion, TemplateImage)
*创建形状模型
create_shape_model (TemplateImage, 'auto', rad(-30), rad(60), 'auto', 'none', 'use_polarity', 'auto', 'auto', ModelID)
area_center (ModelRegion, Area, RefRow, RefCol)
*得到形状模型轮廓
get_shape_model_contours (ModelContours, ModelID, 1)
get_shape_model_contour_ref (ModelRegion, ModelContoursTrans, ModelID)
gen_cross_contour_xld (CrossRef, RefRow, RefCol, 20, 0)
dev_display (ModelImage)
dev_set_color ('magenta')
dev_display (ModelContoursTrans)
dev_display (CrossRef)
dev_disp_text ('Contour and reference point of the shape model', 'window', 12, 12, 'black', [], [])
dev_disp_text ('Press Run (F5) to continue', 'window', 'bottom', 'right', 'black', [], [])
stop ()3
测量矩形
相对模型参考点，定义测量矩形
矩形方向使其与主轴测量方向一致
4
在线测量
以上测量均为离线的
在线检测首先读图，然后利用模式匹配在图像上找到火花塞
read_image (Image, 'spark_plug/spark_plug_' + Index$'02')
* Find the spark plug in the image
find_shape_model (Image, ModelID, rad(-30), rad(60), 0.7, 1, 0.5, 'least_squares', 0, 0.9, Row, Column, Angle, Score)根据匹配到位姿，利用仿射变换矩阵，创建测量矩形
vector_angle_to_rigid (0, 0, 0, Row, Column, Angle, HomMat2D)
* Display the match
affine_trans_contour_xld (ModelContours, ModelContoursTrans, HomMat2D)
dev_set_color ('magenta')
dev_display (ModelContoursTrans)
* Transform the model reference point
affine_trans_pixel (HomMat2D, RectRelRow, RectRelCol, TransRow, TransCol)
* Display measurement rectangle
gen_rectangle2_contour_xld (MeasureRectangle, TransRow, TransCol, Angle + RectRelPhi, RectLen1, RectLen2使用一维测量算子measure_pairs实际测量边缘对
measure_pairs (Image, MeasureHandle, 1, 30, 'positive_strongest', 'all', Row1, Col1, Amplitude1, Row2, Col2, Amplitude2, IntraDistance, InterDistance)利用标定得到的内参CamParam将测量结果转换至世界单位制
通过简单几何知识计算缝隙距离
get_line_of_sight ([Row1,Row2], [Col1,Col2], CamParam, X, Y, Z, XH, YH, ZH)
DX := X[1] - X[0]
DY := Y[1] - Y[0]
GapSize := sqrt(DX * DX + DY * DY)根据确定的尺寸公差，判断所测得距离是否合格
后续根据所测结果，决定是否剔除不合格产品
* Specify the tolerance of the gap in meters
GapSizeMin := 0.78e-3
GapSizeMax := 0.88e-3
* Evaluate the result
if (GapSize < GapSizeMin)
* Gap size is too small
StatusText := 'Gap size too small'
dev_set_color ('red')
elseif (GapSize > GapSizeMax)
* Gap size is too large
StatusText := 'Gap size too large'
dev_set_color ('red')
else
* Gap size is within tolerances
StatusText := 'Gap size ok'
dev_set_color ('green')
endif在此对在线检测流程进行总结
首先，使用模板匹配得到火花塞位姿，并对其进行二维刚性变换，使得模型与图像中的火花塞重合
其次，利用得到的变换对测量矩形中心的相对位置进行变换，使得矩形方向与火花塞方向一致
最后，利用标定得到的内参将测量结果转换至世界单位制，计算缝隙距离，并根据公差判断产品是否合格
测量结果如下图
注：本次例程来书籍《机器视觉算法与应用》，是行业入门与提高的不二之选， 书籍pdf与所有案例的halcon程序以及原图，请见如下百度云连接：
链接:https://pan.baidu.com/s/1FuD3prrc5ApBl4Ewqmqz6w
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