1 引 言
在自動(dong)化生(sheng)產過(guo)程中，傳送帶和物流系統是(shi)生(sheng)產線(xian)的(de)重要組成部分。通常情況下為了實現物品的(de)分類處理(li)或完成產品的(de)質量(liang)控制等，我(wo)們需要了解物品的(de)某些細(xi)節情況如幾(ji)何參數，因此，基于圖(tu)(tu)像(xiang)處理(li)的(de)測(ce)量(liang)方(fang)法得(de)到越來越多(duo)的(de)應用(yong)。測(ce)量(liang)方(fang)式主要有靜態(tai)和動(dong)態(tai)兩種(zhong)，靜態(tai)是(shi)指(zhi)目標(biao)對象相對攝像(xiang)機靜止，用(yong)這種(zhong)方(fang)式可以獲得(de)清晰(xi)(xi)的(de)圖(tu)(tu)像(xiang)，而動(dong)態(tai)方(fang)式下則得(de)不到清晰(xi)(xi)的(de)圖(tu)(tu)像(xiang)。
在某些場合(he)下，無法獲得靜態(tai)圖(tu)像(xiang)(xiang)，而(er)運(yun)動(dong)目標的(de)(de)成像(xiang)(xiang)又會(hui)(hui)造成圖(tu)像(xiang)(xiang)質量(liang)的(de)(de)下降(jiang), 為避(bi)免出現圖(tu)像(xiang)(xiang)的(de)(de)降(jiang)質，或(huo)者考(kao)慮到其它因素如機械(xie)傳動(dong)系(xi)統(tong)、運(yun)動(dong)特性等，我(wo)們一般采用運(yun)動(dong)狀態(tai)下的(de)(de)圖(tu)像(xiang)(xiang)捕捉和處理的(de)(de)方法。雖然采用平(ping)穩運(yun)動(dong)系(xi)統(tong)可以減少傳動(dong)過程中(zhong)的(de)(de)振動(dong)，提(ti)高系(xi)統(tong)的(de)(de)運(yun)轉效率，簡化系(xi)統(tong)的(de)(de)設(she)計，但同時(shi)圖(tu)像(xiang)(xiang)處理的(de)(de)時(shi)間也會(hui)(hui)加長。
本文(wen)將(jiang)動態(tai)的(de)圖像測量方法應用于羽(yu)毛(mao)球生產過程(cheng)中(zhong)的(de)毛(mao)片彎度等參數(shu)的(de)測量，介紹了(le)整個系統(tong)的(de)組成和(he)運行(xing)的(de)情況，并提供了(le)過程(cheng)的(de)主要結果。
2 運動圖像的(de)恢復原理
了(le)解運動圖像(xiang)的(de)恢復原理，首先(xian)應了(le)解圖像(xiang)的(de)運動模型。
根據Gonzalez水平(ping)圖(tu)像(xiang)運動(dong)(dong)模型〔1〕，設原圖(tu)像(xiang)為(wei)f（x，y），在曝光時間(jian)T內原圖(tu)像(xiang)沿水平(ping)方向移動(dong)(dong)距離為(wei)a，移動(dong)(dong)速(su)度(du)恒(heng)定且曝光線性(xing)，則
這是一個(ge)遞推關系式，說明當前位(wei)置的恢(hui)復圖像(xiang)(xiang)可以(yi)由離當前位(wei)置a處的恢(hui)復圖像(xiang)(xiang)推算得出(chu)，模糊圖像(xiang)(xiang)g（x）的導數總可以(yi)求得。只要求出(chu)長(chang)度為(wei)a的圖像(xiang)(xiang)，整個(ge)圖像(xiang)(xiang)都可以(yi)根據(ju)上述遞推關系獲得。
設m為x／a的(de)整數部分，恢復圖像可以由下式近似(si)得出〔2〕
圖(tu)像(xiang)恢(hui)復(fu)的質量(liang)取決于恢(hui)復(fu)關系式(shi)中各參(can)(can)數(shu)的選取。A和γ對恢(hui)復(fu)圖(tu)像(xiang)的背(bei)景(jing)和對比有影(ying)響，而(er)a對恢(hui)復(fu)圖(tu)像(xiang)的質量(liang)起決定(ding)作用。通(tong)常情(qing)況下采用搜(sou)索(suo)方法(fa)獲得合適(shi)的值。在參(can)(can)考文(wen)獻〔2〕中采用均方誤差準則(ze)下實現自動搜(sou)索(suo)的方法(fa)。本(ben)文(wen)的測量(liang)環境(jing)下，由于運動速度恒定(ding)，參(can)(can)數(shu)a一旦確定(ding)后當作一個參(can)(can)數(shu)來處(chu)理。
3 基(ji)于圖像(xiang)處理的幾何參(can)數計算
3．1 羽毛球毛片參數
羽(yu)毛(mao)(mao)球(qiu)質量的(de)(de)(de)重要(yao)指標是(shi)其(qi)飛行(xing)的(de)(de)(de)穩(wen)定(ding)性(xing)，即在(zai)飛行(xing)中不出(chu)現搖擺或變線。羽(yu)毛(mao)(mao)球(qiu)飛行(xing)的(de)(de)(de)氣動機理十分復雜，這里(li)不作研究。只要(yao)能保(bao)證(zheng)形(xing)(xing)狀(zhuang)(zhuang)相(xiang)同的(de)(de)(de)毛(mao)(mao)片插在(zai)同一(yi)個(ge)球(qiu)上，則(ze)在(zai)正常工(gong)序(xu)下生(sheng)產出(chu)來的(de)(de)(de)羽(yu)毛(mao)(mao)球(qiu)就會具有良(liang)好的(de)(de)(de)飛行(xing)穩(wen)定(ding)性(xing)。傳統的(de)(de)(de)測量方法(fa)不僅(jin)速度慢而(er)且夾具對(dui)軟(ruan)性(xing)材料的(de)(de)(de)測量結果產生(sheng)影(ying)響。本文嘗試利用圖像捕(bu)捉(zhuo)設備對(dui)傳送帶(dai)上的(de)(de)(de)毛(mao)(mao)片進行(xing)動態捕(bu)捉(zhuo)和(he)處(chu)理，獲得毛(mao)(mao)片的(de)(de)(de)形(xing)(xing)狀(zhuang)(zhuang)參數(shu)后按形(xing)(xing)狀(zhuang)(zhuang)參數(shu)分檔(dang)，保(bao)證(zheng)具有相(xiang)同形(xing)(xing)狀(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)16根毛(mao)(mao)片插在(zai)同一(yi)個(ge)羽(yu)毛(mao)(mao)球(qiu)上。
毛(mao)片(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)要幾(ji)何參數有毛(mao)桿(gan)的(de)(de)(de)(de)(de)彎度(du)、拱(gong)度(du)和毛(mao)桿(gan)頂部(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)粗細等。這里的(de)(de)(de)(de)(de)彎度(du)指的(de)(de)(de)(de)(de)是毛(mao)桿(gan)中(zhong)心線(xian)與其切線(xian)在頂部(bu)位置(zhi)處的(de)(de)(de)(de)(de)水平距(ju)離，拱(gong)度(du)為毛(mao)片(pian)在平放時的(de)(de)(de)(de)(de)拱(gong)高(gao)。這里主(zhu)要介紹彎度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)測(ce)量方法，先提取毛(mao)桿(gan)的(de)(de)(de)(de)(de)邊緣(yuan)并計算(suan)中(zhong)心位置(zhi)，然后擬合毛(mao)桿(gan)中(zhong)心線(xian)，最(zui)后計算(suan)彎度(du)值。在此過程中(zhong)粗細也同時得出。
3．2 圖像的邊緣提取(qu)和(he)邊緣數據的采集
物體(ti)的(de)(de)(de)邊緣在(zai)圖像上(shang)反映出(chu)局部特性(xing)(xing)的(de)(de)(de)不連續性(xing)(xing)。理想(xiang)的(de)(de)(de)邊緣有(you)階躍型、房頂(ding)型和凸緣型，由于(yu)圖像噪聲的(de)(de)(de)存(cun)在(zai)，實際的(de)(de)(de)邊緣變得十分(fen)復雜。
邊緣檢測通(tong)常采用微(wei)分(fen)類(lei)算(suan)子(zi)(zi)(zi)實現。這類(lei)算(suan)子(zi)(zi)(zi)有(you)Sobel算(suan)子(zi)(zi)(zi)、Kirsh算(suan)子(zi)(zi)(zi)和Laplacian算(suan)子(zi)(zi)(zi)等，前兩個算(suan)子(zi)(zi)(zi)為(wei)(wei)梯(ti)(ti)度(du)(du)算(suan)子(zi)(zi)(zi)，后(hou)者為(wei)(wei)二階微(wei)分(fen)算(suan)子(zi)(zi)(zi)。Sobel梯(ti)(ti)度(du)(du)算(suan)子(zi)(zi)(zi)在兩個方(fang)向上選取微(wei)分(fen)大的(de)值(zhi)(zhi)作(zuo)為(wei)(wei)其梯(ti)(ti)度(du)(du)值(zhi)(zhi)，顯然當兩個方(fang)向上微(wei)分(fen)值(zhi)(zhi)大小相等時梯(ti)(ti)度(du)(du)的(de)誤差(cha)最大；而Kirsh則在八個方(fang)向上計算(suan)微(wei)分(fen)并以(yi)最大制作(zuo)為(wei)(wei)梯(ti)(ti)度(du)(du)值(zhi)(zhi)〔3〕，算(suan)子(zi)(zi)(zi)法的(de)計算(suan)結果作(zuo)為(wei)(wei)邊緣判別的(de)依據；Laplacian算(suan)子(zi)(zi)(zi)則是不依賴邊緣方(fang)向的(de)二階算(suan)子(zi)(zi)(zi)，具有(you)旋轉不變性。
由(you)于微(wei)分類(lei)算(suan)(suan)子(zi)的(de)(de)固有特性，邊(bian)(bian)緣(yuan)(yuan)檢(jian)測都會受到(dao)噪聲(sheng)影(ying)響。采用濾(lv)(lv)(lv)波(bo)方(fang)法可以(yi)有效地(di)抑(yi)制噪聲(sheng)的(de)(de)干擾，但(dan)同時(shi)(shi)也給邊(bian)(bian)緣(yuan)(yuan)產生(sheng)一定(ding)程度的(de)(de)鈍化(hua)(hua)，這種鈍化(hua)(hua)作(zuo)用會影(ying)響邊(bian)(bian)緣(yuan)(yuan)的(de)(de)提取 ，因此(ci)關鍵在(zai)(zai)于濾(lv)(lv)(lv)波(bo)方(fang)案的(de)(de)選擇。上(shang)述微(wei)分類(lei)算(suan)(suan)子(zi)都采用了濾(lv)(lv)(lv)波(bo)方(fang)法 。Sobel算(suan)(suan)子(zi)采用了三點加權(quan)平均(jun)，當邊(bian)(bian)緣(yuan)(yuan)在(zai)(zai)水(shui)平或豎直(zhi)方(fang)向時(shi)(shi)，實際的(de)(de)濾(lv)(lv)(lv)波(bo)沿著(zhu)邊(bian)(bian)緣(yuan)(yuan)進(jin)行，因此(ci)濾(lv)(lv)(lv)波(bo)對(dui)邊(bian)(bian)緣(yuan)(yuan)的(de)(de)鈍化(hua)(hua)作(zuo)用最小；而當邊(bian)(bian)緣(yuan)(yuan)在(zai)(zai)45°或135°方(fang)向時(shi)(shi)，濾(lv)(lv)(lv)波(bo)點與邊(bian)(bian)緣(yuan)(yuan)在(zai)(zai)方(fang)向上(shang)相差(cha)最大，此(ci)時(shi)(shi)濾(lv)(lv)(lv)波(bo)對(dui)邊(bian)(bian)緣(yuan)(yuan)的(de)(de)鈍化(hua)(hua)作(zuo)用也最大。因此(ci)，選擇與邊(bian)(bian)緣(yuan)(yuan)較為一致的(de)(de)核（kernel）能在(zai)(zai)噪聲(sheng)抑(yi)制和邊(bian)(bian)緣(yuan)(yuan)保持(chi)方(fang)面獲得(de)滿意的(de)(de)結果。
