基于ARM9的瓷砖尺寸检测装置研究
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图１边直度Fig.1Straightnessofsides图２直角度
Fig.2Rectangularity
《陶瓷学报》JOURNALOFCERAMICS第30卷第2期
2009年6月Vol.30,No.2
Jun.2009
文章编号：1000-2278（2009）02-0235-04基于ARM9的瓷砖尺寸检测装置研究
戴哲敏胡奇芳（景德镇陶瓷学院，景德镇：３３３００１）
摘要利用嵌入式技术和数字图像处理技术，以S3C2410开发板作为硬件开发平台、Redhat9.0操作系统为开发平台、OpenCV/embedded为开发工具,在此基础上研究了一种能实现瓷砖长宽、边直度和直角度的检测算法。试验结果表明该系统能满足陶瓷墙地砖主要尺寸的检测，实现了瓷砖尺寸的非接触式检测。关键词尺寸检测，瓷砖，嵌入式系统，非接触中图分类号：ＴＱ１７４．５文献标识码：Ａ
１前言国家标准GB/T3810.2－1999[1]中的瓷砖检测项目包括：1、长度和宽度；2、厚度；3、边直度；4、直角度；5、平整度；6、表面质量。本研究针对瓷砖四边的长度、宽度、边直度和直角度等检测指标，结合图像处理技术与嵌入式技术实现瓷砖的非接触式检测。（1）长度和宽度测量：一般在离砖顶角5mm测量砖每边的测量值为该边的长度。（2）边直度测量：在砖的平面内边的中央偏离直线的偏差。边直度用百分比表示（见图1）。用公式(1)计算：
边直度＝cL×100（1）
式中：C为测量边中央偏离直线的偏差，mm；L为测量边长度，mm。（3）直角度的测量：将砖的一个角紧靠着放在用标准板校正过的直角上，测量它与标准直角的偏差。直角度用百分比表示（见图2），用公式(2)计算：
直角度＝δL×100（2）
式中：δ为砖的测量边与标准板相应边在距转角5mm处测得的偏差值（mm）；L为砖相邻两边的长度（mm）。
２系统组成及工作原理基于计算机视觉的瓷砖尺寸检测装置是通过模拟人的视觉功能对产品的图像进行分析和理解来获得类似人类视觉系统感知的视觉信息[2]。根据非接触
收稿日期：2009-03-28通讯联系人：戴哲敏，男，E-mail:d_z_m@163.com
ＬＬ５ｍｍ＋ｃ－ｃＬＬ
５ｍｍ
＋δ－δ《陶瓷学报》２００９年第２期图５尺寸检测系统流程图Fig.5Theflowchartoftilesizedetection
启动进入主界面设定参数打开设备动态显示、现场准备抓拍
抓拍？图像处理继续？结果输出结束
ｙｅｓｎｏｙｅｓ
ｎｏ
图３系统结构组成原理Fig.3Thestructureschematicofthesystem
图４检测算法流程Fig.4Theflowchartofdetectionalgorithm
式测量的实际要求，本系统硬件的构成主要部分有照明系统、CCD摄像系统[3]及图像采集系统、ARM9开发板、LCD显示屏四大部分。ARM9主板提供进行图像的存储、处理和检测值计算的CPU、存储器以及相应的外围接口电路；LCD显示屏提供人机界面的接口，实现人机的交互。本系统结构组成原理见图3。
３尺寸参数提取及算法实现首先将捕获的原始图像进行灰度处理，之后对处理过的图像进行去噪，考虑对边缘的影响较少而采用中值滤波对图像除噪，接着二值化过程将除噪后的图像转换成黑白图像，在这个基础上实现对图像的边缘检测，通过对几种边缘检测算子的对比，考虑实现效果和软件的执行速度，本系统采用sobel边缘检测算子，最后通过哈夫变换、尺寸计算分别提取实测瓷砖的特征值并依据公式计算出相应的检测指标。本系统尺寸检测算法流程见图4。根据国家标准GB/T3810.2-1999中对陶瓷砖边长、边直度以及直角度检测方法的定义，采用一种基于角点拟合的方法进行瓷砖参数的提取，为了排除瓷砖边界的不规则带来的误差，分别用直线拟合瓷砖角点两侧的一段边，求出两条边的交点，就是我们所要
求的角点，然后根据4个角点的相对位置来求得边长、边直度以及直角度等参数。以拟合左上角点为例，选择角点附近合适数量的点，使用最小二乘法拟合2条直线Y1＝k1X1+b1（3）
Y2=k2X2+b2（4）
其中k1、k2分别为两条直线的斜率，而b1、b2分别为两条直线在Y方向上的截距，然后可求得两条直线的
交点为P（b2-b1k1-k2,k1b2-k2b1k1-k2），此点即为所拟合的角点。同理可求出其他3个角点。当所有的角点坐标确定之后，就可以利用点到点之间的距离来求出瓷砖各边边长。以左边长为例，左下角点和左上角点分别为A(x1,y1)和B(x2,y2),则根据点到点之间的距离公式得出边长L为：
L＝(X1-X2)2+(Y1-Y2)2姨
（5）
直角度的检测方法定义为砖的一个角和直角的偏差，用百分比来表示[5]。以瓷砖的左上角为例，可以
由式(3)和(4)得到2条直线所夹的角为：
α＝arctan(k2-k11+k1k2)（6）这个角度就是左上角所对应的角度值。依据方法
待测量物件ＬＣＤ显示屏常用外设ＡＲＭ处理器图像采集卡光源
ＣＣＤ
摄像头
灰度处理中值滤波二值
处理边缘
检测哈夫
变换尺寸
计算
236《陶瓷学报》２００９年第２期表１以３００×３００（ｍｍ）陶瓷地砖检测结果Tab.1Detectionresultsof300×300mmceramicfloortiles表２以２００×５０（ｍｍ）陶瓷面砖检测结果
Tab.2Detectionresultsof200×50mmceramicfloortiles
参数系统测量值仪器测量值差值长度(mm)
上300.11300.2+0.09下300.01300.04-0.03左299.97299.93-0.04右300.03299.97-0.06边直度(%)
上0.050.07-0.02下0.030.04-0.01左0.060.04+0.02右0.040.08-0.04直角度(%)
左上0.640.67+0.03右上0.380.40+0.02左下0.410.36+0.05右下0.350.43+0.08
参数系统测量值仪器测量值差值长度(mm)
上199.91200.01+0.01下200.13200.10-0.03左50.2050.13-0.07右50.1249.97-0.05边直度(%)
上0.060.07-0.01下0.030.05-0.02左0.050.04+0.01右0.060.06-0.00直角度(%)
左上0.660.62+0.04右上0.380.41-0.03左下0.420.47+0.05右下0.270.32+0.05
中的定义我们可以得到瓷砖左上角的直角度为：直角度=α-90°90°×100%。
边直度定义为瓷砖边的中央偏离该边所对应的直线的偏差，也用百分比来表示。以左边为例，对边缘点数组进行处理，找到左边界的中央边缘点E(x，y)，可以求出该点到左侧2个角点所确定的直线距离为：
l=
(x1-x2)y-(y1-y2)x-x1y2+x2y1
(x1-x2)2-(y1-y2)2姨
（7）
然后根据标准中的定义以及已求得的左边长L可以得到边直度=lL×100%（8）根据拟合得出的4个角点的坐标信息以及式(6)、式(7)和式(8)便可以求出瓷砖的4个边长、4个直角度以及4个边直度。４软件实现鉴于ARM9芯片的技术成熟、设计灵活和较高的性价比，已在众多的嵌入式开发领域得到广泛的应用。本系统基于ARM9开发以瓷砖作为检测对象的嵌入式测量系统，系统采用Linux操作系统，以openCV/embeded为开发工具实现图像的采集、滤波及边缘跟踪、特征提取、利用尺寸检测算法完成对瓷砖的长度、宽度、边直度及直角度的测量，并将检测结果显示输出。软件设计流程图见图5。５实验结果分别以300×300mm的正方形陶瓷地砖和200×50mm长方形陶瓷面砖为测量对象，经过本系统和游标卡尺(精度为0.02mm)多次测量得出的测量数据分别见表1、表2。测试结果显示系统测试结果与仪器测试结果误差<0.1mm，满足实际的检测要求。
６结论本文开发了一种基于ARM9的瓷砖尺寸的视觉检测系统，实现了瓷砖的非接触检测目标，提高了检测的效率和精度。该系统够满足一般瓷砖的实际检测需要，具有良好的工业应用前景，并且本检测系统也可为其他类似工业产品的非接触式尺寸检测提供参考。
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