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单目视觉测量系统误差分析

摘 要

随着视觉技术在工业检测和控制领域得到广泛的应用，对视觉检测系统的精度分

析和误差分析得到了极大的关注，并成为高精度视觉检测系统的研究必不可少的组成

部分。误差系统的分析主要方法还是通过建立视觉系统的数学模型，然后针对模型中

的参数进行误差分析。国内外对视觉系统误差的研究，主要采用视觉系统标定模型分

析视觉系统中的单个或几个参数引起的误差，比较单一、不全面，而且较少涉及这些

因素引起的误差对总体误差影响，也没有建立起系统的分析方法。

影响测量精度的因素非常多，主要有：影像获取设备、摄影方式、照明状态、后

续处理硬软件性能等。 本文从特征提取算法、光照强度、光照方向、镜头焦距、摄像

头分辨率、曝光时间等方面，全面地研究单目机器视觉检测系统的误差。在课题的研

究过程中，运用的视觉处理技术有图像预处理、边缘检测、边缘跟踪、边缘分割、角

点提取、摄像机标定等。

本文运用单目视觉数学模型分析了整个图像平面不同位置产生的误差。本文还分

析了不同精度的边缘检测算子对系统误差的影响。光照强度实验分析了使物体图像检

测精度最高干扰最小的光照强度范围。光照方向实验表明背光照明方式是耐火砖外形

轮廓检测效果最好精度最高的，同时分析了光圈大小对实验的影响。焦距变化实验分

析了图像畸变对系统误差的影响，实验表明摄像头分辨率高误差小，但性价比不一定

最好。本文用清晰度评价法分析了曝光时间对成像和测量精度的影响。通过全文的分

析，作者给出了许多具有实践意义和建设性的结论。

论文最后，作者用Visual Basic设计了单目视觉测量系统误差分析软件，设计中

作者采用 VB 和 MATLAB 混合编程技术，充分结合 VB 界面功能强和 MATLAB 数据处理和

图形显示功能强的优点。误差分析软件主要功能是绘制误差曲线和计算误差值，软件

给使用者分析和计算系统误差带来方便。

关键词：误差分析，特征提取，光照，分辨率，曝光时间，ActiveX

I

ABSTRACT

As machine vision is used in the control and industrial inspection, Accuracy and

error analysis of vision measurement system gets greatly attention, which becomes

necessary in the vision precise measurement system. Establishing model of vision

measurement system main method in error analysis of system. Then the error of

parameter in the mold is analyzed. The domestic and international research on the

visual system error is mainly in the visual system calibration model ，which analyzes a

single or a few parameters of the error caused by the change in the visual system. It

is single, not comprehensive nor universal. And fewer errors of these factors impact

are on the overall error. There is no established method of systematic analysis.

Many factors affect measure accuracy. They mainly are image acquisition

devices, Photo mode, lighting state of the measured object, capability of

post-pr