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框選邊緣法實驗、結果與討論

在文檔中 中 華 大 學 (頁 104-132)

5-1 框選矩形影像上下方邊緣

檢測製造業的機具零件時,需要了解矩形之上下邊緣尺寸與公差,將矩形影 像經過前處理,二值化,鏈碼邊緣追蹤之過程,然後檢測出上偏差、下偏差、公 差、基本尺寸、最小極限尺寸、最大極限尺寸。(如圖 5.1b 矩形影像)。

實驗操作程序:

(1) 讀取未知尺寸之矩形影像(如圖5.1b)。

(2) 在未知尺寸之矩形影像,上方影像邊緣框選出檢測範圍(如圖5.2),影像邊 緣標有框選區域,然後抓取框選區域之邊緣座標點進行計算,求得框選矩 形影像上方單一邊緣之上偏差、下偏差、公差(如圖 5.3至圖5.5所示) (3) 在矩形影像下方影像邊緣框選出檢測範圍(如圖5.6),影像邊緣標有框選區

域,然後抓取框選區域之邊緣座標點進行計算,求得框選矩形影像下方單 一邊緣之下偏差、上偏差、公差、基本尺寸(如圖5.6至圖5.9所示)、下方 單一邊緣之最小極限尺寸、下方單一邊緣之最大極限尺寸(如圖5.10至圖 5.11所示)。

(4) 更進一步計算上方單一邊緣之最大極限尺寸、上方單一邊緣之最小極限尺 寸、雙方邊緣之最小極限尺寸、雙方邊緣之最大極限尺寸(如表5.1列1至表 列15)。

(5) 依據(1) (2) (3) (4) 的步驟(如圖5.2至圖5.11),實驗結果數據如表5.1 列1至表列15所示。

圖 5.1 a 矩形原始影像 圖 5.1 b 矩形影像

圖 5.2 框選矩形影像上方邊緣

圖 5.3 框選矩形影像上方單一邊緣之上偏差

圖 5.4 框選矩形影像上方單一邊緣之下偏差

圖 5.5 框選矩形影像上方單一邊緣之公差

圖 5.6 框選矩形影像下方單一邊緣下偏差

圖 5.7 框選矩形影像下方單一邊緣上偏差

圖 5.8 框選矩形影像下方單一邊緣之公差

圖 5.9框選矩形影像上下方邊緣之基本尺寸

圖 5.10 框選矩形影像下方單一邊緣之最小極限尺寸

圖 5.11 框選矩形影像下方單一邊緣之最大極限尺寸

圖 名 項目 實驗數據值 1 圖5.2 框選上方單一邊緣

2 圖5.3 上方單一邊緣之上偏差 1.06066017177982 3 圖5.4 上方單一邊緣之下偏差 0.

4 圖5.5 上方單一邊緣之公差 1.06066017177982 5 圖5.6 框選下方單一邊緣

6 圖5.6 下方單一邊緣之下偏差 0.

7 圖5.7 下方單一邊緣之上偏差 - 0.707106781186548 8 圖5.8 下方單一邊緣之公差 - 0.707106781186548 9 圖5.9 基本尺寸 117.8770598902790 10 圖5.10 下方單一邊緣之最小極限尺寸 117.8770598902790 11 圖5.11 下方單一邊緣之最大極限尺寸 118.5841666714650 12 上方單一邊緣之最大極限尺寸 118.9377200620772 13 上方單一邊緣之最小極限尺寸 117.8770598902790 14 雙方邊緣之最小極限尺寸 117.8770598902790 15 雙方邊緣之最大極限尺寸 119.6448268432632

5-2 框選矩形影像左右方邊緣

檢測製造業的機具零件時,需要了解矩形左右邊緣尺寸與公差,首先將矩形 影像經過前處理,二值化,鏈碼邊緣追蹤之過程,然後檢測出上偏差、下偏差、

公差、基本尺寸、最小極限尺寸、最大極限尺寸。(如圖5.12矩形影像) 實驗操作程序:

(1) 讀取未知尺寸之矩形影像(如圖5.12)。

(2) 在未知尺寸之矩形影像,左方影像邊緣框選出檢測範圍(如圖5.13),影像邊

緣標有框選區域,然後抓取框選區域之邊緣座標點進行計算,求得框選矩 形影像左方單一邊緣之上偏差、下偏差、公差(如表5.2列2至列4所示)。

(3) 在矩形影像右方影像邊緣框選出檢測範圍(如圖5.16),影像邊緣標有框選區 域,然後抓取框選區域之邊緣座標點進行計算,求得框選矩形影像右方單 一邊緣之下偏差、上偏差、公差、基本尺寸(如表 5.2列6至列9所示)、右 方單一邊緣之最小極限尺寸、右方單一邊緣之最大極限尺寸(如表5.2列10 至列11所示)。

(4) 更進一步計算左方單一邊緣之最大極限尺寸、左方單一邊緣之最小極限尺 寸、雙方邊緣之最小極限尺寸、雙方邊緣之最大極限尺寸(如表5.2列12至 列15所示)。

(5) 依據(1) (2) (3) (4) 的步驟(如圖5.13至圖5.22),實驗數據如表5.2列2 至表列4、如表5.2列6至列15所示。

圖 5.12 矩形影像

圖 5.13 框選矩形影像左方邊緣

圖 5.14 框選矩形影像左方單一邊緣之上偏差

圖 5.15 框選矩形影像左方單一邊緣之下偏差

圖 5.16 框選矩形影像右方單一邊緣

圖 5.17 框選矩形影像右方單一邊緣下偏差

圖 5.18 框選矩形影像右方單一邊緣上偏差

圖 5.19 框選矩形影像右方單一邊緣之公差

圖 5.20 框選矩形影像左右邊緣之基本尺寸

圖 5.21 框選矩形影像右方單一邊緣之最小極限尺寸

圖 5.22 框選矩形影像右方單一邊緣之最大極限尺寸

圖 名 項目 實驗數據值 1 圖5.13 框選左方單一邊緣

2 圖5.14 左方單一邊緣之上偏差 1.46613039451352 3 圖5.15 左方單一邊緣之下偏差 0.01914176471315 4 左方單一邊緣之公差 1.44698862980037 5 圖5.16 框選右方單一邊緣

6 圖5.17 右方單一邊緣之下偏差 0.

7 圖5.18 右方單一邊緣之上偏差 - 0.70935988594757 8 圖5.19 右方單一邊緣之公差 - 0.70935988594757 9 圖5.20 基本尺寸 230.2708037090830 10 圖5.21 右方單一邊緣之最小極限尺寸 230.2708037090830 11 圖5.22 右方單一邊緣之最大極限尺寸 230.9801635950305 12 左方單一邊緣之最大極限尺寸 231.7369341035965 13 左方單一邊緣之最小極限尺寸 230.2899454737961 14 雙方邊緣之最小極限尺寸 230.2899454737961 15 雙方邊緣之最大極限尺寸 232.44629398954409

5-3 框選水平矩形影像上下邊緣

檢測製造業的機具零件時,需要了解水平矩形之上下邊緣尺寸與公差,首先 將水平矩形影像經過前處理,二值化,鏈碼邊緣追蹤之過程,然後檢測出上偏差、

下偏差、公差、基本尺寸、最小極限尺寸、最大極限尺寸。

實驗操作程序:

(1) 讀取未知尺寸水平矩形影像(如圖5.23)。

(2) 在未知尺寸之水平矩形影像,上方影像邊緣框選出檢測範圍(如圖5.24),影

像邊緣標有框選區域,然後抓取框選區域之邊緣座標點進行計算,求得框選 矩形影像上方水平單一邊緣之上偏差、下偏差、公差(如表5.3列2至列4所 示)。

(3) 在矩形影像下方影像邊緣框選出檢測範圍(如圖5.28),影像邊緣標有框選區 域,然後抓取框選區域之邊緣座標點進行計算,求得框選矩形影像下方水平 單一邊緣之下偏差、上偏差、公差、基本尺寸(如表5.3列6至列9所示)、下 方水平單一邊緣之最小極限尺寸、下方水平單一邊緣之最大極限尺寸(如表 5.3列10至列11所示)。

(4) 更進一步計算上方水平單一邊緣之最大極限尺寸、上方水平單一邊緣之最小 極限尺寸、雙方邊緣之最小極限尺寸、雙方邊緣之最大極限尺寸(如表5.3 列12至列15所示)。

(5) 依據(1) (2) (3) (4) 的步驟(如圖5.24 至 圖5.34),實驗數據如表5.3列2 至表列4、如表5.3列6至列15所示。

圖 5.23水平矩形影像

圖 5.24 框選矩形影像上方水平邊緣

圖 5.25 框選矩形影像上方水平單一邊緣之上偏差

圖 5.26 框選矩形影像上方水平單一邊緣之下偏差

圖 5.27 框選矩形影像上方水平單一邊緣之公差

圖 5.28 框選矩形影像下方水平邊緣

圖 5.29 框選矩形影像下方水平單一邊緣之下偏差

圖 5.30 框選矩形影像下方水平單一邊緣之上偏差

圖 5.31 框選矩形影像下方水平單一邊緣之公差

圖 5.32 框選矩形影像上下水平邊緣之基本尺寸

圖 5.33 框選矩形影像下方水平單一邊緣之最小極限尺寸

圖 5.34 框選矩形影像下方水平單一邊緣之最大極限尺寸

表 5.3 框選矩形影像上下水平邊緣實驗數據

圖 名 項目 實驗數據值 1 圖5.24 框選上方水平單一邊緣

2 圖5.25 上方水平單一邊緣之上偏差 1.000 3 圖5.26 上方水平單一邊緣之下偏差 0.000 4 圖5.27 上方水平單一邊緣之公差 1.000 5 圖5.28 框選下方水平單一邊緣

6 圖5.29 下方水平單一邊緣之下偏差 0.

7 圖5.30 下方水平單一邊緣之上偏差 - 1.000 8 圖5.31 下方水平單一邊緣之公差 - 1.000

9 圖5.32 基本尺寸 128.6790739383320 10 圖5.33 下方水平單一邊緣之最小極限尺寸 128.6790739383320 11 圖5.34 下方水平單一邊緣之最大極限尺寸 129.6790739383320 12 上方水平單一邊緣之最大極限尺寸 129.6790739383320 13 上方水平單一邊緣之最小極限尺寸 128.6790739383320 14 上下雙方邊緣之最小極限尺寸 128.6790739383320 15 上下雙方邊緣之最大極限尺寸 130.6790739383320

5-4 框選垂直矩形影像左右邊緣

檢測製造業的機具零件時,需要了解垂直矩形之左右邊緣尺寸與公差,首先 將矩形影像經過前處理,二值化,鏈碼邊緣追蹤之過程,然後檢測出上偏差、下 偏差、公差、基本尺寸、最小極限尺寸、最大極限尺寸。

實驗操作程序:

(1) 讀取未知尺寸之垂直矩形影像(如圖5.35)。

(2) 在未知尺寸之垂直矩形影像邊緣,左方影像邊緣框選出檢測範圍(如圖

求得框選矩形影像左方垂直單一邊緣之上偏差、下偏差、公差(如表5.4列2 至列4所示)。

(3) 在矩形影像右方影像邊緣框選出檢測範圍(如圖5.40),影像邊緣標有框選區 域,然後抓取框選區域之邊緣座標點進行計算,求得框選矩形影像右方垂直 單一邊緣之下偏差、上偏差、公差、基本尺寸(如表5.4列6至列9所示)、右 方垂直單一邊緣之最小極限尺寸、右方垂直單一邊緣之最大極限尺寸(如表 5.2列10至列11所示)。

(4) 更進一步計算左方垂直單一邊緣之最大極限尺寸、左方垂直單一邊緣之最小 極限尺寸、雙方邊緣之最小極限尺寸、雙方邊緣之最大極限尺寸(如表5.4 列12至列15所示)。

(5) 依據(1) (2) (3) (4) 的步驟(如圖5.36 至 圖5.45),實驗數據如表5.4列2 至表列4、如表5.4列6至列15所示。

圖 5.35 垂直矩形影像

圖 5.36 框選矩形影像左方垂直邊緣

圖 5.37 框選矩形影像左方垂直單一邊緣之上偏差

圖 5.38 框選矩形影像左方垂直單一邊緣之下偏差

圖 5.39 框選矩形影像左方垂直單一邊緣之公差

圖 5.40 框選矩形影像右方垂直邊緣

圖 5.41框選矩形影像右方垂直單一邊緣之下偏差

圖 5.42 框選矩形影像右方垂直單一邊緣之上偏差

圖 5.43 框選矩形影像右方垂直單一邊緣之公差

圖 5.44 框選矩形影像左右方垂直邊緣之基本尺寸

圖 5.45 框選矩形右方垂直單一邊緣之最大極限尺寸

表 5.4 框選矩形影像左右垂直邊緣實驗數據

圖 名 項目 實驗數據值

1 圖5.36 框選左方垂直單一邊緣

2 圖5.37 左方垂直單一邊緣之上偏差 11.5000 3 圖5.38 左方垂直單一邊緣之下偏差 0.000 4 圖5.39 左方垂直單一邊緣之公差 11.5000 5 圖5.40 框選右方垂直單一邊緣

6 圖5.41 右方垂直單一邊緣之下偏差 0.

7 圖5.42 右方垂直單一邊緣之上偏差 - 14.000 8 圖5.43 右方垂直單一邊緣之公差 - 14.000

9 圖5.44 基本尺寸 148.7172120077890 10 右方垂直單一邊緣之最小極限尺寸 148.7172120077890 11 圖5.45 右方垂直單一邊緣之最大極限尺寸 162.7172120077890 12 左方垂直單一邊緣之最大極限尺寸 160.2172120077890 13 左方垂直單一邊緣之最小極限尺寸 148.7172120077890 15 左右垂直雙方邊緣之最小極限尺寸 148.7172120077890 16 左右垂直雙方邊緣之最大極限尺寸 174.2172120077890

(A) 框選兩平行線求距離與公差

本次實驗採用最小平方法估計直線方程式,由資料點透過最小平方法,用估 計法計算出來。兩邊資料點分佈不同,造成兩線斜率m有些微不相等。

本程式操作順序限制:當框選順序為上下時,程式所計算出的值為物體外形 尺寸,而框選順序相反時,本程式目前無法執行量內孔尺寸。五次實驗圖5.1b 矩形影像上下方邊緣得出基本尺寸結果如下:

表 5.5 框選矩形影像上下方邊緣重覆實驗數據 次數 基本尺寸 平均值 變動差值

1 117.88332 117.715464 0.167856 2 117.78843 117.715464 0.072966 3 117.59661 117.715464 -0.118854 4 117.56777 117.715464 -0.147694 5 117.74119 117.715464 0.025726 平均值 117.715464

本實驗將圖 5.1b 矩形上下方邊緣在不同區域框選邊緣,共實驗五次得出表 5-1 基本尺寸實驗數據,將五個基本尺寸平均得 117.715464。觀察每一個基本尺 寸對平均值變動不是很大。

因為資料點分佈以最小平方法求出直線方程式的垂直式距離為誤差,在框選 各分段區域求出基本尺寸值會不同,當框選同樣區域範圍,則求出基本尺寸值會 相同,這是框選區域取座標點的最大益處,理由是框選方式穩定度高。

量圖5.1b矩形上下方邊緣,分別在不同區域重疊框選邊緣兩次,計算出的值 如表5.6上邊緣重疊基本尺寸的值,由此可知仍有所誤差。那是因為框選時最小 平方法求出的直線方程式不同,中間仍有些微距離,以致造成這種結果。

由表5.6得知下邊緣重疊基本尺寸更小的值出現,此原因由表5.1可看出上方 邊緣的上偏差大於下方邊緣的下偏差。由表5.6的結果可知當公差越小時則差距 就較小。

表 5.6 框選矩形影像上下方重疊邊緣基本尺寸實驗數據 上邊緣重疊基本尺寸 下邊緣重疊基本尺寸 1 0.350680436150331 0.00228396000353667

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