论文总字数：28530字

摘 要

激光投线仪作为一种精密测量仪器，被广泛应用于室内装潢，设备安装以及工程建设中。由于激光投线仪的结构原因，在生产过程中安装激光器时容易产生误差，造成投射出的激光出现变形等非理想情况。传统的方法使用人工结合标尺测量来进行校准，但是激光对人眼有一定的伤害，并且人工判定效率低下，无法避免人为误差，过程繁琐，自动化程度低。为克服以上问题，设计了一套基于图像处理技术的激光扫线仪视觉校准系统，利用摄像头获取激光在标尺上的图像，通过Opencv进行图像处理，获取激光的直线度、倾斜度以及其他参数，计算机对数据进行严格计算后进行判定，实现校准。为了识别激光在标靶中的刻度值，先将图像中的激光与刻度线相分离，细化刻度线，然后进行直线检测，提取出图像中的刻度线。为了找到一条最能代表激光的直线，对激光所在区域进行采样，利用这些采样点拟合出一条直线。求出拟合直线与刻度横线的交点，与提取出的刻度线进行比对便可求出当前激光线的刻度值。其中软件系统由Qt与Opencv编写。实验表明，相比人工校准的方法，有效避免了人为误差，操作简单，自动化程度高，大大提高了激光投线仪的校准效率，同时校准精度也得到了有效的提升。

关键字：直线检测，直线细化，激光识别，视觉校准

Abstract

As a kind of precise measuring instrument, the laser demarcation device is widely used in interior decoration, equipment installation and engineering construction. Due to some structural reasons of the laser demarcation device, errors easily occur when the laser is installed in the production process, resulting in the distortion of the projected laser and other non-ideal conditions. Traditionally, the laser demarcation device is calibrated by manual method combined with ruler measurement. However, laser does harm to eyes, and manual judgment is inefficient. It can not avoid human errors. The process is cumbersome and the automation level is low. In order to overcome the above problems, a visual calibration system of laser scanner based on image processing technology is designed. The camera is used to acquire the image of laser on the ruler. Image processing is carried out by Opencv and obtains laser straightness and other parameters. The computer determines the data after rigorous calculation and calibrates. In order to recognize the scale value of laser in target, the laser and scale line in image are separated. The scale line is refined. Then the line detection is carried out to extract the scale line in image. To find a line that represents the laser, the region where the laser is located is sampled and a line is fitted by these sampling points. The intersection point between the fitting line and the calibration horizontal line can be obtained, and the calibration value of the current laser line can be obtained by comparing with the extracted calibration line. The software system is supported by Qt and Opencv. Experiments show that compared with manual calibration method, it can effectively avoid human errors with simple operation and high degree of automation. The calibration accuracy and efficiency have been effectively improved.

KEY WORDS: Line Detection，Line Thinning，Laser Recognition，Visual Calibration

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 研究现状 1

1.2.1基于平行光管测量的校准方法 2

1.2.2基于线阵CCD的校准方法 3

1.2.3摄像头监控标靶的校准方法 4

1.2.4 面临挑战 4

1.3 论文研究工作 6

1.4论文内容安排 7

第二章 校准结构设计 8

2.1结构设计 8

2.2校准项 9

2.2.1 直线度校准 9

2.2.2 倾斜度校准 10

2.3本章小结 11

第三章 图像处理 12

3.1 刻度线识别 12

3.1.1霍夫变换直线检测 12

3.1.2 直线细化 13

3.1.3 刻度线提取 15

3.1.4 刻度线识别 16

3.2 激光识别 21

3.3刻度值 22

3.4图像异常处理 23

3.4.1亮度异常 23

3.4.2激光异常 26

3.5本章小结 26

第四章 系统设计 28

4.1系统设计 28

4.2软件设计 30

4.3校准方法 31

4.4本章小结 36

第五章 总结与展望 38

5.1总结 38

5.2展望 39

参考文献 40

致谢 42

绪论

1.1引言

激光投线仪的基本原理是通过激光发射器发射激光束透过棱镜柱后发散出激光面，将激光面投射到某一平面上后便形成激光垂直线和水平线。常用于在工程建设中取代传统的墨线仪，在目标面上标注水平线和垂直线^[1]。作为一种精密测量仪器，在现代工程中对激光投线仪的精度也有较高的要求。但是在激光投线仪的加工和装配过程中，激光发射器和棱镜的相对位置关系无法保证严格准确，容易导致激光的出射平面偏离基准水平面，导致激光的直线度以及倾斜度精度受到影响^[2]。因此每一个激光投线仪出厂时都需要进行严格的校准，保证激光误差在允许的范围内。通常水平激光线与垂直激光线的加工装配方法一致，故本文主要以垂直激光线来举例研究和分析。一般的校准方法是将激光照射在标尺上，再由人工观测刻度值，然后进行计算得出校准结果。这种方法繁琐效率低，需要做大量的重复性工作，并且无法避免人工误差。运用图像处理技术实现自动校准可以大大提升校准效率，并且节约人工成本，提高自动化程度。

目前，关于激光投线仪的校准，研究人员提出了许多有效的方法，例如采用平行光管角度测量与机器视觉结合的检测方。还有就是基于光电荷耦合器件 CCD 对激光投线仪进行校准的方法，可以大大减少人为干扰。以上方法虽然新颖，但是存在设备成本较高，安装操作复杂等缺点。除此之外，还有一类方法将激光投射到远处的标靶，使用监控摄像头将标靶画面汇集到显示器，再由人眼对激光的各项精度进行判断。这类方法相对于传统的校准方法有了一定的提升，成本低，无需大量辅助设备，适用范围广，但是校准判断依然对操作人员有很强的依赖性。本文提出的方法，对这一类方法进行了提升和改进。

1.2 研究现状

当前的激光投线仪校准方法主要有以下几种：采用平行光管测量的校准方法，基于线阵CCD的校准方法，摄像头监控标靶的校准方法。其中采用平行光管测量的多维校准方法在空间中安装多个采样管，因此可以同时校准4线以下的激光投线仪。使用线阵CCD的校准方法利用线阵CCD的物理特性可得到激光的信号图像，加以处理便可得到光束的位置信息。激光投线仪在市场上已经出现多年，但是目前依然还没有相应的国家标准或校准规范，因此通常以厂商的合格指标来进行校准。表1-1为一般使用的激光投线仪的精度指标。

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