硅棒特征点三维坐标视觉检测技术探究

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1、硅棒特征点三维坐标视觉检测技术探究摘要：针对人工接触式硅棒参数检测中存在的耗时、低效、误检等问题，提出一种采用四CCD机器视觉系统作为硅棒参数实时检测的非接触式测量方案。系统基于多目视觉检测原理，以四CCD多目视觉检系统作为机器视觉检测前端数据采集模块，拍摄待测硅棒表面轮廓图像信息。相邻两CCD构成正交双目交汇数据采集子模块，子模块基于正交双目交汇测量原理实时采集两路含有目标空间信息的数字图像数据并保存到上位机。上位机图像处理系统读取采集图像，完成多目相机标定，特征点提取、同名点匹配以及视差计算后提取出目标特征点三维坐标。该检测技

2、术有效避免了人工主观因素造成的漏检、错检，满足实时在线检测要求，实现了硅棒特征点空间三维坐标高精度检测的目的。关键词：三维坐标；多目视觉；双目交汇；硅棒；特征点中图分类号：TP274.2文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.10055630.2013.02.001引言硅棒的实际尺寸参数与硅棒本身的特征点提取密切相关，获取硅棒特征点的三维坐标信息可有效反映硅棒尺寸参数和产品质量，为产品的质量监控提供依据［1］。然而针对硅棒，无论是整体尺寸还是局部特征的检测，国内目前尚无相关仪器，在我国这些参数的检测还主要是依靠人工完成

3、［2］。人工检测是一种非在线、接触式的传统检测方式，采用直角尺、游标卡尺、钢板尺等工具进行检验，检测精确度和重复性受到检测人员工作状态干扰，很难保证统一标准，总体上来说检测速度和检测精度不高；同时接触式检测过程中需反复搬动样品不可避免地造成对样品的二次伤害，效率低，仪器损耗大［2］。结合视觉成像技术和图像处理技术出现的机器视觉检测技术，不仅摒弃了传统检测方法的不足，满足了实时检测要求，同时还具有非接触、精度高等优点，是现场实时三维坐标测量的首选方法之一［35］。国内外关于三维坐标的相关测量方法主要有：电子经纬仪法和三坐标测量机法［

4、3］。坐标测量机的测量精度可达微米级，但是庞大的机身、厚重的底座、复杂的操作以及昂贵的成本限制了其现场的应用［4］；经纬仪、激光跟踪仪便携性好，但采用多点对准，效率低，不适合于现场在线检测［5］。机器视觉检测系统组建非常灵活，既可由单目视觉测量系统构成，亦可选择双目甚至多目视觉测量系统搭建而成。因为单目视觉测量三维空间坐标测量不确定度偏差较大［4］,所以选择由四CCD构成的多目视觉系统，该多目视觉检测系统中，相邻的两CCD构成正交双目交汇视觉测量子模块系统，基于双目视觉原理的子模块克服了单目视觉检测的缺陷，精度更高。该多目机器视觉

5、系统在保证较高精度的前提下，作为机器视觉前端采集系统，实现了硅棒全范围大尺寸轮廓检测，检测效率和速度较高。1硅棒坐标检测机器视觉系统组成典型的基于机器视觉的硅棒坐标检测系统组成如图1所示：图1机器视觉的坐标检测系统组成Fig.IThedesignofmachinevisionforcoordinatedetectionsystem硅棒坐标测量系统主要包括上位机界面、数据采集模块、图像处理模块、输入输出接口以及机械搭建平台组成。上位机作为人机交互平台负责数据显示和存储，总体管理数据采集模块和图像处理模块。数据采集系统作为机器视觉检测

6、的核心之一完成硅棒轮廓信息图像采集，涉及光源、镜头、CCD相机以及图像采集卡，采集系统工作流程为：光源照射待测硅棒，CCD相机采集图像信息经过图像采集卡将图像信息转换为数字信息送入上位机并实时保存起来。数据采集完成之后，图像处理模块读取图像通过相应算法提取特征点最终计算特征点空间三维坐标。图1还可以看出整个数据采集模块搭建在机械平台上由执行机构驱动，不仅可以实现待测目标的小范围检测，同时还可以配合机械平台运动，驱动数据采集系统实现待测物体的大范围全尺寸检测。2硅棒特征点三维坐标检测原理2.1四目视觉全范围检测系统组成硅棒特征点坐标

7、视觉检测技术基于四目视觉原理，整个四目视觉系统作为机器视觉检测系统的数据采集模块负责为后续图像处理模块提供硅棒图像信息，采集的图像质量直接影响到后续图像处理的难易程度和结果的计算精度。四目视觉原理如图2所示：数据采集模块由四台CCD相机组成，分别在待测硅棒每个侧面安装一台CCD面阵相机，保持相机与硅棒待测面垂直放置，在自然光源照射下硅棒表面成像于与之垂直的CCD相机上，则相机分别获得每个硅棒表面特征的图像。该图像可以通过一个四路camelink接口图像采集卡或者2个双路camelink接口图像采集卡送入上位机进行后续图像处理。整个

8、数据采集系统要实现的功能就是确保不降低系统检测精度的前提下，维持尽量大的有效视场范围，实时采集获取清晰的硅棒图像。2.2四目视觉系统视场约束为了实现最优检测目的，必须保证待测硅棒在检测过程中始终处于四目视觉系统的有效视场范围内，若硅棒对应于相机上像