表面边缘拟合圆

功能描述

从表面数据中检测圆形边缘并拟合圆。

基本概念

卡尺、圆形路径、边缘点

根据设置的特征区域，步骤会生成一个以该区域的长度（或宽度）为直径、中心为圆心的圆形路径（circular path）。在此圆形路径上，等间距放置若干卡尺（caliper），卡尺向心排列，且每个卡尺的中心都位于圆形路径上。在每个卡尺中，根据设置的间距沿卡尺长度方向提取轮廓线，并从每条轮廓线上检测出符合要求的点作为边缘点（edge point）。最后，使用这些边缘点来拟合一个圆。

basic concepts

如图所示，卡尺内边缘处的黄褐色点即为边缘点，亮黄色的线即为拟合圆的半径。

综上，使用此步骤时需要掌握的基本概念如下：

  • 卡尺

    卡尺需等间距放置在圆形路径上。在每个卡尺内，沿卡尺长度方向按设置的间距提取出若干轮廓线（不显示）。

  • 圆形路径

    以特征区域的长度或宽度（长度等于宽度）为直径、特征区域中心为圆心的圆，用于确定卡尺的位置。

    若未设置特征区域，圆形路径的直径将等于图像包围框的短边，圆心位于包围框的中心。

  • 边缘点

    从每个卡尺中的轮廓线上检测出符合参数要求的点，用于拟合圆。

使用流程

该步骤的使用流程如下图所示。

fit circle to surface edge process

  1. 选择输入数据。在工程编辑区连接对应的步骤端口，或者在参数设置区的输入栏下选择对应的输入数据。

  2. 设置特征区域，然后设置其他通用参数。

  3. 根据选择的边缘检测模式，设置阶跃类或角点类边缘相关参数。

  4. 在输出栏中勾选输出项，并单击输出项左侧的 ▶ 展开该项，输入合格范围的最小值和最大值。

  5. 运行步骤，并查看运行结果。

参数说明

通用参数

参数 解释

使用强度图

当目标检测区域较平整且颜色差异明显时，可使用强度图来检测边缘。

勾选此选项后，步骤将使用强度图数据来检测圆形边缘并拟合圆；不勾选时，步骤默认使用深度图数据。

使用特征区域

不勾选时，使用整个表面数据检测圆形边缘并拟合圆；勾选时，则仅使用特征区域内的数据进行检测和拟合。

查看特征区域说明了解如何调整特征区域。

使用掩膜

勾选该选项后，可设置1~4个掩膜区域来遮挡部分数据。掩膜区域内的数据不参与圆形边缘检测和拟合。

起始角度

通过角度设置卡尺放置的初始位置，剩余卡尺将按相关设置逆时针均匀放置。

卡尺间隔角度 = 角度范围 ÷ 卡尺数量。设置好起始角度后，在偏离起始角度半个间隔角度处放置第一个卡尺，然后按照间隔依次逆时针放置剩余卡尺。

角度范围

需要放置指定数量卡尺的角度范围。

如下图所示，建议设置的角度范围、卡尺数量、卡尺长度、卡尺宽度等参数能让步骤检测到的边缘点均匀覆盖整个圆形边缘。

optimal settings

卡尺数量

需要均匀放置在圆形路径上的卡尺数量。

卡尺长度

卡尺的长度方向与其中心点处圆形路径的切线垂直。

你可能会问：增加卡尺长度到一定数值后，数据可视化窗口中卡尺长度似乎不会再发生变化，为什么？

卡尺宽度

卡尺的宽度方向与其中心点处圆形路径的切线平行。

搜索方向

检测边缘点的方向。在卡尺内，步骤将沿搜索方向提取轮廓线以检测边缘点。

值列表：由内向外、由外向内

拟合圆方法

拟合圆的方法，可用于计算和评估拟合圆的圆度。

  • 最小二乘圆：使用最小二乘法来拟合圆的方法。

  • 最小外接圆：此方法可拟合出包含所有边缘点的最小圆。

  • 最大内切圆：此方法可拟合出被所有边缘点包围的最大圆。

  • 最小区域圆：此方法可拟合出完全包围所有边缘点的两个同心圆，两圆之间的距离始终保持最小。

    选择此方法时，需选择待输出的圆类型是内圆还是外圆。

离群点百分比

拟合过程中要剔除的离群点的比例。

仅当“拟合圆方法”为最小二乘圆时可见。

轮廓线间距

卡尺内相邻轮廓线之间的距离。当设置的间距小于单个像素的宽度时，步骤将使用单个像素宽度作为轮廓线间距。

间距越小，则轮廓线越多，检测到的边缘点也越多，拟合的圆越准确，但计算成本也越高。

平均轮廓线宽度

在垂直轮廓线方向上计算数据点均值的窗口大小，用于获取更平滑的轮廓线，减少噪点的影响。当参数值设置为0时，表示不对轮廓线进行平均处理。

请根据实际情况合理设置参数值。窗口太大可能会导致过度平滑，丢失重要细节；窗口太小则可能导致无法有效减少噪点。
profile averaging width

边缘检测模式

边缘处数据点深度或强度的变化情况。

显示细节

勾选此参数后，可以在可视化窗口中看到卡尺及圆形路径。

阶跃类边缘相关参数

边缘检测模式设置为阶跃时，需设置以下参数。

参数 解释

轮廓线平滑窗口大小

在沿轮廓线方向上对每条轮廓线进行平均处理时的窗口大小。平均处理后，轮廓线会更平滑。当参数值设置为0时，表示不在搜索方向上对轮廓线进行平均处理。

window size for profile smoothing

空缺填充阈值

轮廓线上的数据点可能因遮挡而出现空缺。当轮廓线上的空缺小于或等于设置的阈值时，使用空缺低侧最近的有效点填充该空缺；当空缺大于设置的阈值时，保持空缺为无效点。

gap filling
当存在空缺大于设置的阈值时，你可以选择是否要在检测过程中包含无效点。

包含无效点

该参数用于选择是否要在边缘检测过程中包含无效点（无效点为不包含深度或强度信息的点）。勾选后，需设置无效点深度填充值。

  • 设置空缺填充阈值和包含无效点参数均有助于保证数据的连续性。若无效点未被填充，包含无效点的区域将被视为无效区域，无法参与边缘检测，可能导致漏检。

  • 请根据实际情况设置用于填充无效点的深度值或强度值。确保设置的数值在保证数据连续性的同时，不会对检测结果造成干扰，保证边缘检测的准确性。

无效点深度填充值

用于填充无效点的深度值。

仅勾选包含无效点后需要设置。

无效点强度填充值

用于填充无效点的强度值。

仅在同时勾选使用强度图、包含无效点后需要设置。

阶跃宽度

轮廓线上发生阶跃的宽度。当边缘为斜坡状时，合理设置此参数有助于准确测量阶跃高度和定位边缘的位置。

设置的阶跃宽度应略大于边缘的宽度，确保步骤可通过边缘两侧的平坦区域准确测量阶跃高度。

阶跃方向

以搜索方向为基准，选择目标边缘处的阶跃方向。

值列表：上升、下降、上升或下降

阶跃类型

设置需要从每条轮廓线上选取的阶跃类型。

值列表：最优、首个、最后一个

绝对阈值

轮廓线上发生阶跃时高度变化的最小值，满足此值才可以得到边缘点。

当勾选使用强度图参数时，此参数表示轮廓线上发生阶跃时强度变化的最小值。

使用相对阈值

使用此参数确定发生阶跃时高度（或强度）变化不少于轮廓线上最大变化量的百分之几，才可认定该阶跃有效。勾选后，需设置相对阈值。

有效阶跃必须同时满足绝对阈值和相对阈值。

相对阈值

仅在勾选了使用相对阈值后可见。

角点类边缘相关参数

边缘检测模式设置为角点时，需设置以下参数。

参数 解释

角点类型

在下拉列表中选择恰当的角点类型，从而确定边缘点。

值列表：首个、最后一个、顶角点、底角点、最优

Epsilon

此参数反映对轮廓线形状变化的敏感程度。值越大，符合要求的数据点越少，越不容易检测出角点。

一般情况下，设置在 0~1 范围内可满足需求。

输出说明

勾选输出项后，步骤将增加对应的输出端口，步骤运行后将输出对应的数据。可根据实际测量需求选择对应的输出项。

如果输出项可展开（左侧有 ▶），则勾选后必须展开，然后设置最小值和最大值来确定该项的合格范围。如果输出的值在合格范围内，该测量项被判定为合格（OK），否则被判定为不合格（NG）。
输出项 说明

圆心X

拟合圆的圆心X值。

圆心Y

拟合圆的圆心Y值。

半径

拟合圆的半径。

圆度

拟合圆与理想圆的接近程度。值越小，表示越接近，拟合的圆越准确。

最小误差

距离拟合圆最远的圆内边缘点对应的误差值，数值为负。

最大误差

距离拟合圆最远的圆外边缘点对应的误差值，数值为正。

圆心

拟合圆的圆心。

拟合圆

圆形边缘拟合圆。

最小误差点

最小误差对应的点。

最大误差点

最大误差对应的点。

错误排查

  • 各步骤通用的错误码，详见错误码列表。

  • 若错误码与错误信息不对应，请联系技术支持获取帮助。

CV-W3401

错误：“轮廓线间距”参数值不在有效范围内。

可能原因：参数值小于0，或大于图像的长边。

解决方案：确保参数值大于或等于0，且小于图像的长边。

CV-W3402

错误：“轮廓线平滑窗口大小”参数设置无效。

可能原因：

  • 参数值小于0，或大于图像的长边。

  • 参数值大于卡尺长度。

解决方案：

  • 确保参数值大于或等于0，且小于图像的长边。

  • 确保参数值小于卡尺长度。

CV-W3403

错误：“阶跃宽度”参数设置无效。

可能原因：

  • 参数值小于0，或大于图像的长边。

  • 参数值大于卡尺长度。

解决方案：

  • 确保参数值大于或等于0，且小于图像的长边。

  • 确保参数值小于卡尺长度。

CV-W3404

错误：“空缺填充阈值”参数设置无效。

可能原因：参数值小于0，或大于图像的长边。

解决方案：确保参数值大于或等于0，且小于图像的长边。

CV-W3405

错误：“卡尺宽度”参数值不在有效范围内。

可能原因：参数值小于或等于0，或大于图像的长边。

解决方案：确保参数值大于0，且小于图像的长边。

CV-W3406

错误：“卡尺长度”参数值不在有效范围内。

可能原因：参数值小于或等于0，或大于图像的长边。

解决方案：确保参数值大于0，且小于图像的长边。

CV-W3407

错误：未检测到边缘点。

可能原因：

  • 卡尺相关设置不合理。

  • “绝对阈值”和“相对阈值”过大。

解决方案：

  • 调整卡尺相关参数，确保卡尺中存在边缘点。

  • 降低“绝对阈值”和“相对阈值”。

CV-W3408

错误：“离群点百分比”参数值不在有效范围内。

可能原因：参数值小于0或大于1。

解决方案：确保参数值在0~1范围内。

CV-W3409

错误：“平均轮廓线宽度”参数值不在有效范围内。

可能原因：

  • 参数值小于0，或大于图像的长边。

  • 参数值大于卡尺宽度。

解决方案：

  • 确保参数值大于或等于0，且小于图像的长边。

  • 调小参数值或增大卡尺宽度，确保参数值小于卡尺宽度。

CV-W3410

错误：“卡尺数量”参数值不在有效范围内。

可能原因：参数值小于1或大于1000。

解决方案：确保参数值在1~1000范围内。

CV-W3411

错误：“起始角度”参数值不在有效范围内。

可能原因：参数值小于-180°或大于180°。

解决方案：确保参数值在-180°~180°范围内。

CV-W3412

错误：“角度范围”参数值不在有效范围内。

可能原因：参数值小于10°或大于360°。

解决方案：确保参数值在10°~360°范围内。

CV-W3413

错误：“拟合圆方法”参数设置无效。

解决方案：在参数下拉列表中选择有效的拟合圆方法。

CV-W3414

错误：“无效点强度填充值”参数值不在有效范围内。

可能原因：参数值小于0或大于255。

解决方案：确保参数值在0~255范围内。

CV-W3415

错误：“无效点深度填充值”参数值不在有效范围内。

可能原因：参数值小于-10000或大于10000。

解决方案：确保参数值在-10000~10000范围内。

CV-W3416

错误：Epsilon参数值不在有效范围内。

可能原因：参数值小于0。

解决方案：确保参数值大于或等于0。

CV-W3417

错误：“角点类型”参数设置无效。

解决方案：在参数下拉列表中选择有效的角点类型。

CV-W3418

错误：“绝对阈值”参数值不在有效范围内。

可能原因：参数值小于0或大于255。

解决方案：勾选了“使用强度图”选项时，确保参数值在0~255范围内。

CV-W3419

错误：“绝对阈值”参数值不在有效范围内。

可能原因：参数值小于于0或大于10000。

解决方案：确保参数值在0~10000范围内。

CV-W3420

错误：“相对阈值”参数值不在有效范围内。

可能原因：参数值小于0或大于1。

解决方案：确保参数值在0~1范围内。

CV-W3421

错误：“边缘检测类型”参数设置无效。

解决方案：在参数下拉列表中选择有效的边缘检测类型。

CV-W3422

错误：“搜索方向”参数设置无效。

解决方案：在参数下拉列表中选择有效的搜索方向。

CV-W3423

错误：“阶跃方向”参数设置无效。

解决方案：在参数下拉列表中选择有效的阶跃方向。

CV-W3424

错误：“阶跃类型”参数设置无效。

解决方案：在参数下拉列表中选择有效的阶跃类型。

CV-W3425

错误：“圆类型”参数设置无效。

解决方案：在参数下拉列表中选择有效的圆类型。

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