基于HALCON的金刚石颗粒参数测量技术研究

【56】?第37卷?第7期?

2015-07(下)

基于HALCON 的金刚石颗粒参数测量技术研究

Research on measurement technology of diamond parameters based on HALCON

王庆海

WANG Qing-hai

（河南机电职业学院，郑州 451191）

摘 要：基于机器视觉技术研究了金刚石颗粒特征参数的自动测量方法，给出了采用机器视觉图像处理

软件HALCON测量粒径、圆度、椭圆度、净度、形状等特征参数的关键步骤。最后对一些金刚石颗粒样品进行了实例测量，结果表明，采用文章所述方法，可以简单快速地获得金刚石的各种特征参数，粒径的测量精度可以达到亚像素级别，测量结果稳健可靠。

关键词：金刚石颗粒；参数测量；机器视觉；HALCON 中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2015)07(下)-0056-04Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2015.07(下).18

收稿日期：2015-04-06

基金项目：河南省教育厅自然科学研究计划项目（2010B460020）

作者简介：王庆海（1971 -），男，河南睢县人，副教授，硕士，研究方向为精密测试技术。 0 引言

金刚石颗粒生产出来之后需要按照国家标准或国际标准进行分级和选形，不同等级的金刚石具有不同的用途和经济价值，因此金刚石的分选（分级和选形）是金刚石整个生产过程中的重要环节。在进行金刚石分选时，需要测量纯净度、粒径、椭圆度、圆度、颜色等系列特征参数[1]，这些特征参数是金刚石质量对比的依据，也是金刚石分级和分选的基础。目前国际上使用的先进的金刚石图像和形貌检测仪器主要有两种，分别是德国制造的DiaInspect ．OSM 超硬磨料图像自动分析系统和由瑞士开发的Diashape 电脑检测系统，它们能够快速地获得金刚石的各种特征参数，有效地确定金刚石的品级，但是这种设备价格昂贵，测量范围有限[2,3]。目前国内主要是使用光学显微镜放大20～100倍由人工测量特征参数的方法进行金刚石颗粒品级的鉴定，该方法检测效率低，鉴定结果的主观性大，不能适应金刚石行业发展的需要。随着计算机技术和数字图像处理技术的发展，国内不少研究者将机器视觉技术和数字图像处理技术应用于金刚石特征参数的测量中，实现了金刚石某一项特征参数的测量，如：史长琼等采用改进Canny 算法实现了金刚石粒径的自动测量[4]

；简丽娟等采用LabVIEW 语言实现了金刚石晶体的面积、周长和粒径等尺寸参数测量[5]；李银华等用MATLAB 在HIS 色彩空间仿真实现了金刚石净度的自动检测[6]；江国学等采用MATLAB 实现了金刚石颗粒数目、面积的测量[7]；张秀芳等利用MATLAB 软件进行图像处理和相关数值计算，识别出金刚石磨粒的粒度[8]；但是这些研究与工程实际应用尚有一段距离。因此，金刚石颗粒特征参数的

快速低成本测量技术的研究仍是金刚石行业目前迫切需要解决的问题。

本文采用机器视觉图像处理软件HALCON 实现了金刚石颗粒的粒径、圆度、椭圆度、净度等特征参数的测量，粒径的测量精度可以达到亚像素级别。本文的研究为金刚石颗粒特征参数提供了高速、高精度的测量方法。

1 样品的采集

实验采用在Nikon Elicpse E200生物显微镜上拍摄的图像进行分析，实验样品是某公司制造的金刚石单晶体。样品图像采集时，显微镜目镜的放大倍数为4X ，物镜的放大倍数为10X 。由于金刚石晶体具有透明性及光线反射折射等作用，显微镜下方的光源使得图像的亮度不均匀，中间将出现一个白色区域，如图1(a)所示，影响特征参数的分析和测量。因此，为了增强图像的对比度，图像采集时，我们把金刚石颗粒放在白色滤光纸上进行检测，同时关闭显微镜下方的照明系统，在上方采用LED 光源进行均匀照明，得到的图像如图1(b)所示。

(a) 不改变光源的图像 (b) 对比度增强的图像

图1 金刚石颗粒在不同光源照射下的图像