自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 目錄摘要3Abstract4第一章 緒論61.1 課題的背景61.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的大尺度三維幾何尺寸測(cè)量方法71.3視覺(jué)測(cè)量技術(shù)的主要應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)81.4 論文的主要研究?jī)?nèi)容及組織結(jié)構(gòu)10第二章 視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)原理102.1 視覺(jué)測(cè)量基本原理102.2 系統(tǒng)的原理介紹112.3各部分硬件功能簡(jiǎn)介122.3.1硬件組成122.3.1 照明光源132.3.2 面陣CCD142.3.3 圖像采集卡152.3.4 計(jì)算機(jī)162.3.5 傳動(dòng)裝置162.3.6傳感器的選擇172.4軟件功能模塊介紹18第三章圖像處理193.1數(shù)字圖像的模型及其量化193.2圖像去噪213.3邊緣檢測(cè)213.3.1邊緣檢

2、測(cè)梯度法233.3.1.1一階微分邊緣檢測(cè)算子243.3.1.2二階微分邊緣檢測(cè)算子253.3.2本檢測(cè)系統(tǒng)的二值圖像的Roberts快速邊緣檢測(cè)法273.3.2.1 FED算法273.4圖像復(fù)原293.4.1圖像復(fù)原的基本原理293.3.2圖像退化的數(shù)學(xué)模型303.3.2勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)模糊圖像的復(fù)原313.3.2.1逆濾波復(fù)原法323.3.3.2維納濾波復(fù)原法323.3.4本檢測(cè)系統(tǒng)的圖像復(fù)原33第四章 圖像拼接技術(shù)研究334.1圖像拼接概述334.1.1圖像拼接原理334.1.2圖像拼接技術(shù)的內(nèi)容及核心問(wèn)題344.1.3圖像拼接技術(shù)的步驟354.1.4圖像拼接的一般流程354.2基于特征的圖

3、像配準(zhǔn)算法354.2.1特征選擇與提取364.2.2特征匹配384.2.3 圖像變換的估計(jì)404.3圖像的融合43第五章 全文工作總結(jié)44摘要在我國(guó)，一直以來(lái)依靠人工的方法對(duì)裝配工藝孔數(shù)目和位置進(jìn)行檢測(cè)，如今這種傳統(tǒng)的檢測(cè)手段已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)柔性和自動(dòng)化程度的需求?；谟?jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)(AVI)技術(shù)在檢測(cè)系統(tǒng)的智能化、柔性、快速性等方面較接觸式檢測(cè)方法具有更大的優(yōu)越性。因此，開(kāi)發(fā)基于圖像處理的裝配工藝孔自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)具有很大的實(shí)際意義。本文針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)縱梁裝配工藝孔檢測(cè)的具體要求，設(shè)計(jì)了一套基于機(jī)器視覺(jué)的縱梁裝配工藝孔自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。本文首先介紹了機(jī)器視覺(jué)的發(fā)展、現(xiàn)狀、新趨勢(shì)以及在各方面的應(yīng)用。介

4、紹了利用機(jī)器視覺(jué)對(duì)縱梁裝配工藝孔檢測(cè)的一般方法和系統(tǒng)硬件和軟件構(gòu)成。在硬件上，選用了能LED面光源；設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)化的傳感器控制裝置，檢測(cè)汽車(chē)縱梁的到來(lái)。在軟件上，詳細(xì)論述和比較了圖像處理和分析所用到的圖像去噪、邊緣檢測(cè)、圖像復(fù)原、圖像拼接、特征提取以及模式識(shí)別等多種算法，在總結(jié)現(xiàn)有的算法的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況選擇了一種最佳方法，根據(jù)縱梁裝配工藝孔圖像的實(shí)際情況采用了一些實(shí)用有效的算法。為了在濾除圖像脈沖噪聲的同時(shí)能很好地保持圖像的細(xì)節(jié)，選擇了基于噪聲點(diǎn)檢測(cè)的脈沖噪聲濾波算法。研究了縱梁裝配工藝孔的輪廓提取與邊緣加強(qiáng)，提出了針對(duì)裝配工藝孔圖像快速邊緣檢測(cè)的Roberts算法，取得了良好的快速性和

5、較好的檢測(cè)效果。仔細(xì)分析了勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)模糊圖像，提出了維納濾波的圖像復(fù)原方法。本文針對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)在一定分辨率的情況下，CCD攝像機(jī)一次檢測(cè)的范圍受到限制，影響檢測(cè)速度的問(wèn)題，提出在檢測(cè)系統(tǒng)中添加圖像拼接技術(shù)。本文詳細(xì)敘述了數(shù)字圖像拼接的全部過(guò)程。重點(diǎn)闡述了特征點(diǎn)提取和匹配、圖像間點(diǎn)變換的估計(jì)和圖像融合這三項(xiàng)圖像拼接過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)。針對(duì)特征點(diǎn)提取和匹配采用了Harris角檢測(cè)算子和特征點(diǎn)鄰域灰度互相關(guān)法；針對(duì)圖像間點(diǎn)變換的估計(jì)，采用了LM算法；對(duì)于圖像融合，使用了多分辨率樣條法進(jìn)行顏色過(guò)渡，有效地進(jìn)行了圖像的平滑拼接。在已有的自帶軟件作基礎(chǔ)，改進(jìn)圖像處理及識(shí)別軟件系統(tǒng)，對(duì)圖像進(jìn)行特征提取和特征比

6、較，自動(dòng)檢測(cè)出裝配孔數(shù)目、直徑和位置，最終可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不合格縱梁的自動(dòng)標(biāo)記和分揀。本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，較好的滿(mǎn)足了生產(chǎn)的實(shí)際需要。實(shí)驗(yàn)證明，計(jì)算機(jī)檢測(cè)具有更強(qiáng)的可行性和準(zhǔn)確性，并取得比較滿(mǎn)意的效果。關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺(jué) 光源 傳感器 圖像拼接AbstractIn China, Traditional inspection for technologic holes of crossbeam is by manual work now, which cant satisfy the requirement of industry automation and flexibilityAVI tak

7、es mole advantages in intelligence、flexibility and speed of inspection system than contacted inspectionTherefore，developing a software system based on image processing and analyses for automatic technologic holes of crossbeam test has great meaningsFor the concrete request for inspection On industry

8、 spot, the paper designed an automatic detection for the technologic holes of crossbeam based on machine vision technologyThe machine vision development course、actuality、new trend and the application for a variety of fields is presentedGeneral methods and the hardware and software construction of ma

9、chine vision of the holes of crossbeam is introducedOn hardware，selected array LED light that can provide stable lightDesigned that a automatic control device of sensor detected that the crossbeam arrivedOn software，it stressed on introducing many algorithms of image processing and analysis such as

10、image noising, edge detection, image Restoration, image stitching，feature extraction，pattern recognition and so forthWe use a lot of effective algorithms based on concrete problem for crossbeamIn order to achieve very good impulse noise cancellation as well as preserving image detailsAccording to th

11、e actual situation, a best algorithm method is chose for removal impulse noise based on detection of noise pointsThe contour extraction and edge enhancement of the technologic holes of crossbeam are investigatedThen a fast edge defection algorithm of binary image is proposed to improve the Roberts o

12、perator for coal gangue image processingThe experiment result reveals that the proposed algorithm is efficient and practicableCarefully analyze straight line motion with constant velocity, put forward a method to Wiener FilterWith the definite resolution radio, field of vision of CCD vision is limit

13、ed that affect the speed of detect，so image stitching is put forward to improve rate and precision of inspection systemIn the dissertation, the whole process of digital image mosaic is introduced, three key technologies fire emphatically elaborated in the procedure of image stitching which including

14、 extracting and matching feature points，and estimate the point transformation matrix between two images and image blendingOn extracting and matching feature points，this paper adopted Harris comer detector and local neighborhoods of features through intensity cross-correlation method, On estimate the

15、 point transformation matrix between two images，used LM algorithmAt last，the operator is used to make the images mosaic smoothA set of software system which is a original match with CCD was developed by VC+，which can extract the feature and inspect and recognize the holes，accordingly, inappropriate

16、crossbeam can be selected and be signedThe automatic detection system for the holes of crossbeam based On machine vision technology can meet the manufactureIt has been proved that computer automatic test is more feasible and more accurate by experimentationthe satisfactory results is achievedKeyword

17、s： Machine vision，Light Source，Sensor, Image stitching 第一章 緒論1.1 課題的背景 大尺度三維幾何尺寸測(cè)量技術(shù)可以對(duì)外形不規(guī)則的大型物體進(jìn)行幾何量的精確測(cè)量,是現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)中的一個(gè)重要分支。該技術(shù)己經(jīng)廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域,例如制造工業(yè)的在線(xiàn)檢測(cè)、虛擬現(xiàn)實(shí)哪、逆向工程、文物保護(hù)等。所謂大尺度,傳統(tǒng)意義上是指被測(cè)對(duì)象的尺寸超過(guò)500mm。然而隨著制造業(yè)工藝水平的不斷提高以及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展,許多情況下被測(cè)對(duì)象的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了50Omm的范圍。例如在汽車(chē)制造工業(yè)!重型機(jī)電設(shè)備制造與安裝、古建筑與雕塑保護(hù)等應(yīng)用中,被測(cè)對(duì)象的

18、尺寸往往達(dá)到幾米甚至幾十米。由于這些被測(cè)對(duì)象尺寸大、移動(dòng)困難,傳統(tǒng)的測(cè)量手段及設(shè)備很難對(duì)其進(jìn)行高效率的全尺寸測(cè)量,這就對(duì)大尺度三維幾何尺寸測(cè)量方法提出了新的要求,具體包括: 第一,測(cè)量系統(tǒng)的量程應(yīng)具有較大的伸縮性以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景,同時(shí)在全量程內(nèi)又能夠保證足夠高的測(cè)量精度和測(cè)量效率。許多傳統(tǒng)的測(cè)量方法往往無(wú)法同時(shí)兼顧量程、精度和測(cè)量效率。隨著量程的增大,測(cè)量精度和測(cè)量效率迅速下降。 第二,測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)以被測(cè)物體為中心實(shí)現(xiàn)便攜式測(cè)量。在傳統(tǒng)的測(cè)量方法中為了實(shí)現(xiàn)全尺寸測(cè)量,常用的做法是將被測(cè)物固定在一個(gè)精密旋轉(zhuǎn)臺(tái)或平移臺(tái)上,測(cè)量裝置每次測(cè)量被測(cè)物體的局部三維形貌,最后將各個(gè)部分拼接起來(lái)。但是大型精

19、密旋轉(zhuǎn)臺(tái)或平移臺(tái)價(jià)格昂貴,并目_在許多應(yīng)用場(chǎng)景中缺乏安裝的場(chǎng)地和條件。使用以被測(cè)物體為中心的測(cè)量方法,被測(cè)物體在測(cè)量過(guò)程中保持靜止,由便攜式測(cè)量設(shè)備圍繞被測(cè)物體旋轉(zhuǎn)和位移,在不同的視角對(duì)被測(cè)物體的各個(gè)部分進(jìn)行測(cè)量,并最終將測(cè)量結(jié)果統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系之下。第三,測(cè)量系統(tǒng)對(duì)于環(huán)境應(yīng)具有足夠的魯棒性。由于應(yīng)用場(chǎng)景的環(huán)境多變,溫度、濕度、光照以及機(jī)械震動(dòng)均會(huì)對(duì)測(cè)量過(guò)程產(chǎn)生影響。測(cè)量系統(tǒng)必須能夠?qū)弓h(huán)境的影響,保證測(cè)量結(jié)果的精度和穩(wěn)定性。第四,測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)采用非接觸式的測(cè)量方法。接觸式測(cè)量使用探針等裝置與被測(cè)物體直接發(fā)生接觸獲得三維形貌,這就使得測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用受到限制,一方面盡管測(cè)量時(shí)探針與被測(cè)物之間的接觸

20、壓力很小,但在測(cè)量質(zhì)地柔軟的物品時(shí)仍可能產(chǎn)生測(cè)量誤差,目探針頂端的半徑不可能為零,因此無(wú)法測(cè)量某些復(fù)雜表面的細(xì)微特征;另一方面,接觸式測(cè)量往往意味著逐點(diǎn)測(cè)量,從而限制了測(cè)量效率。為了滿(mǎn)足上述要求,目前大尺度三維幾何尺寸測(cè)量方法研究的熱點(diǎn)主要集中于基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的非接觸式三維測(cè)量方法。這種方法具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摶A(chǔ),量程具有較大的彈性,測(cè)量精度和效率較高,對(duì)測(cè)量裝置與被測(cè)物體的空間關(guān)系無(wú)硬性要求,魯棒性好,可實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量,是解決大尺度三維幾何尺寸測(cè)量最具可行性的方案。目前相關(guān)技術(shù)在國(guó)外的發(fā)展己經(jīng)比較成熟并推出了種類(lèi)眾多的商用化產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)也有包括天津大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京郵電大學(xué)、大連理工

21、大學(xué)、燕山大學(xué)、上海交通大學(xué)、四川大學(xué)、東南大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等許多院校和研究機(jī)構(gòu)對(duì)這一領(lǐng)域進(jìn)行了研究,并在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用,但總體的研究水平尤其是實(shí)際應(yīng)用水平與國(guó)外仍有很大差距,特別是能夠同時(shí)滿(mǎn)足上述四個(gè)要求的相關(guān)技術(shù)尚未見(jiàn)報(bào)道。1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的大尺度三維幾何尺寸測(cè)量方法目前國(guó)內(nèi)外的大尺度三維幾何尺寸測(cè)量方法主要包括以下幾個(gè)類(lèi)別（1）三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)屬于傳統(tǒng)的三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器。它通過(guò)探針沿導(dǎo)軌的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)精確的坐標(biāo)測(cè)量。它的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確、效率高、通用性好;但是這種技術(shù)屬于接觸式測(cè)量,不易準(zhǔn)特征點(diǎn)。其對(duì)測(cè)量環(huán)境要求高,不適合便攜應(yīng)用。(2)經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)是

22、由二臺(tái)以上的高精度電子經(jīng)緯儀構(gòu)成的空間角度前方交會(huì)測(cè)量系統(tǒng),是在大尺度測(cè)量領(lǐng)域應(yīng)用最早和最多的一種系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量范圍較大(幾m至幾十m),是光學(xué)、非接觸式測(cè)量方式,測(cè)量精度比較高,在二十米范圍內(nèi)的坐標(biāo)精度可達(dá)到10微米;其不足是一般采用手動(dòng)照準(zhǔn)目標(biāo),逐點(diǎn)測(cè)量,測(cè)量速度慢,自動(dòng)化程度不高。(3)全站儀測(cè)量系統(tǒng)球坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)是一種兼有電子測(cè)角和電子測(cè)距的測(cè)量?jī)x器。其測(cè)量原理是在經(jīng)緯儀的基礎(chǔ)上加上一個(gè)測(cè)距系統(tǒng)從而構(gòu)成空間極(球)坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)。它是測(cè)繪行業(yè)應(yīng)用最廣和最通用的一種坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。典型的儀器如萊卡的TDA5005型全站儀,全站儀的局限之處在于需要在被測(cè)物體上安裝標(biāo)志物配合測(cè)量,因而屬于接觸

23、式測(cè)量。(4)關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種便攜的接觸式測(cè)量?jī)x器,通過(guò)模擬人手臂的運(yùn)動(dòng)方式對(duì)空間不同位置待測(cè)點(diǎn)進(jìn)行接觸式測(cè)量。儀器由測(cè)量臂、碼盤(pán)、測(cè)頭等組成,各關(guān)節(jié)之間測(cè)量臂的長(zhǎng)度是固定的,測(cè)量臂之間的轉(zhuǎn)動(dòng)角可通過(guò)光柵編碼器實(shí)時(shí)得到。與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)比較,關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)非常靈活,和其它光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)比較,它不需要測(cè)點(diǎn)的通視條件,因此在一些測(cè)點(diǎn)通視條件較差的情況下非常有效,例如汽車(chē)車(chē)身內(nèi)的測(cè)量等。但由于關(guān)節(jié)臂長(zhǎng)的限制,它的測(cè)量范圍有限。(5)室內(nèi)GPS室內(nèi)GPS是指利用室內(nèi)的激光發(fā)射裝器(基站)不停地向外發(fā)射單向的帶有位置信息的紅外激光,接收器接受到信號(hào)后,從中得到發(fā)射器與接受器間的兩個(gè)角

24、度值,在己知了基站的位置和方位信息后,只要有兩個(gè)以上的基站就可以通過(guò)角度交會(huì)的方法計(jì)算出接收器的三維坐標(biāo)。一與GPS不同的是,室內(nèi)GPS采用室內(nèi)激光發(fā)射器來(lái)模擬衛(wèi)星;它不是通過(guò)距離交會(huì),而是用角度交會(huì)的方法。與經(jīng)緯儀系統(tǒng)不同的是,它不是通過(guò)度盤(pán)來(lái)直接測(cè)量角度,而是通過(guò)接收紅外激光來(lái)間接得到角度值,因而就不再需要人眼去瞄準(zhǔn)待測(cè)點(diǎn)了。(6)激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)是球坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng),其測(cè)量原理和全站儀一樣,區(qū)別之處僅在于測(cè)距的方式(單頻激光干涉測(cè)距)。實(shí)際測(cè)量時(shí)又可以分為單站距離、角度法和多站純距離法。激光跟蹤儀的整體測(cè)量性能和精度要優(yōu)于全站儀,但測(cè)角精度比全站儀的要低,測(cè)量范圍也比全站儀要

25、小。光跟蹤儀的缺點(diǎn)類(lèi)似全站儀,即需要標(biāo)志物的配合。(7)聲學(xué)測(cè)距系統(tǒng)聲學(xué)測(cè)距法主要包括微波雷達(dá)和超聲波測(cè)距,其測(cè)量原理基于聲波在空氣中傳播速度近似為常數(shù)這一物理現(xiàn)象。由發(fā)射器向被測(cè)目標(biāo)發(fā)射高頻聲波脈沖或經(jīng)過(guò)調(diào)制的聲波信號(hào),聲波到達(dá)目標(biāo)后被發(fā)射回來(lái),由探測(cè)器接收。由于聲波在空氣中的速度為常數(shù),測(cè)出聲波由發(fā)射到接收的時(shí)一間,便可知道發(fā)射器與目標(biāo)之間的距離。聲學(xué)測(cè)距己經(jīng)有許多便攜式的設(shè)備。但是聲學(xué)測(cè)距屬于單點(diǎn)測(cè)距,必須依靠特定的機(jī)械結(jié)構(gòu)才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)三維場(chǎng)景掃描式的測(cè)量,因此測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)。同時(shí)受制于聲波的頻率,單純的超聲波測(cè)距范圍為十?dāng)?shù)米,精度在1%左右,若采用復(fù)合型測(cè)距系統(tǒng),先用絕對(duì)距離法粗測(cè),再用

26、相對(duì)距離法高精度測(cè)量,可以提高系統(tǒng)測(cè)量精度。(8)激光測(cè)距系統(tǒng)類(lèi)似于聲學(xué)測(cè)距法,將測(cè)量手段從聲波改為激光。主要包括激光相位測(cè)距和激光脈沖測(cè)距腳。其中相位測(cè)距的精度極高,例如美國(guó)MetricVision公司的LR200系列激光雷達(dá)掃描儀在10m距離上絕對(duì)距離測(cè)量精度可以達(dá)到0.lmm,測(cè)量范圍從2m一6Om?；诿}沖法測(cè)距的激光掃描儀精度較低,一般為毫米級(jí),但是其測(cè)量范圍較相位測(cè)距要長(zhǎng)。(9)計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)量計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)是當(dāng)今高新技術(shù)之一,在電子學(xué)!光電探測(cè)!圖像處理和計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷成熟和完善的基礎(chǔ)上得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,并且己經(jīng)有廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)具有架設(shè)方便、非接觸、測(cè)量迅速、精度較高以及魯

27、棒性好等優(yōu)點(diǎn)?；谟?jì)算機(jī)視覺(jué)原理的德國(guó)GOM公司ATOSlll系列便攜式三維掃描儀。該系統(tǒng)最大掃描范圍為2mx2mx2m,測(cè)量精度lmm,測(cè)量時(shí)間25s。1.3視覺(jué)測(cè)量技術(shù)的主要應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì) 隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展與進(jìn)步，視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)日益成熟，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。 1. 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 目前，視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于瓜果品質(zhì)的無(wú)損檢測(cè)中。國(guó)外，Taylor等 1984 年首先報(bào)道了分別利用線(xiàn)掃描和模擬攝像機(jī)檢測(cè)蘋(píng)果損傷的試驗(yàn)，結(jié)論為利用數(shù)字圖像技術(shù)檢測(cè)蘋(píng)果損傷至少可以達(dá)到人工分級(jí)的精度。Rehkugler 和Krop 1986 年研究了利用視覺(jué)進(jìn)行蘋(píng)果表面碰壓傷檢

28、測(cè)并依據(jù)蘋(píng)果標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分組，研制成功了利用機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行缺陷檢測(cè)和分級(jí)的蘋(píng)果處理設(shè)備。國(guó)內(nèi)應(yīng)用視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行水果品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)的研究也取得了一定成果文獻(xiàn)探討了應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行芒果重量與其投影圖像的相互關(guān)系。此外，視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)還廣泛應(yīng)用于對(duì)蔬菜、谷物、煙葉等的缺陷、類(lèi)別及等級(jí)檢測(cè)中。 2. 在工業(yè)中的應(yīng)用 視覺(jué)檢測(cè)在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用已十分廣泛。美國(guó)三大汽車(chē)公司相繼與美國(guó)Michigan 大學(xué)和 Perceptron 公司合作，成功研制了用于對(duì)汽車(chē)零部件、分總成和總成產(chǎn)品進(jìn)行尺寸控制的自動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)。英國(guó) ROVER 汽車(chē)公司 800 系列汽車(chē)車(chē)身輪廓尺寸精度的 100在線(xiàn)檢測(cè)，也是視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)

29、用于工業(yè)檢測(cè)中的一個(gè)較為典型的例子。國(guó)內(nèi)天津大學(xué)精密測(cè)試技術(shù)及儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成功研制了 IVECO 白車(chē)身激光視覺(jué)檢測(cè)站和一汽大眾 Jieta 轎車(chē)白車(chē)身 100在線(xiàn)視覺(jué)檢測(cè)站及一汽解放新型卡車(chē)在線(xiàn)檢測(cè)站，實(shí)現(xiàn)了整車(chē)總成的三維尺寸自動(dòng)在線(xiàn)測(cè)量。視覺(jué)技術(shù)在汽車(chē)零部件的尺寸檢測(cè)上也得到了廣泛的應(yīng)用：通用汽車(chē)研究實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了用于汽車(chē)零件檢測(cè)的視覺(jué)原型系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)所有零件均使用相同的過(guò)程，通過(guò)對(duì)一個(gè)好零件與壞零件的比較結(jié)果來(lái)判斷檢測(cè)區(qū)域的指定缺陷；Tsatsoulis 描述了用于電力方向閥的 16 齒齒輪部件的檢測(cè)，通過(guò)尋找圖像的外部參數(shù)來(lái)初始化排列組件；Gregory 描述了一種使用知識(shí)庫(kù)的方

30、法來(lái)檢測(cè)汽車(chē)制動(dòng)零件，主要基于在圖像內(nèi)的一些關(guān)鍵點(diǎn)上進(jìn)行一維灰度圖與已知的參考值來(lái)比較等。除此之外，視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，如電子工業(yè)中印刷電路板、集成電路和光掩膜等的生產(chǎn)工藝流程中，通過(guò)對(duì)所獲得的圖像進(jìn)行處理和識(shí)別來(lái)判斷制作線(xiàn)路的正誤，從而來(lái)保證產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量；冶金工業(yè)中鋼板表面的自動(dòng)探傷、赤熱鋼板切割位置定位；玻璃制品行業(yè)中的產(chǎn)品檢測(cè)，如產(chǎn)品外形檢測(cè)（高度、直徑、不規(guī)則程度等）、內(nèi)部缺陷檢測(cè)（裂紋、氣泡等）；機(jī)械零件的自動(dòng)識(shí)別及幾何尺寸測(cè)量、表面粗糙度和表面缺陷檢測(cè)；在現(xiàn)代制藥工業(yè)中，對(duì)藥品包裝的檢測(cè)及對(duì)藥片顏色、尺寸、形狀等的檢測(cè)；對(duì)磁磚等建筑裝飾材料的表面質(zhì)量及顏

31、色的檢測(cè)；用計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量圓木的體積；基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的織物疵點(diǎn)的檢測(cè)；利用視覺(jué)技術(shù)對(duì)皮革缺陷的檢測(cè)等等。視覺(jué)測(cè)量技術(shù)是一種很有發(fā)展前途的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)智能化、柔性、快速和低成本的檢測(cè)。隨著計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論研究不斷深入，視覺(jué)檢測(cè)將很快在各行各業(yè)中廣泛應(yīng)用。視覺(jué)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)： 1). 實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)。 視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)大多用在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)及工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)中，對(duì)于在線(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)，如何將視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)嵌入到生產(chǎn)線(xiàn)相應(yīng)的工序中，使測(cè)量速度與生產(chǎn)線(xiàn)節(jié)拍相一致，是視覺(jué)測(cè)量走上實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵一步。視覺(jué)檢測(cè)執(zhí)行時(shí)間在很大程度上取決于底層圖像處理（圖像平滑、濾波、分割等）速度。因此，使用專(zhuān)

32、用硬件實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于環(huán)境的處理算法，可大大提高圖像處理速度。 2). 實(shí)現(xiàn)智能化檢測(cè)。 從 CAD 系統(tǒng)中提取零件視覺(jué)模型與檢測(cè)信息（包括零件位置與方向、攝像機(jī)視角等），選定檢測(cè)項(xiàng)目、檢測(cè)點(diǎn)和檢測(cè)路徑，建立智能檢測(cè)規(guī)劃，并控制工業(yè)機(jī)器人抓取零件并放置到合適的位置進(jìn)行檢測(cè)。 3). 實(shí)現(xiàn)高精度檢測(cè)。 與視覺(jué)系統(tǒng)相比，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（Coordinate Measurement Machine，CMM ） 在檢測(cè)精度和測(cè)量空間范圍上占有很大優(yōu)勢(shì)，因此，基于 CMM 的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)成為視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的一種新趨勢(shì)。集成化的 CMM 和視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)可以利用視覺(jué)系統(tǒng)迅速識(shí)別零件的形狀及其在測(cè)量平臺(tái)上的位置和狀態(tài)

33、，完成機(jī)器坐標(biāo)系、零件坐標(biāo)系、攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，幫助 CMM 實(shí)現(xiàn)檢測(cè)路徑自動(dòng)形成與測(cè)量結(jié)果判斷。同時(shí)深入研究亞像素定位技術(shù)，使之應(yīng)用到實(shí)際的檢測(cè)系統(tǒng)中，以提高檢測(cè)精度和降低系統(tǒng)成本。 4). 計(jì)算機(jī)視覺(jué)柔性檢測(cè)技術(shù)。 目前幾乎所有的計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)都只適用于解決特定的檢測(cè)任務(wù)，建立一種較為通用的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，以適用于不同條件下的檢測(cè)任務(wù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行。完全檢測(cè)。，是目前和將來(lái)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展方向。5). 研究開(kāi)發(fā)彩色圖像、灰度圖像和多譜圖像的處理算法，拓展視覺(jué)檢測(cè)的應(yīng)用。 視覺(jué)測(cè)量技術(shù)作為一種新興的檢測(cè)技術(shù)，現(xiàn)代工業(yè)為其提供了巨大的需求空間。工業(yè)檢測(cè)的復(fù)雜性和多樣性，也必

34、然使工業(yè)圖像檢測(cè)技術(shù)呈現(xiàn)出復(fù)雜性和多樣性，這種復(fù)雜性和多樣性為我們提供了廣闊的研究領(lǐng)域?？傊?，隨著計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)自身的成熟和發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)量技術(shù)必將在現(xiàn)代和未來(lái)制造企業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。1.4 論文的主要研究?jī)?nèi)容及組織結(jié)構(gòu) 視覺(jué)測(cè)量技術(shù)是綜合了機(jī)器視覺(jué)、人工智能、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)、控制論、電子電路等多學(xué)科的交叉而形成的高新技術(shù)，本文結(jié)合課題已有的理論知識(shí)，針對(duì)汽車(chē)底盤(pán)大梁的幾何尺寸采用非接觸的在線(xiàn)測(cè)量方法而進(jìn)行的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究，通過(guò)確定汽車(chē)視覺(jué)測(cè)量的技術(shù)方案,分析檢測(cè)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),開(kāi)發(fā)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制軟件，逐步建立并且完善系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。同時(shí)利用試驗(yàn)樣機(jī)，對(duì)底盤(pán)大梁試

35、樣進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)研究,分析運(yùn)動(dòng)速度對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響關(guān)系,最終完成汽車(chē)底盤(pán)大梁在線(xiàn)視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)試驗(yàn)研究。 第一章為 引言部分。主要介紹了視覺(jué)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，以及視覺(jué)測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用。同時(shí)闡述了本文的主要研究?jī)?nèi)容和本文的文章結(jié)構(gòu)。第二章 主要具體介紹本文采用的汽車(chē)底盤(pán)大梁視覺(jué)動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)原理及選用的硬件和軟件結(jié)構(gòu)。第三章 主要是視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)采集得到圖像后的圖像處理。主要詳細(xì)介紹了圖像數(shù)字模型，圖像的去噪，圖像邊緣檢測(cè)的幾種算法及圖像復(fù)原的方法。第四章 主要是圖像拼接技術(shù)，分為三部分：特征點(diǎn)的提取和匹配；圖像間點(diǎn)變換的估計(jì)；圖像融合及拼縫的消除。 第五章 全文工作總結(jié)。第二章 視覺(jué)測(cè)量系

36、統(tǒng)原理2.1 視覺(jué)測(cè)量基本原理人類(lèi)的大部分信息是通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)獲取的,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,研究了利用計(jì)算機(jī)現(xiàn)代化工具來(lái)實(shí)現(xiàn)視覺(jué)功能,以增加對(duì)三維世界的理解,由此形成了一門(mén)嶄新的學(xué)科技術(shù),即計(jì)算機(jī)視覺(jué)。計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)量技術(shù)是計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論在工業(yè)生產(chǎn)中的重要應(yīng)用之一,視覺(jué)檢測(cè)的大量程、大視場(chǎng)、非接觸、高精度、無(wú)損檢測(cè)等特點(diǎn),使其發(fā)展前景廣闊。它可用于機(jī)器人、在線(xiàn)檢測(cè)和在線(xiàn)監(jiān)控,更可用于大尺寸物體的尺寸檢測(cè),在一些場(chǎng)合是其他接觸式測(cè)量方法無(wú)法比擬的。視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的任務(wù)是由二維圖像感知環(huán)境三維信息,視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該能從攝像機(jī)獲取的圖像信息出發(fā),計(jì)算三維環(huán)境物體的位置、形狀等幾何信息,并由此識(shí)別環(huán)境中

37、的物體。圖像上每一點(diǎn)的亮度反映了空間物體表面某點(diǎn)反射光的強(qiáng)度,而該點(diǎn)在圖像上的位置和空間物體表面相應(yīng)點(diǎn)的幾何位置有關(guān)。視覺(jué)測(cè)量技術(shù)按照照明方式和幾何結(jié)構(gòu)關(guān)系的不同分為主動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)和被動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)兩類(lèi)。被動(dòng)視覺(jué)采用非結(jié)構(gòu)光照明,它是根據(jù)被測(cè)空間點(diǎn)在不同像面上的相關(guān)匹配關(guān)系,來(lái)獲得空間點(diǎn)的三維坐標(biāo):主動(dòng)視覺(jué)是采用結(jié)構(gòu)光照明,通過(guò)結(jié)構(gòu)光在被測(cè)物體上的精確定位來(lái)獲取被測(cè)信息。在視覺(jué)測(cè)量中,用激光作光源可產(chǎn)生各種結(jié)構(gòu)光:點(diǎn)結(jié)構(gòu)光、線(xiàn)結(jié)構(gòu)光、及多線(xiàn)結(jié)構(gòu)光,用一個(gè)和多個(gè)CCD攝像機(jī)來(lái)接收,通過(guò)一定算法來(lái)獲取結(jié)構(gòu)光所攜帶的被測(cè)物體的三維信息。把由結(jié)構(gòu)光和CDC攝像機(jī)組成的測(cè)量裝置稱(chēng)為激光視覺(jué)傳感器。按激光產(chǎn)生結(jié)

38、構(gòu)光的形式,激光視覺(jué)傳感器可分為點(diǎn)結(jié)構(gòu)光傳感器、線(xiàn)結(jié)構(gòu)光傳感器、及多線(xiàn)結(jié)構(gòu)光傳感器。(1)點(diǎn)結(jié)構(gòu)光傳感器:以半導(dǎo)體激光器作為光源,其產(chǎn)生的光束照射被測(cè)物體表面,經(jīng)表面散射(或反射)后,用面陣CCD攝像機(jī)接收,光點(diǎn)在CCD敏感面上的位置將反映出表面在法線(xiàn)方向上的變化。(2)線(xiàn)結(jié)構(gòu)光傳感器:半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光經(jīng)柱面鏡變成線(xiàn)結(jié)構(gòu)光,投射到被測(cè)區(qū)域形成一激光帶,用面陣CDC攝像機(jī)接收散射光,從而獲得被測(cè)表面區(qū)域的截面形狀或輪廓。(3)多線(xiàn)結(jié)構(gòu)光傳感器:半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光擴(kuò)束后照射到光柵上,便產(chǎn)生多條線(xiàn)結(jié)構(gòu)光,投射到被測(cè)表面上形成多條亮帶,用面陣CCD攝像機(jī)接收,可獲得表面的三維信息。2.2 系

39、統(tǒng)的原理介紹根據(jù)測(cè)量的實(shí)際需要,本測(cè)量系統(tǒng)光源采用LED面光源。即測(cè)量時(shí),移動(dòng)CCD照相機(jī)到達(dá)指點(diǎn)位置（通過(guò)接近開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)）,以一定的速度開(kāi)始攝像通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理、分析和測(cè)量等,最終獲得大梁中孔的幾何參數(shù)。到達(dá)結(jié)束位置后，CCD照相機(jī)再往回移動(dòng)進(jìn)行第二次測(cè)量保證精確度。底盤(pán)大梁尺寸和孔徑CCD采集圖像圖像預(yù)處理圖像去噪，還原，拼接等一系列操作數(shù)據(jù)采集卡圖像傳入PC大梁孔徑提取 數(shù)據(jù)處理參數(shù)顯示 如圖所示,測(cè)量系統(tǒng)硬件包括LED光源,面陣CCD攝像機(jī),標(biāo)定板,圖像采集卡,計(jì)算機(jī)等。由于要實(shí)現(xiàn)模擬動(dòng)態(tài)測(cè)量的實(shí)驗(yàn)研究,所以硬件部分還包括傳動(dòng)裝置。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況如圖所示。2.3各部分硬件功

40、能簡(jiǎn)介有測(cè)量系統(tǒng)硬件的選擇,主要針對(duì)從前端的圖像信息傳感組成到末端的計(jì)算機(jī)。由于計(jì)算機(jī)的通用性,這里不再說(shuō)明,重點(diǎn)在于圖像信息的形成、采集部分,對(duì)于動(dòng)態(tài)測(cè)量模擬實(shí)驗(yàn)所需儀器也做一簡(jiǎn)單介紹。2.3.1硬件組成通常情況下，汽車(chē)縱梁尺寸機(jī)器視覺(jué)在線(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的硬件部分指的數(shù)字圖像采集部分，主要由光源、光強(qiáng)傳感器、接近開(kāi)關(guān)傳感器、工業(yè)CCD、計(jì)算機(jī)、圖像采集卡、圖像儲(chǔ)存單元等設(shè)備出口組成。其硬件設(shè)計(jì)如下圖2_4所示：本檢測(cè)系統(tǒng)為了提高檢測(cè)準(zhǔn)確率和檢測(cè)速度，采用了圖像拼接技術(shù)；且對(duì)體積較大的縱梁進(jìn)行在線(xiàn)檢測(cè)。所以一方面為了減少拼接時(shí)的運(yùn)算量，提高拼接速度，確保前后兩幅圖像序列有一定的重疊區(qū)域。另一方面

41、，為了實(shí)現(xiàn)本檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)縱梁工件的實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)，需要獲得連續(xù)檢測(cè)圖像。結(jié)合這種實(shí)際的應(yīng)用需求和當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，在前人工作的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了汽車(chē)縱梁裝配工藝孔機(jī)器視覺(jué)在線(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其主要的功能是通過(guò)輸入設(shè)備(光學(xué)子系統(tǒng)、CCD攝像頭、圖像采集卡)對(duì)監(jiān)控的對(duì)像進(jìn)行圖像采集，然后由主計(jì)算機(jī)控制存儲(chǔ)到存儲(chǔ)設(shè)備中，并且經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)軟件處理系統(tǒng)的分析、處理之后，輸出相應(yīng)的信息到輸出設(shè)備。2.3.1 照明光源光源是影響機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)輸入的重要因素，因?yàn)樗苯佑绊戄斎霐?shù)據(jù)的質(zhì)量和至少30的應(yīng)用效果，合適的照明能夠突出被測(cè)特征部分的對(duì)比度，克服現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常出現(xiàn)的各種不定因素，提供高質(zhì)量、高解析度的圖像；不合適的照明，

42、會(huì)引起許多問(wèn)題如花點(diǎn)和過(guò)度曝光會(huì)隱藏許多重要信息，陰影會(huì)引起邊緣的誤檢，信噪比的降低以及不均勻會(huì)導(dǎo)致圖像閥值選擇的困難。沒(méi)有一種通用照明系統(tǒng)能夠適用于任何類(lèi)型的工作模式，因此為了在有限條件下達(dá)到最大的穩(wěn)定性，從現(xiàn)有的各種照明系統(tǒng)中，選擇適合應(yīng)用目的的最佳照明光源是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟之一。許多工業(yè)用的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)用可見(jiàn)光作為光源，這主要是因?yàn)榭梢?jiàn)光容易獲得，價(jià)格低，并且便于操作。但是，這些光源的一個(gè)最大缺點(diǎn)是光能不能保持穩(wěn)定。對(duì)于汽車(chē)裝配工藝孔在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，因?yàn)楣庠匆猿Ａ琳彰鞣绞竭B續(xù)工作，它必須具有很長(zhǎng)的壽命，且發(fā)光穩(wěn)定，功耗較低，因此需要選擇LED(Light Emitting Dio

43、de)光源。照明方式選擇在所述長(zhǎng)槽內(nèi)位于該導(dǎo)光板外側(cè)位置還卡設(shè)有用以發(fā)散經(jīng)導(dǎo)光板傳出的光線(xiàn)擴(kuò)散片。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)約能源等多種優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的燈具相比，具有節(jié)能：省電55%；環(huán)保：光源無(wú)有害物質(zhì)，且能回收；使用壽命長(zhǎng)：達(dá)5萬(wàn)小時(shí)。 與目前用點(diǎn)光源做成的LED燈具相比，具有散熱效果好，光衰低，真正達(dá)到5萬(wàn)小時(shí)以上的長(zhǎng)壽；面光源做成的燈具，在二次配光時(shí)，能隨意控制光照射的角度，避免光的浪費(fèi)和污染；由于體積小，面光源能做成造型更美觀的燈具。本檢測(cè)系統(tǒng)中照明系統(tǒng)的選擇應(yīng)遵循的原則首先要使被測(cè)部分或特征清楚的周?chē)谋尘皡^(qū)分開(kāi)來(lái)。例如，使兩者的灰度值的差別盡可能地大，盡量增強(qiáng)被測(cè)部分或特征的邊緣的

44、對(duì)比度等，如果可以把欲檢測(cè)的物體和背景清楚的分開(kāi)，那么就可以大大減少圖像處理算法的復(fù)雜性，從而減少圖像處理的運(yùn)算時(shí)間，也可以減少軟件開(kāi)發(fā)的時(shí)間和難度。再者要減少反射，這樣可以減少由于光照而給圖像帶來(lái)的額外的噪聲，使汽車(chē)縱梁盡量以不失真的面貌成像，減少圖像處理算法的步驟，并要盡量屏蔽環(huán)境光線(xiàn)的影響。在實(shí)驗(yàn)室中周?chē)h(huán)境光線(xiàn)是基本恒定的，而在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)則是時(shí)變的噪聲，例如，在白天和晚上環(huán)境光線(xiàn)就會(huì)發(fā)生很大的變化。采用封閉的照明方案或者增強(qiáng)光照強(qiáng)度就可以屏蔽周?chē)h(huán)境光線(xiàn)的影響。本機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求很高，即要求每次拍攝的圖像質(zhì)量應(yīng)該是保證的，只有這樣，才能確保以后處理工作的有效性。如果認(rèn)為不適

45、當(dāng)?shù)膱D像采設(shè)備、照明系統(tǒng)可以被后續(xù)的圖像處理算法輕易的消除，那么就犯了一個(gè)十分嚴(yán)重的錯(cuò)誤，其代價(jià)也是非常大的。因此照明光源的好壞直接影響著圖像的成像質(zhì)量、邊緣提取及圖像拼接的效果，以致影響最后的測(cè)量結(jié)果。光源的光強(qiáng)、光照穩(wěn)定性及均勻性等都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的精度和重復(fù)性帶來(lái)很大的影響，有可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)失敗。在此基礎(chǔ)上，本檢測(cè)系統(tǒng)選用LED面光源。如圖所示：2.3.2 面陣CCDCCD(ChargeCoupledDeviee)即電荷藕合器件,是一種新型的固體成像器件,它是在大規(guī)模硅集成電路工藝基礎(chǔ)上研制而成的模擬集成電子芯片,它既具有光電轉(zhuǎn)換功能,又具有信號(hào)電荷的存儲(chǔ)!轉(zhuǎn)移和讀出功能。CCD器件本

46、身具有很多優(yōu)點(diǎn):(1)CCD器件是一種固體化的器件,體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、壽命長(zhǎng)；(2)圖像畸變小,尺寸重現(xiàn)性好；(3)具有較高的空間分辨率,光敏元間距的幾何尺寸精度高；(4)具有較高的光電靈敏度和較大的動(dòng)態(tài)范圍。根據(jù)光敏像素的排列方式,CDC攝像器件可分為面陣CCD和線(xiàn)陣CCD兩大類(lèi)。在計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)量技術(shù)中,CCD幾乎是不可缺少的圖像傳感器。被測(cè)對(duì)象的光信息通過(guò)光學(xué)成像系統(tǒng)成像于CCD的光敏表面,CCD的光敏象元將光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電荷量,CCD在一定頻率的時(shí)鐘脈沖的驅(qū)動(dòng)下,在其輸出端可以獲得被測(cè)對(duì)象的視頻信號(hào)。而在本測(cè)量系統(tǒng)中,應(yīng)用兩個(gè)CCD進(jìn)行采集,是為了拍攝到完整的大梁輪廓曲線(xiàn)。

47、系統(tǒng)中所用的CCD攝像機(jī)為臺(tái)灣敏通公司生產(chǎn)的MTV一188lEX攝像機(jī)。該攝像機(jī)CCD像素為795(H)x596(V)(CCIR),照度)0.02Lux,自動(dòng)快門(mén)1/25l/10,000se。(CCIR)。該攝像機(jī)使用的是SONY面陣CCD,ICX039DLA,它的光敏響應(yīng)靈敏度曲線(xiàn)(如圖),面陣CCD的光譜響應(yīng)靈敏度的峰值約位于入二51snm處,與正常人眼的明視覺(jué)光譜光視效率峰值比較接近。2.3.3 圖像采集卡圖像采集是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)最前端環(huán)節(jié)，這個(gè)環(huán)節(jié)的任務(wù)主要是計(jì)算機(jī)從圖像采集硬件設(shè)各中得到圖像。圖像采集設(shè)備的分辨率決定了成像系統(tǒng)的分辨率。因此圖像采集設(shè)備的選擇是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。圖

48、像采集卡的作用就是把圖像信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣，量化為圖像的數(shù)字信號(hào)，然后把數(shù)字式視頻信號(hào)送到幀存儲(chǔ)器或計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中以進(jìn)行處理。圖像采集卡是ALV視覺(jué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。它一般具有以下功能模塊。(1)圖像信號(hào)的接收與AD轉(zhuǎn)換模塊，負(fù)責(zé)圖像信號(hào)的放大與數(shù)字化。有用于彩色或黑白圖像的采集卡，彩色輸入信號(hào)可分為復(fù)合信號(hào)或RGB分量信號(hào)。同時(shí)，不同的采集卡有不同的采集精度，一般有8Bit和lOBit兩種。(2)攝像機(jī)控制輸入輸出接口，主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)攝像機(jī)進(jìn)行同步或?qū)崿F(xiàn)異步重置拍照、定時(shí)拍照等。(3)總線(xiàn)接口，負(fù)責(zé)通過(guò)Pc機(jī)內(nèi)部總線(xiàn)高速輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，一般是PCI接口，傳輸速率可高達(dá)130Mbps，完全能勝任高精度圖像

49、的實(shí)時(shí)傳輸，且占用較少的CPU時(shí)間。有的圖像采集卡同時(shí)還包括顯示模塊，負(fù)責(zé)高質(zhì)量的圖像實(shí)時(shí)顯示，通訊接口負(fù)責(zé)通訊。本檢測(cè)系統(tǒng)采用維視數(shù)字圖像技術(shù)有限公司的工業(yè)圖像采集卡，是一款成熟穩(wěn)定的高精度真彩色(黑白)實(shí)時(shí)工業(yè)圖像采集卡，硬件結(jié)構(gòu)和底層函數(shù)很穩(wěn)定，硬件兼容性能好，并能在各種專(zhuān)用及較惡劣的工作環(huán)境中穩(wěn)定地工作。它具有高清晰度、流暢的圖像畫(huà)面，運(yùn)動(dòng)圖像軟件處理，動(dòng)態(tài)圖像采集效果好。獨(dú)特的視頻輸入濾波技術(shù)端口，極大地提高了圖像采集的清晰度和顯示速度；使用多片MY一200，可以做到多通道、多窗口同時(shí)實(shí)時(shí)地顯示視頻輸入信號(hào)，無(wú)需分時(shí)進(jìn)。2.3.4 計(jì)算機(jī)將CCD采集到的圖像信息通過(guò)圖像采集卡送入計(jì)算

50、機(jī),在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的軟件部分,進(jìn)行圖像預(yù)處理,信息提取和輪廓重建以及參數(shù)計(jì)算等功能?？紤]到軟件對(duì)計(jì)算機(jī)性能要求比較高，本文采用inter I5 處理器 及 AMD Radeon HD 7640 顯卡 PC機(jī)。2.3.5 傳動(dòng)裝置 在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)大梁進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量,由于電動(dòng)機(jī)在額定電壓下只能輸出固定轉(zhuǎn)速,而實(shí)際實(shí)驗(yàn)中需要模擬大梁的不同速度傳送下對(duì)測(cè)量精度的影響,所以采用變頻器控制傳動(dòng)裝置的工作速度,從而設(shè)定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,帶動(dòng)傳動(dòng)裝置以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)。找出最優(yōu)速度。 2.3.6傳感器的選擇本檢測(cè)系統(tǒng)中圖像獲取系統(tǒng)的工作過(guò)程是這樣的，當(dāng)流水線(xiàn)上的汽車(chē)縱梁到達(dá)傳感器的位置時(shí)，傳感器啟動(dòng)壓下接觸式行程

51、開(kāi)關(guān)發(fā)出到位信號(hào)；計(jì)算機(jī)通過(guò)中斷程序的運(yùn)行讀出該信號(hào)，啟動(dòng)照明及CCD攝像裝置；設(shè)定一定的間隔時(shí)間，就開(kāi)始對(duì)流水線(xiàn)上的縱梁進(jìn)行序列圖像采集。當(dāng)整個(gè)縱梁都采集完畢后，攝像及照明裝置返回，在此期間，由計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的圖像進(jìn)行處理和拼接，由識(shí)別的結(jié)果發(fā)出合格與否的判斷信號(hào)，完成一個(gè)工作循環(huán)。因此在本檢測(cè)系統(tǒng)中就需要有二個(gè)傳感器：其一，接近開(kāi)關(guān)傳感器，即設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)化的傳感器控制裝置，檢測(cè)汽車(chē)縱梁的到來(lái)；其二，CCD攝相機(jī)，用來(lái)采集汽車(chē)縱梁裝配工藝孔的圖像的。接近開(kāi)關(guān)傳感器在各類(lèi)開(kāi)關(guān)中，有一種對(duì)接近它的物件有。感知。能力的元件位移傳感器。利用位移傳感器對(duì)接近物體的敏感特性達(dá)到控制開(kāi)關(guān)通或斷的目的，這就

52、是接近開(kāi)關(guān)。接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作靈敏、穩(wěn)定可靠。下面對(duì)幾種接近開(kāi)關(guān)傳感器進(jìn)行比較：1渦流式接近開(kāi)關(guān)這種開(kāi)關(guān)有時(shí)也叫電感式接近開(kāi)關(guān)。它是利用導(dǎo)電物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)的接近開(kāi)關(guān)時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用到接近開(kāi)關(guān)，使開(kāi)關(guān)內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別有無(wú)導(dǎo)電物體接近，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的通或斷。很顯然，此類(lèi)接近開(kāi)關(guān)只適用于對(duì)導(dǎo)電物體的接近探測(cè)與控制。2電容式接近開(kāi)關(guān)這種開(kāi)關(guān)的測(cè)量頭是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是開(kāi)關(guān)的外殼。這個(gè)外殼在測(cè)量中通常是接地或與設(shè)備相連。當(dāng)物體移向接近開(kāi)關(guān)時(shí)，無(wú)論是否導(dǎo)體，由于它的接近，總要使電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化，使得和測(cè)量頭相連的電路

53、狀態(tài)也發(fā)生變化，由此可控制開(kāi)關(guān)的接通或斷開(kāi)。3霍爾接近開(kāi)關(guān)霍爾元件是一種磁傳感器元件。利用霍爾元件做成的開(kāi)關(guān)，叫做霍爾開(kāi)關(guān)。當(dāng)磁性物體移近霍爾開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)檢測(cè)面上的霍爾效應(yīng)而使開(kāi)關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識(shí)別出附近有磁性物體存在，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的通與斷。根據(jù)以上比較，針對(duì)汽車(chē)縱梁緩慢移動(dòng)通過(guò)流水線(xiàn)而來(lái)這一工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，我們選用渦流式接近開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)汽車(chē)縱梁的到來(lái)，它對(duì)環(huán)境的要求較低，響應(yīng)頻率高，抗環(huán)境干擾性能好，應(yīng)用范圍廣，價(jià)格較低。渦流式接近開(kāi)關(guān)屬于一種有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器，其工作原理由Lc高頻振蕩器和放大處理電路組成。當(dāng)有金屬物體進(jìn)入一個(gè)以一定頻率穩(wěn)定振蕩的高頻振蕩器的線(xiàn)圈磁場(chǎng)時(shí)，物

54、體內(nèi)部產(chǎn)生渦流損耗，對(duì)于鐵磁性金屬物體有磁滯損耗，使振蕩回路電阻增大，能量損耗增加，以致振蕩減弱直至終止。因此，在振蕩電路后而接上放大電路與輸出電路，就能檢測(cè)識(shí)別出有無(wú)金屬物體接近，并能給出相應(yīng)的控制信號(hào)去控制繼電器或其他電器，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的接通或斷開(kāi)，以達(dá)到控制目的。本檢測(cè)系統(tǒng)的汽車(chē)縱梁到位通過(guò)實(shí)例圖如下圖36所示。2.4軟件功能模塊介紹本檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想并在windows XP環(huán)境下用Visual C+6.0來(lái)開(kāi)發(fā)，使得程序結(jié)構(gòu)清晰，各模塊均完成一個(gè)獨(dú)立的功能，便于系統(tǒng)的功能擴(kuò)展與維護(hù)。根據(jù)汽車(chē)縱梁裝配工藝孔機(jī)器視覺(jué)在線(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在功能上可分為圖像攝取、圖

55、像處理、圖像拼接及模式識(shí)別管理等四個(gè)模塊：一圖像攝取模塊：實(shí)現(xiàn)檢測(cè)汽車(chē)縱梁到來(lái)及圖像采集功能。二圖像處理模塊：該模塊為本軟件的核心部分，完成圖像的點(diǎn)運(yùn)算功能(如縮放、灰度拉伸、圖像反色、灰度均衡等)；圖像增強(qiáng)功能(如圖像平滑、中值濾波、梯度銳化、拉普拉斯銳化等)；圖像分析功能(如圖像的閾值分割等)、圖像的邊緣和輪廓檢測(cè)功能(如四種常用的邊緣檢測(cè)方法、輪廓提取、輪廓跟蹤等)，使圖像得到最佳視角，方便觀看，從而幫助用戶(hù)更方便地完成測(cè)量工作，減小誤差，使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。三圖像拼接模塊：本檢測(cè)系統(tǒng)中由于汽車(chē)縱梁面積比CCD攝像機(jī)視角要大，所采集的每幅圖像都不能反映目標(biāo)的全貌，在實(shí)際中可采集多幅圖像，通過(guò)

56、圖像拼接技術(shù)，將目標(biāo)不同部分拼接到一幅圖像中來(lái)反映目標(biāo)的整體特征。四模式識(shí)別管理模塊：該模塊包括判定模塊(合格品次品)、異常報(bào)警模塊、記錄存檔查詢(xún)模塊和報(bào)表生成打印模塊。1該模塊包括判定模塊：主要對(duì)縱梁裝配工藝孔標(biāo)準(zhǔn)樣本圖像進(jìn)行預(yù)處理，提取關(guān)鍵的特征，建立特征庫(kù)。檢測(cè)圖像的相關(guān)特征是否和標(biāo)準(zhǔn)樣本的特征值相符，系統(tǒng)做出縱梁是否符合要求的識(shí)別結(jié)果。2異常報(bào)警模塊：當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)生異常情況時(shí)發(fā)出報(bào)警。3記錄存檔查詢(xún)模塊：完成圖像的存儲(chǔ)、打開(kāi)、關(guān)閉、重新加載、退出、編輯、打印、復(fù)制等功能。4報(bào)表生成打印模塊：提供在線(xiàn)統(tǒng)計(jì)功能數(shù)據(jù)，可統(tǒng)計(jì)己檢測(cè)產(chǎn)品和不合格產(chǎn)品的數(shù)目，并能夠?qū)崟r(shí)打印輸出等。其框圖如圖2-5

57、所示：第三章圖像處理圖像在獲取的過(guò)程中，受各種因素的影響，如光源中光線(xiàn)強(qiáng)弱；圖像采集時(shí)，光電轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，受到各種外界干擾而形成的噪聲；圖像獲取設(shè)備自身性能以及工作人員獲取圖像的熟練程度等，得到的圖像質(zhì)量在一定程度上不能盡如人意。為了不影響圖像識(shí)別和理解等后續(xù)處理，必須對(duì)獲取的圖像進(jìn)行一定的預(yù)處理，處理圖像首先要去除圖像中的噪聲，減少噪聲帶來(lái)的干擾，然后提取出圖像的特征信息。依據(jù)這些特征信息，完成對(duì)圖像的識(shí)別理解，提取我們感興趣的信息，所以圖像的特征提取是圖像理解識(shí)別的前提，預(yù)處理是為特征提取做準(zhǔn)備，這兩部分是計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的低層處理階段。3.1數(shù)字圖像的模型及其量化圖像是對(duì)客觀世界的一種映像。離散數(shù)學(xué)模型是數(shù)字圖像的最一般形式，盡管實(shí)際的圖像具有連續(xù)的形式，但它經(jīng)過(guò)采樣和量化后輸入計(jì)算機(jī)的總是它的離散形式。采樣，即在原始光學(xué)圖像的每個(gè)像素點(diǎn)位置上測(cè)量灰度值，將每個(gè)像素處的亮度轉(zhuǎn)換為與其成正比的電壓值，使圖像從空間位置連續(xù)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成空間位置離散的信號(hào)：量化，即經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換將連續(xù)的灰度值用0-255之間的對(duì)應(yīng)整數(shù)值來(lái)表示。一幅數(shù)字圖像可以用矩陣形式表示為：f=f(x，y) (3-1)式中，x，y是平面的二維坐標(biāo)