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工业零件形状尺寸图像检测技术研究

作　者: 冯卫东
导　师: 雷志辉
学　校: 中国人民解放军国防科学技术大学
专　业: 航空宇航科学与技术
关键词: 图像检测几何形状亚像素边缘检测随机Hough变换圆度误差
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

基于计算机视觉的图像检测技术是以现代光学为基础，融光电技术、数字图像技术、信息处理及计算机视觉等科学技术为一体的现代检测技术。本文将图像检测技术应用于工业零件形状尺寸检测，并对亚像素边缘检测、几何基元检测、形状误差评定、边缘仿真图像制作等关键技术进行了研究。引入离散正交多项式，提出了一种新的曲面拟合亚像素边缘检测算法。该算法将二维曲面拟合分解为一维曲线拟合，大大提高了算法的可靠性和速度。改进了Zernike正交矩(空间矩)亚像素边缘检测算法，用误差修正表对离散采样引起的误差进行修正，使信噪比达到20dB时，边缘检测精度仍然优于0.1像素。将有向线段概念引入直线检测，大大提高了直线检测的分辨率和精度。根据圆和椭圆的形状特性，提出了相应的约束条件及圆和椭圆参数求解算法。求解时，对所求参数分步约束进行求解，提高了算法的稳定性并减少了计算量。将RHT与曲线拟合有机结合，分别提出了直线、圆、椭圆检测算法，该算法能在复杂背景下、全场范围内，自动、快速、精确、鲁棒地完成检测任务。实现了直线度误差和圆度误差评定方法的相关算法。重点研究了圆度误差评定的最小二乘方法，指出只有满足“小误差假设”和“小偏差假设”，最小二乘通用算法的评定结果才是严格意义上的最小二乘解。针对这一结论，提出了一种最小二乘迭代算法来得到精确的最小二乘解。提出了一种高精度边缘仿真图像制作方法，其边缘仿真精度优于0.005像素。提出了香烟滤棒形状尺寸检测系统实现方案，并进行了大量仿真试验，结果表明，该方案能达到以下性能：检测速度60根／秒，长度测量误差小于0.05mm，圆周测量误差小于0.03mm圆度测量误差小于0.03mm，该精度高于国标GB／T 5605—200的要求。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
第一章绪论  8-13
  1.1 概述  8-10
  1.2 图像检测系统构成  10-12
  1.3 本文主要内容  12-13
第二章亚像素边缘检测  13-30
  2.1 亚像素边缘检测概述  13-14
  2.2 曲面拟合亚像素边缘检测方法  14-18
    2.2.1 多项式曲面拟合  15-17
    2.2.2 实验结果  17-18
  2.3 矩方法  18-30
    2.3.1 灰度矩边缘检测方法  19-20
    2.3.2 空间矩法  20-23
    2.3.3 Zernike正交矩法  23-30
第三章几何基元检测  30-47
  3.1 随机Hough变换(RHT)  31-34
    3.1.1 算法步骤  31
    3.1.2 提高算法效率的约束条件  31-33
    3.1.3 提高算法效率途径  33-34
  3.2 直线检测  34-37
    3.2.1 有向线段  34
    3.2.2 算法实现  34-35
    3.2.3 实验结果  35-37
  3.3 圆检测  37-41
    3.3.1 最小点集约束条件  37-39
    3.3.2 算法实现  39-40
    3.3.3 实验结果  40-41
  3.4 椭圆检测  41-47
    3.4.1 椭圆参数求解算法  41-44
    3.4.2 实验结果  44-47
第四章形状误差评定  47-61
  4.1 直线度误差评定  47-51
  4.2 圆度误差的评定  51-61
    4.2.1 圆度误差的几何特性  51-52
    4.2.2 圆度误差的评定方法  52-58
    4.2.3 实验结果  58-61
第五章仿真图像制作  61-68
  5.1 制作仿真图像的数学模型  61-64
    5.1.1 光学成像系统的数学模型  61-64
  5.2 边缘仿真图像生成  64-68
第六章香烟滤棒几何形状尺寸检测  68-74
  6.1 图像检测技术方案  68-74
    6.1.1 图像检测技术要求  68
    6.1.2 具体方案  68-70
    6.1.3 精度分析  70-72
    6.1.4 实验结果  72-74
第七章结论与展望  74-76
  7.1 本文结论  74-75
  7.2 展望  75-76
致谢  76-77
参考文献  77-80

工业零件形状尺寸图像检测技术研究

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