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基于CCD的材料变形视觉测量系统研制

作　者: 谢森栋
导　师: 陈本永；田秋红
学　校: 浙江理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 视频引伸计 视觉测量系统 预处理 标记提取 系统标定
分类号: TB302
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


应变是材料性能测试中的一项重要参数，它和应力组成了材料的本构关系，可以较好地表征材料的力学性能，因此，快速、准确地测量材料应变是材料力学中的一个重要研究方向。本论文介绍了引伸计开发和视频引伸计的图像处理算法设计的国内外研究现状，利用视觉测量技术，设计了一套基于CCD的材料变形视觉测量系统，实现对材料变形的非接触、高精度测量。本论文描述了基于CCD的材料变形视觉测量系统的测量原理，并对系统的光路结构进行了分析及优化，利用SolidWorks设计了测量系统中各元器件的支撑架，确定相互间的装配关系，并进行了系统装配仿真。设计了像素当量的方法来替代繁琐的摄像机标定过程，实现了从像素距离到实际距离的转换，表征试样变形。提出了一种基于图像亮度调整和去雾增强相结合的图像预处理算法，能较好地适应光照变化，获得试样标记和激光标记的清晰图像。根据试样图像中颜色、亮度特征，分别设计了自适应Cr色度阈值分割算法和基于感兴趣区域图像亮度梯度的自适应阈值分割算法，完成对试样标记和激光标记的提取。搭建了测量系统的硬件平台，并设计开发了相应的测量软件。分析了测量系统的误差来源，并提出了相应的修正方法，可有效改善测量系统的稳定性，提高测量精度。对本论文设计的视觉测量系统进行实验验证：(1)标记提取实验：分别在不同光照和有无试验机夹头干扰的情况下对试样图像进行标记提取，提取结果稳定性和实时性较好，标记误差小于0.5个像素。(2)试样拉伸对比实验：分别对低碳钢、铸铁、黄铜和铝材四种材料进行了重复性拉伸实验，并与万能试验机的实验结果进行了对比分析，获得了理想的、稳定的应力-应变曲线。上述实验验证了本论文设计的视觉测量系统的可行性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 论文的研究背景和意义  9-10
  1.2 国内外引伸计的研究现状  10-12
    1.2.1 接触式引伸计  10-12
    1.2.2 非接触式引伸计  12
  1.3 视频引伸计中的图像处理技术  12-15
  1.4 论文主要研究内容和组织结构  15-17
第二章 基于 CCD 的材料变形视觉测量系统优化设计  17-25
  2.1 系统设计原则  17
  2.2 基于 CCD 的材料变形视觉测量系统工作原理分析  17-19
  2.3 机械结构设计  19-23
    2.3.1 系统整体光路分析  19-21
    2.3.2 激光器支架设计  21
    2.3.3 平凸透镜支架设计  21
    2.3.4 分划板设计  21-22
    2.3.5 平凹透镜支架设计  22
    2.3.6 伺服电机支架设计  22-23
    2.3.7 平面镜支架设计  23
    2.3.8 摄像机支架设计  23
    2.3.9 系统底板设计  23
  2.4 系统总体装配仿真  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第三章 数字图像预处理算法  25-38
  3.1 直方图均衡  25-30
    3.1.1 全局直方图均衡化  25-27
    3.1.2 对比度受限自适应直方图均衡化  27-30
  3.2 白平衡  30-33
  3.3 预处理算法设计  33-37
    3.3.1 基于图像统计信息的线性亮度调整算法  33-34
    3.3.2 基于数学形态学的图像去雾增强算法  34-37
  3.4 本章小结  37-38
第四章 标记提取及系统标定  38-55
  4.1 基于模板匹配的方法  38-40
  4.2 基于阈值分割的方法  40-46
    4.2.1 几种常用的颜色空间  40-42
    4.2.2 激光标记提取算法  42-44
    4.2.3 试样标记提取算法  44-45
    4.2.4 标记结果  45-46
  4.3 系统标定算法设计  46-54
    4.3.1 线性标定  47-49
    4.3.2 非线性标定  49-50
    4.3.3 标定实验  50-52
    4.3.4 像素当量计算方法  52-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章 实验结果与误差分析  55-65
  5.1 实验系统组成  55-56
  5.2 软件设计  56-58
  5.3 实验结果及讨论  58-62
  5.4 误差分析  62-64
  5.5 本章小结  64-65
第六章 总结与展望  65-67
  6.1 总结  65-66
  6.2 展望  66-67
参考文献  67-72
硕士期间获得的研究成果  72-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 工程材料一般性问题 > 工程材料试验
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