数字图像处理技术在光电影像测量仪中的应用

摘要

当今我国经济飞速发展，GDP增长速度维持在较高水平，其中生产制造业占了很大比重。为了提高行业生产效率和产品质量，机器视觉检测技术逐渐为人们所重视。机器视觉检测技术因具有非接触性、实时性、灵活性和精确性等突出优点在工业测量中得到不断的推广和应用。目前，市面上的机器视觉检测产品种类繁多，但都不能满足用户专门要求。本文研究的课题来源于长春光机所与沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司的合作项目，设计针对某重点型号发动机涡轮叶片的光电影像测量仪。目标是测量涡轮叶片上导气孔加工后的大小、孔间距，以及检测系列型号叶片是否满足设计精度、加工精度要求。 本文对开发光电影像测量仪的系统控制软件和针对非规则形状工件所采集的数字图像的图像处理算法进行了研究。用控制软件操作五个电机分别控制X，Y，Z，U，V五轴，以调整不规则形状叶片待测姿态，之后由CMOS等图像采集设备对图像进行采集。采集图像后，以工业控制计算机作为图像处理的单元，对图像进行处理，得到预期数据。作为核心的图像处理算法部分则是针对某系列型号涡轮叶片的设计，在机器视觉检测中给出了一种有针对性的图像处理方法。该方法分为两个主要部分：基于采集图像的预处理、基于质心检测的孔圆心粗定位和两次最小二乘拟合算法的孔圆心精确定位；得到孔的圆心、半径和孔的间距等数据，精度达到亚像素级。系统软件方面：以Microsoft的Visual C++6.0为平台，对硬件系统控制软件、图像采集软件、图像处理算法进行编程。其图像采集及处理算法部分运行稳定可靠，通用性、移植性好；用户操作界面友好、上手容易，还可生成EXCEL报表文件。系统软件由六个模块组成：系统准备模块、校验定位模块、运动控制模块、图像采集模块、尺寸检测模块和结果显示模块。该光电影像测量仪已经投入实际的生产中，结果表明：系统的硬件方案合理可行，软件的控制部分运行稳定可靠，软件的检测部分处理速度快、精度达到客户要求。极大的提高了用户的生产效率，达到了预期设计要求。

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第一章 绪论

1.1机器视觉的研究背景及意义

1.2图像处理技术与机器视觉检测技术

1.3课题的来源及主要研究内容

第二章 光电影像测量仪的总体方案

2.1光电影像测量仪的总体方案概述

2.2光电影像测量仪硬件设计

2.3光电影像测量仪硬件构成

2.4本章小结

第三章 机器视觉检测中数字图像处理的基本理论

3.1图像增强算法

3.2边缘检测算法

3.3图像匹配算法

3.4图像二值化及形态学处理

3.5本章小结

第四章 光电影像测量仪中的数字图像处理算法的研究与实现

4.1光电影响测量仪的数字图像预处理

4.2质心检测算法

4.3基于圆拟合的圆孔检测算法

4.4光电影响测量仪中图像处理算法总结

4.5本章小结

第五章 光电影像测量仪的软件设计及实现

5.1机器视觉检测系统的软件特点

5.2光电影像测量仪的系统软件

5.3光电影像测量仪系统的软件组成模块

§5.4光电影像测量仪系统软件的界面

5.5本章小结

第六章 误差分析

6.1误差分析概述

6.2系统硬件部分误差分析

6.3系统软件部分误差分析

6.4减小误差的方法

6.5本章小结

第七章 结论与展望

§7.1结论

§7.2展望

致谢

参考文献