基于机器视觉的枪弹外形几何参数测量研究

摘要

枪弹外形几何参数是枪弹生产质量的主要考核因素之一，同时也是影响射击精确度的重要因素。鉴于传统的枪弹外形几何参数测量主要是依靠人工进行尺规测量，效率比较低。随着我国军工行业的快速发展，高效准确地检测枪弹外形几何参数已是当务之急。本文运用非接触式测量，采用现代数字图像处理的方法，对枪弹投影图像进行相应的处理，最终将像素数换算成为实际的枪弹外形几何参数，这样即可实现准确、稳定、高效率的测量。 本文首先根据所要检测的枪弹外形几何参数的特点对检测系统进行了总体方案的设计和器件选型，其次搭建监测系统并对系统的标定原理作了简要分析。然后对采集到枪弹投影图像进行预处理，消除干扰噪声，增强目标图像。运用Canny算子提取整像素边缘，再通过三种亚像素算法的对比，利用改进型的Sobel模板提取出枪弹的亚像素边缘。接着在此基础之上对运用Tomasi-Shi亚像素焦点检测提取角点，并用Hough变换提取地面直线，求取相关的直线段几何参数；通过圆的一般方程，运用最小二乘法解超定方程组求解弹头圆弧半径；通过分别求取弹头与弹壳的中心轴线，运用两线夹角公式求取装配的同轴度。 最后通过对系统实际标定，完成对12.7mm枪弹上述三种参数的实际测量，实验结果表明系统标定有效地提高了系统的测量精度，12.7mm枪弹小尺寸的直线段参数相对误差为-0.1%,，最大绝对误差为0.009mm；较大尺寸的直线段参数相对误差为-0.03%，最大绝对误差为0.023mm；弹头圆弧半径的相对误差为0.16%，最大绝对误差为0.257mm，考虑到对圆弧边缘部分的近似处理，产生误差偏大；装配的同轴度通过与基恩士二维尺寸测量仪的对比测试，偏差最大0.07°，并且其测量结果没有显著性差异，满足精度要求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题研究的背景与意义

1.2国内外相关技术发展现状

1.2.1国外相关技术进展

1.2.2国内研究现状

1.3论文主要内容

第二章 枪弹几何参数测量总体方案设计

2.1枪弹外形主要几何参数特点分析及对检测系统的要求

2.2枪弹外形几何参数测量系统方案设计

2.2.1工业相机的选型分析

2.2.2镜头的选型分析

2.2.3光源及照明方式的选择

2.2.4光学转台的选型

2.3系统标定

2.4本章小结

第三章 枪弹图像预处理及边缘检测

3.1枪弹图像预处理

3.1.1 图像噪声的来源与分析

3.1.2 不同去噪方法的基本原理

3.1.3 枪弹几何参数尺寸图像的去噪方法选择

3.2枪弹图像像素级边缘检测

3.2.1 图像像素级边缘检测的方法综述

3.2.2 枪弹图像像素级边缘检测方法选取

3.3枪弹图像亚像素级边缘检测

3.3.1 图像亚像素级边缘检测的方法综述

3.3.2 枪弹图像像素级边缘检测方法选取

3.4本章小结

第四章 枪弹外形几何参数尺寸测量方法

4.1枪弹直线段几何参数测量

4.1.1 枪弹投影图像的角点检测方法

4.1.2底面直线的检测

4.1.3枪弹直线段几何参数测量

4.2枪弹弹头圆弧半径测量方法

(1)霍夫变换法

(2)最小二乘法

4.3枪弹装配的同轴度测量方法

(1)弹头部分轴线斜率的测量

(2)弹壳轴线斜率测量

4.4本章小结

第五章 枪弹外形几何参数测量实验

5.1测量系统的标定

5.2枪弹外形几何参数测量实验

5.2.1枪弹直线段几何参数测量实验

5.2.2枪弹弹头圆弧半径测量实验

5.2.3枪弹装配的同轴度测量结果分析

5.3测量结果分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1 主要工作与总结

6.2 不足与展望

参考文献

致谢