基于机器视觉的输送带图像的几何校正与拼接算法的研究

摘要

带式输送机是现代化生产中的主要运输设备之一，具有运输距离长，连续运输运量大，成本低，可水平、倾斜输送等优点，己广泛应用于煤炭、矿山、港口、电力、冶金和化工等领域。其中输送带是运输物料的直接承载体，在运输过程中，由于长期在恶劣环境下使用，经常由于载荷量增加，被废钢铁或煤矸石等异物或障碍物划伤，输送机的安装调整不当，转载点处落料位置不正造成的负载不均匀等原因而产生划伤、跑偏、纵向撕裂等表面故障，造成纵向撕裂或断带安全事故的发生。因此，为了保证输送带的运行安全，对输送带表面故障检测的关键技术的研究具有重要意义。
　　本文针对基于机器视觉的输送带表面故障检测中的输送带图像的几何校正与拼接算法进行了研究，提出了基于经纬坐标映射的线阵CCD摄像机输送带畸变图像的几何校正算法，该算法是利用经纬坐标的映射变换方法对由于线阵CCD摄像机与输送带横向不同位置的物距不同而产生分辨率差异的输送带畸变图像进行几何校正，从而得到分辨率一致的输送带图像;提出了基于图像纵向投影的线阵CCD摄像机输送带图像拼接算法，该方法对来源于不同线阵CCD摄像机摄取的输送带图像数据进行分析，利用均值将多个二维图像矩阵转化为一维向量，然后在阈值范围内进行数据比对，确定重叠区域，最后对不同CCD摄像机摄取的输送带图像进行图像融合，从而拼接成为一幅图像。在MATLAB环境下，编写了上述两种算法的程序，并进行了实验，其结果表明基于经纬坐标映射的线阵CCD摄像机输送带畸变图像的几何校正算法能够实现对输送带畸变图像的校正，具有效果好、速度快等优点;基于图像纵向投影的不同线阵CCD摄像机输送带图像拼接算法能够实现对不同CCD摄像机摄取的输送带图像快速拼接处理，具有实时性强，效果好等优点，适合于输送带表面故障的在线检测。
　　本文所研究的算法能够应用于基于机器视觉的输送带表面故障在线检测系统中，实现对划伤、跑偏、纵向撕裂等表面故障的检测，避免输送带纵向撕裂或断带安全事故的发生、设备的损坏、停产和人员伤亡，减少了物料损耗和经济损失，提高了生产效率，具有显著的经济和社会效益，在煤炭、矿山、港口、电力、冶金、化工等领域具有很高的应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题国内外研究现状

1．1．1 课题背景介绍

1．1．2 图像校正技术研究现状

1．1．3 图像拼接技术研究现状

1．2 课题研究的目的和意义

1．3 课题的主要内容

第二章 基于机器视觉的输送带表面故障在线检测系统

2．1 基于机器视觉的输送带表面故障在线检测系统工作原理

2．2 基于机器视觉的输送带表面故障在线检测系统设计方案

2．2．1 输送带图像采集

2．2．2 输送带图像传输

2．2．3 输送带图像处理

2．2．4 输送带表面故障识别

2．3 本章小结

第三章 线阵CCD摄像机输送带图像的几何校正算法的研究

3．1 线阵CCD成像研究

3．1．1 坐标系介绍

3．1．2 理想针孔成像模型

3．1．3 线阵CCD畸变一般模型

3．1．4 线阵CCD鱼眼镜头畸变模型

3．2 输送带图像畸变的研究

3．2．1 输送带图像畸变原因分析

3．2．2 畸变类型

3．3 几何校正原理

3．3．1 空间坐标变换

3．3．2 灰度重建

3．4 输送带图像的畸变校正算法

3．4．1 基于经度坐标的图像校正算法

3．4．2 基于经纬映射的输送带图像的几何校正算法

3．5 本章小结

第四章 线阵CCD摄像机输送带图像拼接算法的研究

4．1 输送带图像拼接算法研究

4．1．1 图像拼接原理

4．1．2 拼接技术特点

4．2 输送带图像配准算法研究

4．2．1 基于频域法

4．2．2 基于灰度法

4．2．3 基于特征法

4．3 输送带图像融合算法研究

4．3．1 均值融合法

4．3．2 加权平均融合法

4．3．3 多分辨率样条融合法

4．4 基于图像纵向投影的输送带图像的拼接算法

4．4．1 输送带图像特性分析

4．4．2 输送带图像拼接算法流程

4．4．3 输送带图像拼接算法设计思路

4．4．4 输送带图像拼接算法实现步骤

4．5 本章小结

第五章 程序设计与结果分析

5．1 基于经纬映射的输送带畸变图像快速校正算法程序设计与结果分析

5．1．1 基于经纬映射的输送带畸变图像快速校正算法程序设计

5．1．2 基于经纬映射的输送带畸变图像快速校正算法结果分析

5．2 基于图像纵向投影的快速拼接算法的程序设计与结果分析

5．2．1 基于图像纵向投影的输送带图像快速拼接算法程序设计

5．2．2 基于图像纵向投影的输送带图像拼接算法结果分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢