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摄像扫描法建立木段三维数字轮廓的研究

作　者: 张红梅
导　师: 刘渝
学　校: 北京林业大学
专　业: 木材科学与技术
关键词: CCD 木段三维数字轮廓
分类号: TS61
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 60次
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内容摘要

本研究采用木段旋转式、摄像扫描法建立木段轮廓数字化系统，获得了木段数字轮廓，在此基础上探讨了木段数字轮廓在旋切定心上的应用。研究中，图像采集采用低成本的CCD摄像机并采取了满足实际应用需要的光源措施，目的是探索一种低成本、高精度、实用的木段轮廓数字化方法。基于木段旋转式摄像扫描法的木段轮廓数字化系统分为硬件系统和软件系统，其中硬件系统是图像采集和处理的硬件设备，软件系统则分为图像采集、图像处理、三维显示和优化目标值运算四个模块。实验结论如下：(1)采用了950nm近红外光作光源、结合930nm的红外滤镜滤光，图像采集基本不受可见光影响。从采集到的图像上看，木段边缘与背景界线分明，木段部分能突出于背景之上。(2)采用单方向函数补偿法处理木段图像，使木段长度方向的变形与中心部分的变形一致。对系统进行标定，确定图像上中心图形条上的线性区域和各区域内两点间的距离与实际尺寸之间的比例，根据该比例和木段边缘计算得到木段的实际尺寸。(3)三维数字轮廓显示模块能建立木段三维数字轮廓，数字轮廓图像基本反映木段的实际形状和大小，并能实现木段数字轮廓的旋转、平移、缩放等变换。(4)编写程序，利用三维木段数字轮廓进行定心处理，能给出从木段当前位置至最佳定心位置木段两端的移动量和半径；卡轴偏移量与木段卡木位置相对应；不同位置的木段计算出来的半径值相同，都小于并接近木段实际半径。实验的创新点在于：(1)利用木段数字轮廓对木段定心，不仅考虑了木段两端面的大小和形状，也考虑了木段长度方向上多个断面的断面形状和尺寸。(2)引入近红外光作为图像采集光源、采用红外滤镜作滤光，使图象采集不受环境光的影响。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1、引言  8-16
  1.1 研究的目的和意义  8-9
  1.2 国内外木段轮廓获取技术研究进展  9-13
    1.2.1 木段模型理论的发展  9-10
    1.2.2 获取木段数字轮廓的方法  10-13
    1.2.3 研究趋势  13
  1.3 木段数字轮廓的应用  13-14
    1.3.1 木段旋切  13-14
    1.3.2 木段下锯和刨切  14
    1.3.3 树木形态学  14
  1.4 本研究的内容和方案  14-16
    1.4.1 研究内容  14-15
    1.4.2 研究方案  15-16
2、数字轮廓硬件系统设计  16-26
  2.1 硬件系统设计要求  16-17
  2.2 硬件系统的组成  17-22
    2.2.1 摄相机  17-18
    2.2.2 图像采集卡  18-19
    2.2.3 光源和滤镜  19-21
    2.2.4 编码器  21-22
    2.2.5 计算机及其附属设备  22
    2.2.6 实验台架和木段  22
  2.3 图像采集  22-24
    2.3.1 实验装置和材料  22
    2.3.2 图像采集方法  22-23
    2.3.3 实验结果  23-24
    2.3.4 结果分析  24
  2.3 本章小结  24-26
3、图像处理  26-43
  3.1 畸变补偿  26-30
    3.1.1 增大物距法  27
    3.1.2 增大焦距法  27-28
    3.1.3 单方向函数补偿法  28-30
    3.1.4 结果分析  30
  3.2 图像二值化  30-34
    3.2.1 人工选择法  31
    3.2.2 灰度平均值法  31-32
    3.2.3 迭代式阕值选择法  32-33
    3.2.4 灰度直方图单阕值法  33
    3.2.5 结果分析  33-34
  3.3 噪声消除  34-38
    3.3.1 邻域平均法  34-35
    3.3.2 中值滤波  35-36
    3.3.3 智能高通滤波  36
    3.3.4 八方向滤波法  36-37
    3.3.5 八方向过半法  37-38
    3.3.6 结果分析  38
  3.4 边缘提取  38-42
    3.4.1 Roberts算子  39
    3.4.2 Sobel算子  39-40
    3.4.3 拉普拉斯算子  40-41
    3.4.4 径向获取法  41
    3.4.5 结果分析  41-42
  3.5 本章小结  42-43
4、木段三维数字轮廓的建立  43-58
  4.1 系统标定  43-47
    4.1.1 实验装置  44
    4.1.2 标定步骤  44-45
    4.1.3 实验结果  45-47
    4.1.4 结果分析  47
  4.2 坐标提取和坐标变换  47-52
    4.2.1 坐标提取  47-49
    4.2.2 转化为世界坐标系  49-50
    4.2.3 转换为屏幕坐标系  50-52
    4.2.4 结果与分析  52
  4.3 图形变换  52-54
    4.3.1 木段旋转实现  52-53
    4.3.2 单端调节的实现  53-54
    4.3.3 木段上下移动的实现  54
    4.3.4 图像缩放  54
  4.4 插值拟合  54-55
  4.5 消隐技术  55-56
  4.6 本章小结  56-58
5、数字轮廓在定心上的应用  58-64
  5.1 定心理论  58-61
  5.2 试验材料和方法  61
  5.3 结果和分析  61-63
  5.4 本章小结  63-64
6、结果与讨论  64-66
  6.1 总结论  64
  6.2 创新点  64
  6.3 讨论  64-66
参考文献  66-70
个人简介  70-71
导师简介  71-72
致谢  72

摄像扫描法建立木段三维数字轮廓的研究

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