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彩色视觉照明技术研究

作　者: 梁海昱
导　师: 曲兴华；贾果欣
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 彩色视觉测量照明系统 LED照度模型光谱特性光强热态金属边缘检测
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 83次
引　用: 2次
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内容摘要

视觉测量技术是一种重要的非接触检测手段,凭借其高精度、高速度的特点在实际生产中有着广泛的应用。彩色视觉测量由于加入颜色信息的处理,系统硬件以及后期图像处理方法都不同于灰度视觉。在彩色视觉应用中,照明技术是影响成像的重要因素。因此,本文搭建了一套彩色视觉测量系统,研究了基于彩色视觉测量的照明技术,探索基于目标的光源选择规律;与普通灰度视觉测量进行对比,研究彩色视觉测量在分辨力,适应性等方面的优势。本文的主要研究工作有:1.搭建了一套完整的基于工业应用的图像采集系统,针对本课题的应用特点确定各硬件设备所需要达到的性能要求。2.结合红、绿、蓝三色LED的优势,设计并制作了一种具有多颜色特征、亮度数字可调、辐照均匀的LED光源。对LED光源的光电控制模式进行了研究,设计了一套高效的RGB LED驱动及控制电路,实现了每种颜色LED亮度256级数字调节。通过测试验证了本套光源的实用性,各项性能指标满足彩色视觉测量的需要。3.建立了环形LED阵列漫反射照度模型,给出了一种计算光源照度分布的模拟算法,应用Matlab编程仿真,并通过与实际测量值比对验证了仿真的正确性。这套数学模型对以后其他LED光源的设计有着良好指导作用。4.通过实验研究彩色目标在不同光谱照明下的显色特性,总结了基于目标颜色的光源选择规律。精确控制光源光强,基于最大色差法得出彩色视觉传感器测量特性及与光源亮度的最优匹配关系。5.应用彩色视觉测量技术对热态金属边缘进行检测,使用数字滤波的方式对彩色图像进行处理,相对于灰度视觉测量取得了良好的边缘检测效果,为彩色视觉在热态金属工业检测方面的应用打下了基础。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-15
  1.1 引言  9-10
  1.2 彩色视觉国内外应用现状及发展趋势  10-13
  1.3 本课题研究的主要目的及意义  13-14
  1.4 本论文的主要工作  14-15
第二章彩色机器视觉基础  15-26
  2.1 光度学基础  15-17
    2.1.1 光度学常用物理量  15-16
    2.1.2 光度学重要定律  16-17
  2.2 颜色科学  17-19
    2.2.1 颜色的分类和特性  17-18
    2.2.2 色域  18-19
  2.3 颜色度量标准体系  19-21
    2.3.1 1931 CIE-XYZ 系统  19-20
    2.3.2 CIE L~*a~*b~*均匀颜色空间  20-21
    2.3.3 色差  21
  2.4 视觉彩色模型  21-24
    2.4.1 RGB彩色模型  21-23
    2.4.2 HSI彩色模型  23-24
  2.5 本章小结  24-26
第三章彩色视觉测量系统硬件与照明技术研究  26-41
  3.1 图像采集设备的选择  26-29
    3.1.1 摄像机  26-28
    3.1.2 光学系统  28
    3.1.3 图像处理平台  28-29
  3.2 机器视觉中照明光源的研究  29-34
    3.2.1 照明光源概述  30-31
    3.2.2 光源的基本参数  31-33
    3.2.3 LED光源  33-34
  3.3 常用照明技术  34-40
    3.3.1 色光混合规律  34-35
    3.3.2 照明技术的应用  35-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章彩色视觉测量光源系统的设计、仿真与性能评价  41-65
  4.1 LED光源照明结构设计  41-46
    4.1.1 设计依据与照明结构分析  41-44
    4.1.2 LED的选型与性能筛选  44-45
    4.1.3 漫反射涂料的制备  45-46
  4.2 光源照度模型的建立与仿真  46-50
    4.2.1 单个LED照度模型  46-47
    4.2.2 环形LED阵列照度研究  47-50
  4.3 LED光源驱动电路设计  50-55
    4.3.1 LED的伏安特性  50-51
    4.3.2 LED驱动的选择  51-52
    4.3.3 MAX16807IC芯片概述  52
    4.3.4 电路框图与原理图  52-55
  4.4 LED颜色控制电路设计  55-58
    4.4.1 PWM信号的原理和形成  55-56
    4.4.2 PWM信号的形成  56-58
  4.5 照明光源的性能评价  58-64
    4.5.1 模拟调光实验  58-59
    4.5.2 发光稳定性  59-61
    4.5.3 PWM脉宽调节亮度线性度  61
    4.5.4 光源均匀度  61-63
    4.5.5 光源的色域  63-64
  4.6 本章小结  64-65
第五章基于目标颜色的光源选择及彩色视觉测量应用  65-77
  5.1 物体的光谱特性  65-67
    5.1.1 物体对光的透射、吸收和反射  65-66
    5.1.2 物体显色机理  66-67
  5.2 图像采集设备颜色信息采集原理与数学模型  67
  5.3 基于目标颜色的光源选择实验  67-71
    5.3.1 实验设计  68-69
    5.3.2 试验结果与分析  69-71
  5.4 光源光强对目标与背景对比度影响研究  71-73
  5.5 基于彩色视觉测量的高温金属边缘提取  73-76
    5.5.1 热态工件的热辐射特性  73-74
    5.5.2 热工件边缘提取实验  74-76
  5.6 本章小结  76-77
第六章总结与展望  77-78
参考文献  78-83
发表论文和参加科研情况说明  83-84
致谢  84

彩色视觉照明技术研究

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