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机器视觉和CCD在铁轨对中性检测中的应用研究

作　者: 姚峰林
导　师: 李元宗
学　校: 太原理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 机器视觉 CCD 铁轨 对中性检测 标定 误差
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 317次
引　用: 2次
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内容摘要


机器视觉是近年发展起来的一个新兴学科,以它为基础的CCD应用技术近年来由于其广泛应用而受到学术界的青睐。基于CCD的机器视觉系统以组成简单和使用方便,近年来在非接触测量系统中应用更为广泛。作为机器人技术不可或缺的部分机器视觉和CCD也就成了我们研究的重点。 本文以铁轨对中性检测为目的,从介绍机器视觉相关的光学与镜头知识为课题的开端,着重介绍了机器视觉中的光源,照明以及镜头问题。作为近年来机器视觉中的成像的最主要的器件,CCD近年来也有了突飞猛进的发展,本课题的主要实验器件也是CCD,所以它的工作原理和器件特性也成为本课题研究的重点之一。基于我们实验室现有的设备,我们做了基于灰度的图像匹配,基于轮廓的图像匹配,以及基于聚类法的彩色图像分割法在铁轨对中性检测中的应用。并对它们在应用中的优劣进行了研究与分析,而且取得了一些具有一定意义的结论,为我们今后的工作指明了方向。 作为无接触测量的重要部分的标定技术以及测量,误差的探讨也成为本课题的重要研究问题。我们从理论出发结合实际应用,分析了测量系统中的误差来源和它们对测量的影响,并以齐次变换为基础,得到了图像空间与物空间的坐标变换方

全文目录


第一章 绪论  10-17
  1．1 机器视觉的发展  10-11
  1．2 机器视觉系统的介绍  11-13
  1．3 CCD非接触测量的国内外现状  13-15
  1．4 本课题的提出  15-16
  1．5 本课题所做的工作  16-17
第二章 机器视觉中的光学与镜头  17-31
  2．1 光源基本原理及概念  17-26
    2．1．1 光源的选择  17
    2．1．2 照明方式  17-18
    2．1．3 照明对比  18-21
    2．1．4 颜色视觉  21-24
    2．1．5 光度学知识  24-26
  2．2 视觉系统与镜头  26-31
    2．2．1 镜头基本原理及概念  26-31
      2．2．1．1 几何光学成像公式(Basic Formula)  26-27
      2．2．1．2 放大率(Magnification)  27-28
      2．2．1．3 视场(Field of View)  28
      2．2．1．4 分辨率(Resolution)  28-29
      2．2．1．5 景深(Depth of Field)  29-30
      2．2．1．6 光圈(Aperture)  30
      2．2．1．7 F数(F#)  30-31
第三章 CCD与铁轨检测车  31-44
  3．1 CCD的介绍  31-38
    3．1．1 CCD的发展历史与现状  31-33
    3．1．2 CCD的基本工作原理  33-35
    3．1．3 面阵 CCD摄像器件的特性  35-37
    3．1．4 面阵 CCD图像采集系统工作原理  37-38
    3．1．5 CCD的分类  38
  3．2 铁轨检测车介绍  38-40
  3．3 测量方案的选定  40-42
    3．3．1 图像的分割与识别  40
    3．3．2 系统硬件组成  40-42
  3．4 测量的软件系统  42-44
第四章 定位检测的原理和软件算法  44-64
  4．1 图像的预处理  44-46
    4．1．1 滤波  44-46
      4．1．1．1 邻域平均  44-45
      4．1．1．2 中值滤波  45-46
  4．2 目前图像匹配算法  46-50
    4．2．1 图像匹配算法的介绍  46-47
    4．2．2 模板匹配算法  47
    4．2．3 基本算法  47-50
    4．2．4 实验结果  50
  4．3 基于轮廓的匹配  50-58
    4．3．1 边缘检测技术  51-52
    4．3．2 边缘检测的算法  52-53
    4．3．3 边缘检测算法的比较  53-55
    4．3．4 边缘检测的实例  55-56
    4．3．5 使用轮廓的图像匹配方法  56
    4．3．6 实验的结果  56-58
  4．4 基于色彩的图像定位  58-62
    4．4．1 目前常用的分割方法  58-59
    4．4．2 颜色的方法  59-62
  4．5 多种定位方法检测的结论与展望  62-64
    4．5．1 关于单幅图像与连续图像  62-63
    4．5．2 关于模板匹配  63
    4．5．3 关于色彩  63-64
第五章 机器视觉测量的误差与标定  64-89
  5．1 CCD器件本身引入的误差  64-70
    5．1．1 暗电流的影响  64
    5．1．2 CCD像元响应的非均匀性  64-65
    5．1．3 电荷转移损失的影响  65-66
    5．1．4 热电子噪声  66
    5．1．5 量化误差  66-69
    5．1．6 行抖动引入的误差  69-70
    5．1．7 温度的影响  70
  5．2 其它因素  70-74
    5．2．1 被测物品的反光性  70-71
    5．2．2 背景色的影响  71
    5．2．3 光源的影响  71
    5．2．4 CCD阵列面与基桩距离改变引入的误差  71-73
    5．2．5 透镜衍射造成的误差  73-74
  5．3 镜头几何畸变引入的误差  74-78
    5．3．1 径向畸变  75-76
    5．3．2 偏心畸变  76-77
    5．3．3 薄棱镜畸变  77-78
  5．4 标定  78-89
    5．4．1 标定的原因  78-79
    5．4．2 标定的原理  79
    5．4．3 标定的坐标系的建立与坐标变换关系  79-83
      5．4．3．1 坐标系 OXYZ到坐标系0_0X_0Y_0Z_0的变换  80-81
      5．4．3．2 从坐标系0_0X_0Y_0Z_0到 CCD平面坐标系 X_c0_cY_cZ_c  81-82
      5．4．3．3 坐标系 0XYZ到坐标系 X_c0_cY_c的变换  82-83
    5．4．4 变换规律及误差  83-87
      5．4．4．1 坐标原点及过圆心的直线的变换规律  83
      5．4．4．2 极径的变换规律  83-84
      5．4．4．3 误差计算与分析  84-86
      5．4．4．4 坐标变换参数的确定  86-87
    5．4．5 标定的数值  87-89
结束语  89-90
参考文献  90-94
致谢  94-95
攻读硕士学位期间发表论文目录  95

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 集中检测与巡回检测系统
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