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高抗振性动态钢管直径测量系统的研究

作　者: 裘稀石
导　师: 刘文耀
学　校: 天津大学
专　业: 光学工程
关键词: 检测钢管直径边缘定位软件架构多线程优化摄像机标定
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 25次
引　用: 1次
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内容摘要

柱形钢材料在国民经济中有着非常广泛的应用,其直径、不圆度等参数与生产设计指标的相符程度直接关系到最终产品质量性能的优劣。目前,国内的钢管直径测量系统存在无法检测大尺寸钢管、抗振性能有限、系统结构复杂等问题;而国外的检测设备虽然在性能上有所提高,但其价格昂贵。因此,本文提出一种新型的基于双CCD相机的钢管直径在线测量方法。该方法采用两块图像采集卡与两台高分辨率的CCD相机相连,并将采集到的数据传至计算机进行综合处理,显示器实时显示当前的钢管图像和测量结果。新方法首先采用Tsai两步法进行标定,得到两个CCD相机的相对位置坐标。然后对钢管图像进行特征提取,得到的两组钢管边缘坐标。最后根据此坐标值做出一个外接四边形,并采用最小二乘法求其内切圆的圆心坐标(即钢管的圆心坐标),进而求得四个方向的半径。在图像处理算法方面,针对钢管图像的特殊性,设计了一种新型的钢管边缘快速定位算法。与传统的Roberts算子、Sobel算子等边缘检测算法相比,新方法不仅速度快、定位准确、边缘连续,而且消除了图像中其他有干扰的边缘信息。在检测软件方面,采用VisualC++编写了满足需求的检测软件。软件架构针对多核CPU进行优化,采用4个工作线程同步处理数据,速度上较传统架构有明显提升。该软件功能完整,操作简单,界面友好,运行稳定。经实验室模拟实验表明,本文所设计的检测系统不仅能够测量大尺寸钢管,并且系统结构简单、抗振性能强、测量精度高,适用于工业上高速在线检测。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 课题的研究背景  8-9
  1.2 钢管在线测量技术的国内外研究现状  9-12
    1.2.1 国内研究现状  9-11
    1.2.2 国外研究现状  11-12
  1.3 本文的主要工作  12-14
第二章检测系统的设计  14-28
  2.1 检测系统的原理  14-24
    2.1.1 对检测系统的技术要求  14-15
    2.1.2 高抗振性新型测量方法  15-20
    2.1.3 需注意的问题  20-24
  2.2 检测系统的组成  24-27
    2.2.1 实验室模拟检测系统  24-25
    2.2.2 CCD 相机与成像镜头  25
    2.2.3 图像采集卡  25-26
    2.2.4 其他相关装置  26-27
    2.2.5 检测软件  27
  2.3 本章小结  27-28
第三章检测软件的设计  28-43
  3.1 Matrox 图像采集卡二次开发  28-30
  3.2 检测软件的架构设计  30-38
    3.2.1 软件需求说明书  30-31
    3.2.2 软件设计难点与解决方案  31-36
    3.2.3 检测软件总体框图  36-37
    3.2.4 检测软件操作步骤  37-38
  3.3 检测软件的各功能模块  38-42
    3.3.1 系统标定模块  38-39
    3.3.2 图像采集与处理模块  39
    3.3.3 综合计算模块  39-40
    3.3.4 结果显示与保存模块  40-41
    3.3.5 软件其他功能  41-42
  3.4 本章小结  42-43
第四章钢管图像轮廓检测技术  43-53
  4.1 图像预处理  43-44
  4.2 图像特征提取  44-50
    4.2.1 常用边缘提取算法  44-46
    4.2.2 钢管边缘快速定位原理  46-49
    4.2.3 需注意的问题  49-50
  4.3 采用 OpenCV 加速  50-52
    4.3.1 OpenCV 简介  50
    4.3.2 图像处理速度对比  50-52
  4.4 本章小结  52-53
第五章系统标定与实验  53-63
  5.1 手动标定  53-55
    5.1.1 手动标定过程  53-54
    5.1.2 手动标定实验结果  54-55
  5.2 摄像机标定  55-62
    5.2.1 摄像机标定原理  55-57
    5.2.2 Tsai 两步法进行标定  57-60
    5.2.3 摄像机标定实验结果  60-62
  5.3 误差与精度分析  62
  5.4 本章小结  62-63
第六章总结与展望  63-65
  6.1 总结  63
  6.2 展望  63-65
参考文献  65-68
发表论文和参加科研情况说明  68-69
附录  69-71
致谢  71

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