计算机视觉技术及其在工业中应用的研究

论文摘要

作为计算机科学的一个分支,计算机视觉在最近三十年内有了突飞猛进的发展,其应用范围遍及工业、农业、军事、国防等多个领域,取得了很大的成绩。但从发展的观点看问题,计算机视觉技术还在发展,还有许多理论、算法尚需完善,计算机视觉的应用范围也还远没有达到普及的程度。此项技术蕴藏的潜能,亟待开发利用。为提高计算机视觉识别(自动定位)系统的工作精度和计算效率,本文对图像处理基础算法中的有关问题进行了深入研究。论文提出了一种快速中值滤波改进算法,该算法充分利用滤波窗口的相互关系,减少了参与数据排列的数据元素,提高了计算效率。论文设计了基于数据压缩技术的序贯相似度快速匹配算法,提高了图像匹配的搜索速度。论文应用双线性后向映射算法对图像进行旋转校正,消除了一阶插值旋转校正所产生的坐标取整误差。论文提出了一种基于并行搜索技术的标记算法,一次扫描中可同时对多个目标进行标记。本文对传统的霍夫变换进行了改进,拒绝累加无意义的图像信息,可有效提高识别效率。此外,论文还就摄像机标定方法和字符识别预处理算法进行了较为深入的分析。论文运用图像识别和字符识别技术,研究开发了一套发动机活塞装配计算机视觉识别系统,成功地解决了发动机生产厂在活塞装配中存在的漏装、反装和混装问题,消除了事故隐患,保证了活塞装配质量,减轻了工人的劳动强度。此系统已于2002年10月交付工厂使用至今。论文研究开发了一套计算机视觉偏心桶口自动定位系统,成功地解决了灌装生产线上偏心口在圆周方向随机分布难以自动定位的问题,可保障有毒液体灌装作业工人的人身安全,可提高液体灌装作业的机械化和自动化水平。论文采用设备驱动程序开发技术实现计算机视觉识别系统对外部设备的控制,解决了视觉识别系统在Windows平台下难以对硬件底层直接操作的问题。本文的研究工作结合工厂技术改造项目、吉林省教育厅科技发展基金项目《基于计算机视觉技术的活塞识别系统研究》(编号为:200422)和吉林省科技厅应用基础研究基金项目《自动灌装机偏心加注口自动定位装置的研究》(编号为:200405(6))进行。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 计算机视觉技术研究综述
• 1.3 计算机视觉技术在工农业生产和其它行业中的应用
• 1.3.1 计算机视觉技术在工业生产中的应用
• 1.3.2 计算机视觉技术在农业生产中的应用
• 1.3.3 在其它领域中的应用
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 图像处理基础算法研究
• 2.1 图像增强技术
• 2.2 图像平滑技术
• 2.2.1 空间频率域低通滤波
• 2.2.2 空间域低通滤波
• 2.2.3 快速中值滤波
• 2.3 模板匹配及其原理
• 2.3.1 模板匹配原理
• 2.3.2 基于数据压缩技术快速匹配算法
• 2.4 图像的旋转校正
• 2.4.1 图像的旋转
• 2.4.2 后向映射双线性插值
• 2.5 图像分割
• 2.5.1 图像分割的定义
• 2.5.2 最优阈值图像分割
• 2.5.3 区域标记及小区域噪声消除
• 2.6 图像边缘检测
• 2.6.1 采用Roberts算子进行边缘检测
• 2.6.2 采用Laplacian算子进行边缘检测
• 2.6.3 采用Canny算子的边缘检测
• 2.7 图像形状识别
• 2.7.1 图像形状的矩函数识别方法
• 2.7.2 图像区域边界的霍夫变换识别方法
• 2.8 摄像机标定技术
• 2.8.1 摄像机标定中的坐标系
• 2.8.2 本文的标定方法
• 2.9 字符识别预处理
• 2.9.1 字符图像二值化
• 2.9.2 噪声消除与字符标记
• 2.9.3 字符倾斜角度校正
• 2.9.4 字符行切分和字符切分
• 2.9.5 字符归一化
• 2.10 本章小结
• 第三章 计算机视觉识别技术在发动机活塞装配中应用的研究
• 3.1 课题的提出
• 3.2 活塞装配视觉识别系统
• 3.3 活塞图像预处理
• 3.3.1 活塞顶面图像滤波
• 3.3.2 活塞图像的增强
• 3.3.3 活塞图像的旋转校正
• 3.4 活塞的漏装识别
• 3.5 活塞的反装识别
• 3.6 根据活塞顶面气门坑特征图像识别活塞混装
• 3.7 根据缸孔活塞顶面字符特征识别活塞混装
• 3.7.1 误差反传（BP）神经网络
• 3.7.2 字符识别预处理
• 3.7.3 活塞顶面字符特征提取
• 3.7.4 字符识别BP神经网络结构的设计
• 3.7.5 用BP神经网络识别字符实验结果及分析
• 3.7.6 根据缸孔活塞字符特征识别活塞混装
• 3.8 本章小节
• 第四章 计算机视觉技术在偏心桶口自动定位中应用的研究
• 4.1 自动灌装机械国内外研究与应用概况
• 4.2 问题的提出
• 4.3 基于计算机视觉技术的偏心桶口自动定位系统
• 4.4 摄像机标定
• 4.5 应用霍夫变换改进算法确定偏心桶口圆心坐标位置
• 4.6 步进式驱动系统设计
• 4.7 摄像机标定误差校验
• 4.8 检测系统运行界面和运行效果
• 4.9 本章小结
• 第五章 计算机视觉识别系统设备驱动程序开发
• 5.1 Windows运行模式概述
• 5.2 VxD虚拟设备驱动程序
• 5.3 基于并行端口的系统控制
• 5.4 急停中断驱动程序的实现
• 5.5 精确定时驱动程序的实现
• 5.6 本章小节
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文、科研情况
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT