高精度影像测量仪的性能优化研究

论文摘要

视觉测量是近年来在测量领域中新兴的一种高性能测量技术。由于它具有传统测量不可比拟的好处：稳定、非接触、环境适应性好,所以在测量方法上是一场新的革命。它以光学技术为基础,将光电子学、计算机技术、激光技术、图像处理技术等多种现代科学技术融合为一体,构成光、机、电、算综合体的测量系统。为改善测量仪的性能,本文主要对测量仪的运动控制和光源做了较为深入的研究,分析了测量仪存在的误差和光源对图像质量的影响并基于分析提出改善系统性能的措施。对于运动控制,一方面,为保证测量仪运动的稳定性,优化了运动控制方案和运动速度；另一方面,考虑到操作便利性和效率,增加了示教功能以便快速地寻找到系统上次所调整的位置。同时,借助激光干涉仪,对测量仪的运动平台进行误差的分析和补偿,实验结果表明补偿后的运动平台精度可以满足基于硬件的图像拼接要求。以大尺寸工件为对象,试验表明系统采用基于硬件拼接比基于算法拼接在效率上提高50%～75%以上。在光源控制上,本文阐述了如何评价一幅图像质量的好坏,通过对图像评价函数综合的分析和比较,系统采用灰度共生矩阵来评价图像质量,并根据评价结果调整光源。由于外部光线变化、待测工件的材质和颜色的不同,每一个工件的合适光源设定值都不一样。另外,光源有四路通道,重新调整光源值不仅需要大量的时间,而且在实际应用中也是不可行的。为实现调整,借助大量的实验来获取经验值,并存入数据库。当新的工件需要调整光源值时,系统自动寻找与之特征最相似工件所对应的光源值来进行设置,从而节省了大量的调整时间。文章最后介绍了在系统在使用中受到的干扰,并对干扰的原因进行分析,着重分析了由于运动模糊所产生的干扰,通过图像复原的理论和相关算法使得图像在原有的情况下进行复原,最后通过灰度共生矩阵来评价,效果显著。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 测量概述
• 1.1.2 视觉测量的优势
• 1.2 非接触式测量技术研究概述
• 1.2.1 机器视觉产生
• 1.2.2 视觉测量研究现状
• 1.2.3 视觉测量的发展趋势
• 1.2.4 视觉测量的应用案例
• 1.3 课题研究内容和意义
• 1.3.1 课题研究的目的
• 1.3.2 课题研究意义
• 1.3.3 课题研究的内容
• 第二章 影像测量仪功能部件的总体设计
• 2.1 需求分析
• 2.1.1 课题设计目标
• 2.1.2 功能需求分析
• 2.2 系统硬件总体设计
• 2.2.1 运动控制系统设计
• 2.3 照明系统设计
• 2.3.1 光源控制板
• 2.3.2 工业相机
• 2.3.3 镜头
• 2.4 本章小结
• 第三章 运动控制优化和误差补偿
• 3.1 运动控制的优化
• 3.1.1 影像测量仪运动控制系统介绍
• 3.1.2 现有运动控制的优化
• 3.2 定位误差的补偿
• 3.2.1 定位误差来源分析
• 3.2.2 误差补偿方法
• 3.3 图像的机械拼接
• 3.3.1 图像拼接的概述
• 3.3.2 图像拼接的基本原理
• 3.3.3 常用的拼接方法
• 3.3.4 基于硬件的图像拼接
• 3.3.5 实验数据分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 照明环境设计及光源调整方法研究
• 4.1 照明系统的设计
• 4.1.1 光的特性
• 4.1.2 光源的选择
• 4.2 光源控制硬件设计
• 4.2.1 硬件总体设计
• 4.3 光源控制方法研究
• 4.3.1 图像评价方法
• 4.3.3 实验
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统图像复原技术的研究
• 5.1 干扰源的分析
• 5.1.1 运动模糊
• 5.1.2 空气干扰
• 5.2 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文