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基于机器视觉的薄型零件的分类.doc

发布时间：2022-06-15 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.60M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    修改完善论文
    论文定稿 。
    华中科技大学本科生毕业论文开题报告 华中科技大学 本科生毕业设计（论文）开题报告 题 目：薄型零件分类及计数软件设计 学 姓 号 名 U201016212 邓雄峰 指 导 教 师 吴裕斌（副教授） 院（系）专业 光电学院 华中科技大学教务处制
    华中科技大学本科生毕业论文开题报告 一． 课题的来源、目的、意义以及国内外基本研究情况 1.1 课题的来源、目的、意义 在工业生产制造中，无论是大型还是小型机械，都少不了对薄型零件的需求。然而在众 多的薄型零件中，每种的型号以及作用都会有所区别。如果每次都要人为的用眼睛和手去区 分，然后用手一个一个的去数，既浪费时间，又容易出错。为了找到一个用机器视觉为基础 技术，加以图像处理的方法来实现薄型零件的分类以及计数，从而有了我这个课题的诞生。 利用机器视觉的原理，加以图像处理的手段，让繁琐的人工分类，变为用机器快速高效 的分类。制造企业要在当前竟争激烈的严苛环境中求得生存，必须提高企业自身的获利能力。 要提高企业的获利能力，达成最有竞争力的效率、品质、交期、成本和顾客满意度，必须拥 有科学高效的方法与技术。制造技术的进步和人们消费观念的变化是的产品个性化明显，大 批量生产的产品也来越少。与普通产品相比而言，某些产品更具有结构复杂、零部件众多、 加工及装配工艺精度要求高、批量小等显著特点，也对工艺规划的制定、生产组织和作业排 程等提出了严峻挑战。所以通过机器视觉技术，对薄型零件进行准确高效的分类，大大强了 企业的生产效率，提高企业的生存力和竞争力。 在产品开发及制定工艺规划时，利用图像处理技术，可以充分、快速、自动和有效地利 用已有类似件的工艺信息，快速分类各种零件，大大加大开发速度，也有利于形成标准化的 制造工艺库，有效的提高产品的设计和制造工艺的标准化水平，缩短产品准备周期，较低新 产品的技术准备费用，保证新品的开发质量。 1.2 国内外机器视觉技术研究现状 自从 20 世纪 70 年代末，Marr 提出他的视觉计算理论以来，其观点逐步为大多数机 器视觉研究者所接受，并成为这一领域的主导思想。30 年来，在马尔的理论框架下，机器 视觉取得了一大批成果，诸如立体视觉中外极线的约束，运动分析中光流的基本方法及其后 的改进等。另外，也包括数据结构和算法层次上的各种算法，还包括在硬件实施方面一些试 验系统，特别是在早期视觉方面。目前许多视觉专家都是在 Marr 创立的视觉计算理论框架 下求索。Marr 教授认为，视觉可分为三个阶段
    华中科技大学本科生毕业论文开题报告 第一阶段是早期视觉(Early Vision)，其目的是抽取观察者周围景物表面的物理特性， 如距离、表面方向、材料特性(反射、颜色、纹理)等，具体来说包括边缘检测、双目立体匹 配、由阴影确定形状、由纹理确定形状、光流计算等； 第二阶段是二维半简图或本征图像(Intrinsic Image)，它是在以观察者为中心的坐标系 中描述表面的各种特性，根据这些描述可以重建物体边界、按表面和体积分割景物，但在以 观察者为中心的坐标系中只能得到可见表面的描述，得不到遮挡表面的描述，故称二维半简 图； 第三阶段是三维模型、视觉信息处理的最后一个层次，是用二维半简图中得到的表面信 息建立适用于视觉识别的三维形状描述，这个描述应该与观察者的视角无关，也就是在以物 体为中心的坐标系中，以各种符号关系和几何结构描述物体的三维结构和空间关系。 马尔视觉计算理论具有以下特点 (1)比较系统地和普遍性地揭示了用二维图像恢复三维物体形态的可能性和基本方法； (2)突出了通用性，特别是早、中期视觉； (3)突出了定量地恢复物体的形状和位置，使相应的视觉问题变得非常复杂和困难； (4)在信息传输路线上是单向的，没有反馈回路。在生物视觉系统中，发现了有许多从高 层次传送信息的神经纤维，甚至视网膜上也有许多来自中枢的神经，给予支配信息。虽然上 述反馈神经的确切作用尚不明确，但是可以证明，视觉系统应该有反馈存在； (5)计算理论框架固定，与识别功能是从系统进化和个体学习而得到的情况不符合。 面对马尔视觉计算理论的困惑，人们对机器视觉的实现曾产生过份的悲观和失望，如 1986 年在法国召开的第 8 届国际模式识别会议上，Parlolis 认为，图像处理领域最近 15 年进展不大。他提出了不同于马尔的视觉计算模型，诸如，有目的的视觉、面向任务的视觉、 主动视觉、定时视觉等。1990 年在美国召开的第 10 届模式识别会议上，J.Atoi monos(英 国马里兰大学)提出了有目的的、定性的主动视觉。他说，机器视觉比人的视觉能力相差甚 远，主要原因是
    华中科技大学本科生毕业论文开题报告 (1)抽取有用的视觉信息涉及太多的计算； (2)计算的稳定性、可靠性太差； (3)视觉系统在恢复客观世界时包含了许多不必要的东西。定性主动视觉回答的都是一些 主要题，有目的，且稳健。 Jain 和 Binford 认为，现在机器视觉所应用的研究方法不对，知识利用不够(无知)， 没有充分考虑时空约束(短视)和缺少实验分析和验证(天真)。Atoimonos 和 Aesenfeld 则 认为，以马尔视觉计算理论为代表的理论将视觉规定为由场景的图像精确地获得三维几何机 器视觉来说太高了，是不必要的，计算也太复杂，求解太困难，而这些定量计算没有必要， 可用定性视觉来代替定量视觉。所有这些，最主要的是强调结合具体对象引入知识的重要性， 他们认为：任何一个视觉感知系统，都依赖于各种形式的知识，无论是生物还是机器感知系 统，其目的都是为了构造现实世界的模型，并用这个模型与物理世界发生相互作用。在构造 一个个模型的过程中，系统要用到物理知识、传感知识和该系统应用领域中的一般知识等。 二．预计目标，关键理论，技术指标，完成方案，主要措施。 2.1 预期达到的目标 基于机器视觉的零件自动识别与分类是构建柔性生产线的关键技术之一。本课题利用数 字图像处理与分析的基本理论和方法，对具有明显特征的薄型零件进行自动分类。课题要求 针对灰度图像选取适当的二值化阈值，编写软件实现图像二值化、零件分割、零件特征提取， 以及对不同类型零件的快速统计计数。 2.2 关键理论 图像二值化处理 matlab 实现径向变换 2.2.1 图像的获取 机器视觉系统的图像获取是利用照相机进行拍照，获取图像以待后续处理。 2.2.2 图像的预处理
    华中科技大学本科生毕业论文开题报告 图像二值化 首先对各种零件的照片进行二值化处理，使之成为二值化图像。因为使根据零件图像的 形状进行分类，所以将照片变为二值化图像，不会影响图像的形状特性。而且二值化图像便 于后续处理。 简述一下二值化处理，一幅图像包括目标物体、背景还有噪声，要想从多值的数字图像 中直接提取出目标物体，最常用的方法就是设定一个阈值 T，用 T 将图像的数据分成两部分： 大于 T 的像素群和小于 T 的像素群。大于 T 的像素值设置为白色，小于 T 的像素值设置为黑 色，因此，图像变成了只有黑白两种颜色的二值化图像。这是研究灰度变换的最特殊的方法， 称为图像的二值化。 如下图，便是经过二值化处理后的照片的二值化图像。
    华中科技大学本科生毕业论文开题报告 2.3 技术指标和功能要求 能够准确的区分上图中的三种不同的零件，并且能够统计照片中各种不同零件的数目。 使设计的程序尽量简短，算法精确度较高，并且适应各种天气情况，消除噪声影响。 2.4 课题方案和主要措施 1. 图片的采集； 2. 图像预处理，包括图像的二值化以及滤波； 3. 径向变换得到展开图； 4. 图形分类和计数； 5. 误差分析与模型改善； 6. 最终结果显示。 基于机器视觉的零件自动识别与分类是构建柔性生产线的关键技术之一。本课题利用 数字图像处理与分析的基本理论和方法，对具有明显特征的薄型零件进行自动分类。课题要 求针对灰度图像选取适当的二值化阈值，编写软件实现图像二值化、零件分割、零件特征提 取，以及对不同类型零件的快速统计计数。 在预处理时已经实现了图像的二值化，然后现在直接开始后续操作。其中的核心技术 是利用 matlab 对图像进行径向变换，径向变换的结果是将上述的图形展开，如此可以得到 有很容易区分的特性的展开图。如圆环型的零件展开后是上下两条线段。而六边形的零件展 开后下面是直线段，上面是起伏的三角波。另外一种齿轮状的零件展开后下面是直线段，而 上面是很多的梯形小方块。而这种不同的展开图是很容被区分的，如此就可以实现对这些薄 型零件的区分。 从上述的三种零件的展开图分析，因为下面的线条都是直线段，所以只考虑上面的线 条。可以看出，圆环型零件的展开图是一条直线段，六边形的零件展开图是三角波，齿轮状 零件的展开图可近视看作为方波。
    华中科技大学本科生毕业论文开题报告 然后用单片机编程实现软件区分和计数。直线段，三角波和方波的区分是很容易的。 可以首先采用 AD 采样，直线段的电压是恒定的；三角波的电压是连续递进的，一个上升沿， 一个下降沿；而方波的电压只有两个，是跳变的，因为上升沿和下降沿的速度很快，可以忽 略。所以根据采样后电压的明显不同可以将三种波形区分开来，也就是将三种零件区分开来。 然后利用单片机的计数器编写计数程序，将三种不同零件分别计数。下面实现同种类 型的零件的计数。首先对上面区分出的三种零件进行编码归类，有以下若干种方法可供选择 1） 特征码位法 特征码位法是指从零件整个分类编码中选择和划分出结构相似或工艺相似零件中密切 有关的部分代码作为分组的依据，凡零件编码中相应码位的代码相同则归类于一组。 2） 码域法 码域法是指规定每一码位的码域，凡零件编码中的每一位值均在规定码域内，则归类为 一组零件。 3） 特征位码域法 特征位码域法是以上两种方法的综合，是指确定一些码位为特征码位，其余码位具有码 域，这样既考虑到了零件分类的主要特征，同时又适当放宽了相似性的要求。本文所介绍的 编码系统采用特征位码域法对零件进行编码分类。针对不同零件族零件的结构工艺特点，确 定相关码位作为特征码位，其余码位设定相应码域对零件进行辅助分类标志。下节将对各零 件族及零件组的特征位及码域矩阵进行确定。 误差分析和模型改善 本方案的主要误差来自滤镜变换之后，通过图像识别将零件的图片分为 3 类的过程。 因为有些图像于图像之间的区别并不是很明显，可能会出现分类错误。所以需要对算法的精 确读进行改善。
    华中科技大学本科生毕业论文开题报告 三．课题研究进展计划 7.9-8.24： 选题为薄型零件的分类与计数软件设计、开题、学习Matlab 软件和 数字图像处理的基本理论； 译文翻译，选择了两篇关于图像处理方向的期刊 学习数字图像处理和分析的基本理论知识； 编写程序，实现基本的图像处理、图像分析功能； 撰写论文初稿（含课题总体方案、设计过程描述、实验调试结果）
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