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《东北大学》 2009年
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图像处理中基于多信息融合的目标定位方法的研究及应用

张达  
【摘要】:在棒材在线计数、中间包钢水液位测量、铸坯表面温度测量等冶金生产过程难测参数视觉检测的实际课题研究中,恶劣环境下待测目标的可靠定位问题一直是图像处理中的技术难题。冶金工业生产环境高温、多尘、剧烈震动、强电磁干扰、复杂背景干扰往往导致冶金生产过程参数视觉检测系统采集的图像中噪声严重、干扰情况复杂、信息大量缺失。其突出问题是,采用单独一种图像处理方法无法准确定位目标而造成冶金生产过程视觉检测系统的测量精度降低,甚至无法实施测量。 本文研究了存在复杂干扰的环境下的冶金生产过程参数检测系统中的目标特征提取问题,具体研究了四种典型形式下的该类问题,即:单源图像中的目标定位、视频流中的目标跟踪、机理模型与图像融合的目标定位、多传感器融合检测中的数据配准及目标定位。在对相关研究的共性进行总结、提炼的基础上,在图像处理中采用基于多信息融合技术的冶金生产过程参数目标定位方法,将待处理数据进行特征提取形成独立特征集合,再将这些特征重新组合、重构成稳定的目标特征,进而实现被测目标的可靠定位。 本文的主要研究内容与创新工作如下: (1)基于多信息融合的单源图像中的隐性目标的定位方法研究 提出了一种将模板匹配与变阈值分割相融合的隐性目标定位方法,分别通过模板来提取目标的灰度分布、形状特征,通过变阈值分割来提取目标的灰度层次特征,进而将这些特征进行多信息融合,使亮度低、形状缺损的待测目标亦可得到稳定的中心特征输出,实现可靠定位。同时,针对冶金视觉参数检测系统在恶劣环境干扰下图像中的严重有色噪声,提出了滑动滤波算法。该方法通过滑动选取滤波输出阈值,实现在过多亮噪声点或暗噪声点的情况下的图像复原。将上述基于多信息融合的隐性目标定位方法应用于基于图像处理的棒材在线计数研究中,克服了采用传统阈值分割等处理方式对于断面氧化发蓝和相互遮挡的隐性棒材目标的多计和漏计问题,实现了在棒材断面亮度衰减比50%,断面遮挡率70%情况下的棒材目标的可靠定位。 (2)基于多信息融合的视频流中快速运动多个相似目标跟踪和帧间定位的研究 针对视频流中的快速运动目标在数量多、帧间位移量过大、相似度高的情况下,帧间匹配失误率过高,跟踪不可靠的问题,提出了一种将投影累积方法与扩展Kalman预测方法(EKF)相融合的视频流中快速运动多个相似目标的跟踪和帧间定位方法。首先通过投影累积实现视频流中的运动目标整体位移量估计,并通过对视频流中的每个独立运动目标建立EKF跟踪链,将整体位移量估计与EKF预估相融合,实现可靠的帧间目标位置预测,再通过后续定位处理进行目标的精确定位及跟踪。该方法应用于基于图像处理的棒材在线计数研究中,较好解决了棒材目标数量大、规格相同、运动速度快且棒材间存在相对运动情况下棒材目标的定位难题,在相邻帧棒材运动偏移量不高于棒材直径1.5倍的情况下跟踪成功率98%。 (3)图像信息与机理模型融合的微弱目标定位研究 本文针对存在复杂噪声及干扰情况下微弱目标被掩盖而无法可靠定位的问题,提出了一种基于图像信息与机理模型融合的微弱目标定位方法,通过机理模型对被测目标的状态进行分析和估计,以建立目标定位特征判据,将该判据与图像数据相融合,从而抑制图像数据中的复杂噪声及干扰形成的伪特征,实现微弱目标的可靠搜索、提取和定位。该方法应用在中间包钢水液位视觉测量研究中,较好解决了保护渣层和钢水层分界面处微弱的温度分布局部梯度峰值在保护渣和噪声干扰下提取困难的问题,保证了中间包钢水液位测量偏差5mm。 (4)异尺度多传感器数据融合中的自适应数据配准研究 针对无外加定位装置条件下异尺度传感器数据的自动配准问题,本文提出了一种基于数据趋势分析的异尺度多源数据的自适应配准方法,实现不同维数的传感器的数据之间的在线配准和自动定位。该方法应用于铸坯表面温度测量研究中,较好解决了红外测温仪在CCD摄像机视野中的测温区域的自动搜索和定位难题,为多传感器融合测温奠定基础。 综上,本文研究内容源自冶金工业现场难题,应用于冶金参数视觉检测实际工程项目,较好解决了在冶金参数视觉检测过程中的复杂干扰下的目标定位不可靠的问题。这些方法不仅适用于冶金参数视觉检测,亦可为其他相关领域的研究提供借鉴和参考,具有普适性和较好的应用前景。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP391.41

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 杨嘉义;基于多传感器数据融合的铸坯表面温度测量系统设计[D];东北大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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