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《东南大学》 2005年 博士论文
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颗粒粒径和形态计算机视觉测量方法研究

孔明  
【摘要】: 颗粒作为物质存在的一种表现形式,颗粒技术已经渗透到能源,环境,化工,航天,生物学等领域的生产,科研的许多部门。颗粒的粒度和形状是颗粒的重要指标,颗粒特性和形态的测量对颗粒的技术性能和实际应用具有重大的影响。目前对颗粒的测量大多数是采用间接的方法,其测量结果因为测量方法的差异,测量所得到的颗粒粒度和形态因为测量原理的不同存在较大的差异。本文主要论述基于计算机视觉的颗粒形态的检测理论和技术,通过对颗粒表面进行恢复,得到单个颗粒的粒径和形状参数,此方法是一种比较直接的测量方法,能获得准确的颗粒粒径并能获得大量的颗粒结构信息。 本文研究了显微镜连接的摄像机对颗粒进行成像重建,根据显微镜轴向工作性质,提出了单目显微镜颗粒测量的共轴立体视觉模型对颗粒形状进行重建,深入研究了共轴立体视觉模型的等高分割特性。在小孔成像模型的基础上,发展了带有非线性畸变的小孔成像模型,减低了由于实际摄像机和显微镜镜头本身带来的误差同时利用理想小孔模型情况下共轴立体视觉模型的等高特性,对此模型的非线性畸变进行了标定。另外采用多重约束的方法对特征点进行匹配,提高匹配的准确率。 在颗粒粒径和形状分析方面,在颗粒三维重建的基础上,本文研究了八叉树方式对颗粒进行表示,利用模糊数学对颗粒进行识别,把颗粒按形状分类;提取单个颗粒的多种粒径(体积直径,表面积直径,投影直径),并利用众多颗粒的粒径对颗粒群的整体粒径分布状况进行了统计分析,同时提取了颗粒群的形状信息(圆球度,比表面积)。另外以此方法颗粒测量结果构造显微成像法颗粒测量结果,结果表明,采用此方法对颗粒进行测量,能得到较多的颗粒信息,能通过该方法的结果构造其他测量方法对颗粒测量的结果。 此外,本文利用计算机视觉和摄像机景深原理相结合的方法对颗粒在三维空间中的运动状态进行了跟踪,此方法在对颗粒在三维场中三个坐标方向上的平移进行跟踪的同时也跟踪颗粒的自转,能完整的对颗粒的运动状况进行跟踪。 最后,本文把计算机视觉应用于煤场煤量测量上,并对计算机视觉布局与测量精度之间的关系进行了分析,利用分析结果知道系统布局,并利用实验对此测量系统进行了验证。


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