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弱透光环境下微构件机器视觉检测关键技术研究

邵泉钢  
【摘要】:为实现微操纵装配过程中微构件的静动态状况的高精度实时监测,推动非接触式微机器视觉检测技术的发展,本文结合国家高科技研究发展计划资助项目《基于超声辐射力的微纳构件三维遥操纵关键技术研究》,以机器视觉、数字图像处理和小波变换等为理论和技术基础,针对微操纵过程中弱透光环境下微构件静动态相关参数的检测,在开展微视觉图像处理技术和微视觉检测系统标定技术研究的基础上,采用基于小波变换的亚像素边缘检测方法和最小外接矩形测量方法,实现了二维图像中微构件的形状尺寸、方位角度及质心位置的精确测量,并结合相位相关技术和光流估计技术,发展了一种多尺度微位移的显微视觉高精度检测技术。同时,还开发了一套双通道微视觉检测系统,以满足微操纵装配应用的需求。具体内容包括: 第一章,综合论述了开展微机器视觉检测技术研究的重要意义,对微机器视觉检测技术的研究现状及其发展趋势进行了系统总结,并在讨论分析现有微机器视觉检测关键技术优缺点的基础上,提出了本论文的研究内容及章节安排。 第二章,在分析弱透光环境下微视觉图像特性的基础上,提出了具有全局和局部特性的SCLAHE图像增强方法和基于多分辨率阈值的非均匀光照微视觉图像实时分割方法,并与传统图像处理方法进行了实验比较,得出了本章所提方法具有更高的精确性和鲁棒性。 第三章,对微机器视觉系统成像原理和畸变特性展开了研究,根据所建的微机器视觉标定模型,提出了基于多项式畸变补偿的DLT微机器视觉系统标定方法,并通过实验验证了本章标定技术的可行性和有效性。 第四章,发展了一种基于小波变换亚像素边缘检测的微构件二维尺寸测量方法和基于任意方位最小外接矩形的微构件角度及质心测量方法,并有机结合相位相关技术和光流估计技术,提出了一种多尺度微位移的显微视觉高精度检测技术。最后开展了计算机仿真和实验研究,证实了本章所提方法能有效协调测量范围和精度之间的矛盾。 第五章,根据前三章提出的微机器视觉检测理论和技术,构建了一套面向超声辐射力微粒子操纵应用的双通道微视觉检测系统,并对检测系统的总体方案及其系统软硬件关键技术进行了设计和开发,通过实验研究证实了所研发技术、系统的可行性和有效性。 最后为论文的结论和展望,对全文的研究内容作了概括总结,并对进一步的研究进行了展望。


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