图象测量及分析系统的研究与实现

【摘要】：不断降价和普及的硬件设备以及在商业、医学、科研等领域稳定涌现出的新的应用，使得图象处理领域一直保持持续发展的势头并将在未来发挥更为重要的作用。图象的在线和高精度的测量分析也越来越广泛的应用于工业的许多领域，而已经商业化的应用系统对特定应用场合有许多的不便和不足，因此，该课题的提出有其必要性和现实的意义。 本论文在一般光学镜头的基础上实现了一种基于面阵CCD摄像机的图象测量及分析系统。该系统能够实现自动对焦采集图象和在线对回转体工件装配间隙进行测量分析的任务。 本论文综合分析了图象处理系统的各个组成部分对整个系统测量分析的精度影响的因素，明确了在已经预先配置好的硬件设计的基础上，通过软件的方法来加以补偿，在硬件设备以及用于对数字图象处理进行处理和定量分析的算法之间建立一个平衡，使系统的整体性能满足任务的需要。 在自动聚焦过程中，论文采用了图象的灰度差分的绝对值之和的平方作为焦距评价函数，解决了是否正确聚焦的快速判断问题；采用了一种行之有效的基于阈值和曲线拟合的自动聚焦搜索方式，使聚焦速度和精度都得到了很大的提高。 论文指出可以充分利用图象卡的功能，采用在内存中多图象平均的方法来有效的消除加性噪声的影响。论文综合分析了在图象分割前各平滑滤波器对图象的影响，明确高斯滤波器可以在保留图象细节和去除噪声间寻求平衡。 论文在分析当前图象分割的现状和趋势的基础上，采用被称为最佳边缘检测算子的Marr算法，使图象分割和边缘提取的准确性得到了很大的提高；利用人机交互辅助的方法来搜索已经检出的稀疏边缘点，并用最小二乘法拟合这些边缘点，使装配间隙宽度的测量的精度和准确性得到了极大的保证。对整个系统采用了长光栅来标定，有效的减少了系统误差。 实验表明该系统具有对焦速度快、范围大、对焦精确，系统精度高、体积小、可扩充性好的特点。聚焦范围可达几十毫米，聚焦时间为5秒钟，重复精度为7。装配间隙宽度测量的精度为几微米。