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基于数学形态学的木质材料实时无损检测研究

孔超  
【摘要】:我国人口众多,资源相对匮乏,环境承载能力较弱。当前,我国的森林资源可采蓄积量的锐减和国民经济快速发展的迫切需要仍存在着相当大的矛盾。保护现有的森林资源,科学而充分地利用木材成为解决这一矛盾的重要途径。因此,寻求一种更加科学的对木质材料无损检测的方法,在制材前达到对木材形状、规格、缺陷的精确识别,以提高木材使用率、降低生产成本、提高经济效益、节约森林资源,这有着重要的科学研究价值和重大的现实意义。 本研究的目的是建立一个对木质材料缺陷能够进行实时在线无损检测系统,并将优化的数字图像处理技术应用于木质材料缺陷图像处理中,从而提高检测精度。从国内外无损检测技术的发展现状出发,对目前国内外木材缺陷无损检测的现状和发展趋势进行分析和比较,阐述各种检测方法的优势和局限性,并根据现有的实验条件选择X射线检测法作为对木质材料缺陷无损检测的技术手段。为了提高木质材料缺陷的识别准确率,应用数字图像处理技术,对数学形态学算子加以改进,应用到木质材料实时成像无损检测系统中。 在对原有木材X射线检测系统进行深入分析的基础上,建立一个能够对木质材料缺陷实现实时成像无损检测的硬件系统,并在实验中证实该系统的稳定性和可行性。该硬件系统通过对高频高压多焦点X射线机、图像增强器的使用,以及对水平移动检测平台、旋转检测平台、机械臂等装置的设计,实现对木质材料的连续、实时、在线检测,同时提高设备的检测尺寸和范围,并实现对木质材料的多角度多角度检测,提高成像质量和检测精度。在硬件系统中使用了三窗口控制台,实现对电路和机械装置的统一控制,节省人力和操作时间。为了减少射线的放射危害,对实验环境进行优化设计和改造,增强防护效果。 选用先进的MATROX图像采集卡作为计算机采集木质材料射线图像的硬件设备,开发能适应于普通PC机在Windows环境下使用的木质材料缺陷实时成像无损检测系统图像处理软件工作平台。该软件能实现对木质材料X射线图像的动态采集和静态采集,为板材质量鉴定及原木的缺陷检测提供一种新的无损检测方法。 为了增加图像识别的准确度、获得更加清晰的木质材料X射线图像,使用直方图均衡化和规定化处理,使图像对比度增强;使用均值滤波法和中值滤波法对木质材料射线图像进行抑制噪声处理;使用微分算子、拉普拉斯高斯算子和Canny算子对木质材料射线图像进行边缘检测。通过对木质材料X射线图像的预处理,为进一步使用数学形态学方法进行图像分析奠定基础。 从数学形态学的基本理论和算法出发,提出多尺度自适应权值形态学算子边缘检测法,并将该方法应用于木质材料X射线图像的缺陷识别当中。通过实验分析可以看到,相比于传统的边缘检测算法,多尺度自适应权值形态算子在木质材料图像边缘检测中具有检测精确、识别度高的特点。 本研究通过建立木质材料实时成像无损检测硬件系统和木质材料实时成像图像处理软件系统,并使用改进的多尺度自适应权值形态算子对木质材料射线图像进行边缘检测,既实现了实时在线检测,又提高了图像缺陷检测的精度,在板材质量鉴定和原木缺陷检测领域具有广泛的应用价值。


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