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镁合金焊接过程熔滴运动图像处理算法研究

汪衍广  
【摘要】:对熔滴过渡行为的研究一直是焊接过程控制的重点,本文将机器视觉和图像处理技术应用到熔滴行为的研究中,对改良焊接控制方法,提高焊接质量有着重要意义。以镁合金双弧焊接过程为研究对象,针对其光谱的特点,首先设计了一套基于被动视觉的复合滤光系统,并结合CCD摄像机、PC机、图像采集卡、镁合金双弧焊接系统及滤光减光系统搭建了本实验的图像采集系统,利用该系统采集到原始的熔滴图像。为解决拍摄到的熔滴带有一定的运动模糊的问题,本文提出了一种基于PSF参数估计和维纳滤波结合的熔滴图像恢复算法,利用傅里叶频谱图和微分自相关运算求得熔滴运动模糊图像的点扩散函数,然后基于该结果再利用维纳滤波进行恢复处理。其次,针对运动模糊图像恢复的结果,先用中值滤波对其进行降噪滤波处理,然后利用直方图均衡法做灰度变换,得到合适的灰度分布图像。接着利用最大方差阈值法来确定阈值,对图像做阈值分割处理,得到二值化的图像。采用形态学方法对其先进行图像拟合处理,最后利用Canny边缘检测算子提取到了清晰的熔滴边缘轮廓。熔滴边缘轮廓的获取为后续研究熔滴的尺寸,改善焊接工艺奠定了基础。此外,为了对焊接视频中的运动熔滴进行识别与跟踪,针对其为灰度图像,且背景单一的特点,设计了一种基于帧差法和Mean-shift结合的算法。首先利用帧差法对视频图像的前两帧进行差分处理,从背景图像中识别出运动的熔滴并进行框取,解决了Mean-shift法需要在起始帧手动框取目标的问题。然后结合基于灰度直方图的Mean-shift算法,从而实现了对运动熔滴的自动识别及跟踪,为研究熔滴过渡的行为和焊接过程控制奠定了基础。


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