基于机器视觉的换向器表面质量自动化检测方法研究

毕业论文题目：基于机器视觉的换向器表面质量（麻点）自动化检测方法研究作者：MLP毕业届期：2011届指导老师：院系：交通与工程系专业：交通运输2011年5月15日1目录摘要...................................................................2第一章绪论............................................................31.1选题目的及意义..................................................31.2实验方案........................................................31.3文章内容结构....................................................4第二章数字化图像基础..................................................62.1图像的数学模型.................................................62.2彩色图像.......................................................72.2.1加权平均法................................................72.3灰度图像.......................................................72.3.1灰度直方图................................................82.4二值图像.......................................................92.4.1灰度图像二值化............................................92.5本章小结......................................................10第三章霍夫变换.......................................................113.1霍夫变换基本原理...............................................113.2极坐标形式表示霍夫变换.......................................133.3霍夫变换原理的应用方法........................................153.3.1算法原理.................................................153.4总结..........................................................17第四章图像采集及几何校正.............................................184.1图像采集.......................................................184.2图像的几何校正................................................184.2.1图像几何校正基础知识.....................................194.2.2图像的旋转校正...........................................194.2.3图像的裁剪...............................................224.3本章总结......................................................23第五章图像的分割.....................................................245.1基于阈值的图像分割.............................................245.2连通域标记及面积计算..........................................255.3本章小结......................................................26第六章图像的边缘检测与实验结果.......................................276.1换向片边缘检测与标记...........................................276.2检测结果计算..................................................296.2.1图像单位距离计算.........................................296.2.2麻点实际面积计算.........................................296.3本章小结......................................................30第七章结论..........................................................317.1本论文所取得的成果.............................................317.2展望...........................................................31参考文献..............................................................33致谢..................................................................34附录..................................................................352基于机器视觉的换向器表面质量（麻点）自动化检测方法研究摘要换向片作为直流电机的关键部件，其表面质量好坏直接影响到电机的运行性能。换向片表面麻点的存在，会使电刷和换向器的接触稳定性受到破坏，加大电刷与换向器接触面火花和电弧产生的倾向，严重影响电机运行的稳定性和使用寿命。然而目前国内对换向片表面质量的检测依旧停留在人工检测阶段，技术落后，效率低，工作强度大。根据权威期刊数据库检索结果可知，国内尚无此方面的研究成果。论文将机器视觉技术应用于换向片表面质量的检测，通过计算换向片表面麻点面积来实现。采用基于阈值的图像分割技术提取出麻点图像，对其进行标记和连通域面积计算；针对换向片的边缘轮廓形状特征，应用上边缘检测和霍夫变换方法，标记换向片上下边缘并计算两条边缘线间距离，然后依据其实际距离可推算出麻点面积。论文首次应用了机器视觉技术来检测换向片表面质量。用matlab语言进行编程实验，仿真结果良好，表明文中提出的方法是有效可行的。不但成功地解决了换向器表面质量的检测问题，同时对其他产品上同类问题的解决具有一定的借鉴意义。关键词：换向器表面质量边缘检测阈值分割麻点霍夫变换3第一章绪论1.1选题目的及意义换向片作为直流电机的关键部件，其状态好坏直接影响到电机的运行性能。换向片对电机性能的影响主要取决于在一定条件下相对电刷高速滑动时的电接触行为。在电刷和换向器的接触面上，如果能够实现均匀、平滑的接触，就能实现平稳换向；但因表面麻点的存在，电刷和换向器的接触稳定性受到破坏，加大电刷与换向器接触面火花和电弧产生的倾向，严重影响电机运行的稳定性和使用寿命。所以不论是电机的生产还是使用中，换向片质量的检测都是很关键的。特别是对一些交通工具的原动机而言，这一点显得尤为重要。而目前对电机换向片表面质量的检测以人为定期检测为主，技术落后，效率低，工作强度大。根据权威期刊数据库检索结果可知，国内尚无此方面的研究成果。所以本文将机器视觉检测方法用于换向片表面麻点的检测。利用机器视觉进行检测不仅可以排除主观因素的干扰，降低劳动强度，提高生产效率，对这些指标进行定量描述，对缺陷的形态、类型进行鉴别和统计，具有人工检测所无法比拟的优越性]8[。1.2实验方案1）用照相机或是其他设备采集图像，将电机换向器表面信息以数码照片的形式传递给计算机。2）对图像进行初步判断分析，挑选质量较高，可以反映换向器实际情况的照片进行灰度处理。3）对图片进行裁剪，滤除图像背景等不必要的干扰信息，以减少图像处理的难度。4）根据图像灰度直方图，选择合理的阈值进行二值化，提取出麻点图像，并对其进行标记和连通域面积计算。5）选择合理的阈值进行二值化，得到换向片边缘分割图像，应用上边缘检测和霍夫变换方法标记其上下边缘线，并计算上下边缘线间的距离。6）根据连通域面积和换向片上下边实际宽度换算出麻点面积。4实验流程如图1-1所示。以上各过程均已在matlab7.6.0环境中进行仿真，得到了比较好的效果，仿真结果表明该方法是有效可行的。1.3文章内容结构第一章介绍了本文的选题背景、目的及意义，概述了本文的主要内容及结构，对文章中所涉及到的实验进行介绍。第二章对数字图像处理技术作了全面概述，介绍了数字图像处理的概念和发展，对数字图像的各种基础知识、基础概念进行了讲解。第三章对霍夫变换数学原理进行了详细讲解。第四章以图像的几何校正为主，对实验中的所涉及到的图片裁剪、旋转的基本原理进行讲解，是图像后续处理的基础。第五章采用基于阈值的图像分割方法对换向片麻点图像进行提取。通过实验了解了在基于阈值的图像分割中，阈值的选取对分割结果的影响。第六章用上边缘检测和霍夫变换方法，标记出了换向片边缘信息，并由此结合换向片的实际宽度，求解出了麻点的实际面积大小。第七章对全文作了总结，提出了文中采用方法的存在的问题和需改进之处。5图1-1实验流程6第二章数字化图像基础数字图像处理的英文名称是“DigitalImageProcessing”。所谓数字图像处理就是利用计算机或者其数字硬件，对从图像信息转换得来的电信号进行某些数学运算，以提高图像的实用性。数字图像处理技术处理精度比较高，而且还可以通过改进处理软件来优化处理效果。它是在遥感和生物医学图片分析两项应用技术基础上开拓出来的新领域。这项技术最早出现于50年代，当时的数字计算机己经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和图像信息。70年代末以来，由于数字技术和微机技术的迅猛发展，给图像处理提供了先进的技术手段，图像处理技术也就由信息处理、自动控制系统理论、计算机科学、数据通信、电视技术等学科中脱颖而出，成长为旨在研究图像信息的获取、传输、存储、变换、显示、理解与综合利用的一门崭新学科问。随着图像处理技术基本理论的发展，具有数据量大、运算速度快、算法严密、可靠性强、集成度高、智能性强等特点的各种图文系统在国民经济各部门得到广泛的应用，并在逐渐深入社会的各个方面]2[。2.1图像的数学模型在计算机中，图像像素的灰度值用整数表示,如图，一副M*N个像素的数字图像，其像素灰度值可以用M行、N列的矩阵F（i,j）表示]5[：),(jifMNMMNNfffffffff..................212222111211图2-1这样，就可以直接对图像矩阵进行数学运算，来实现数字图像的处理。72.2彩色图像自然界常见的光，都可由红（R）、绿（G）、蓝（B）三种颜色的光按不同的比例相配而成，这