强干扰条件下精密视觉测量技术及应用研究

【摘要】以计算机视觉为基础的测量技术,具有非接触、灵活性强、集成性高等显著优势,在工业测试领域有着广泛的应用前景。在极端恶劣的工业环境中,振动、噪声、水雾、粉尘等干扰都会对视觉测量造成不利影响,稳定性和精度难以保证。当系统长期在恶劣的条件下工作时,上述干扰因素还将造成测量装置性能下降,进一步降低检测精度,甚至造成系统失效,而作为保证系统稳定工作的重要途径——系统维护在恶劣工业环境下难以实施,需尽量减少,现有视觉测量技术难以保证强干扰条件下检测的准确性和长期可靠性。研究能稳定准确应用于强干扰工业条件下的视觉测量技术是一项具有实际意义和挑战性的工作。本文在国家科技重大专项“两万吨难变形合金卧式挤压机”(项目号：2009ZX04005-031)、西南铝业集团技术改造项目“125MN挤压机技术改造”及航空航天九院国营江北机械厂预研项目“基于机器视觉的柔性接头摆心测试系统”支持下,采用理论分析和实验研究相结合的方法从特征提取、图像增强、精度校准及数据处理四方面入手,对强干扰条件下精密视觉测量技术进行了较系统和深入的研究,并集成上述研究成果,实现了实际工业测量系统的软、硬件设计和完善。论文的主要工作和创新成果可归纳如下：1.结合工业环境的特点,较系统的分析了常用的图像分割算法及圆特征提取算法的适用范围、优势和局限。提出了一种基于区域和边缘准确定位的圆特征精确提取方法。该方法以在干扰条件下表现优良的Canny边缘检测器、Hough变换和和曲线拟合特征提取技术为基础,可在较强干扰条件下快速实现较高的特征提取精度,还可用于复杂背景下多特征检测。2.讨论了常见噪声抑制及图像增强方法的优势及局限。针对极端恶劣条件下极低质量检测图像最普遍存在的问题,结合距离变换和连通分量分析理论,提出了一种应用像素邻接特性分析的激光边缘图像修复方法。该方法仅通过对同一张标号图像的分析即可实现同时存在大断裂和大噪声的极低质量工业检测图像边缘有效修复,引入的中心定位误差稳定的保持在较低的水平,对以圆(椭圆)为检测特征的测量系统具有普适性。3.分析了透视原理下检测系统线性及引入非线性畸变的成像模型,在现有方法基础上,针对工业在线检测的特点和要求,提出了一种应用直线畸变方程的工业测量系统精度校准及精度维护方法。该方法改传统基于优化迭代求解系统参数过程为数据拟合式,降低了对环境噪声的敏感程度；校准过程分图像畸变校正和位置误差校正两步,对特征点的布置方式进行了优化,过程简便。给出了新方法的主动视觉实施实例,测试表明,该方法精度较高且易于实施,为用于工业在线监测的测量装置精度校准及精度维护提供了一种有效的解决方案。4.为进一步提高视觉测量系统在工业检测中的性能,分析基于贝叶斯理论的一系列滤波方法,结合工业在线检测的特点,讨论了各自的优势和局限,选择Sage-Husa自适应Kalman滤波及其改进算法作为研究重点,提出了Sage-Husa自适应滤波算法在测量系统误差抑制和特征提取两个层面上的应用。5.将本文的部分研究成果作为系统升级应用到了125MN挤压机活动部件中心在线监测系统中；集成上述研究成果及电子测量技术最新进展,提出了大型挤压机活动部件五自由度监测系统方案和基于机器视觉的柔性接头摆心测试方案,并对柔性接头摆心测试方案进行了现场测试。
【作者】王宪；
【导师】谭建平；
【作者基本信息】中南大学，机械工程，2013，博士
【关键词】在线监测；强干扰条件；视觉测量；特征提取；图像增强；自适应滤波；

【参考文献】
[1]韩煦.自我评价对非英语专业大学生听力的影响[D].沈阳师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[2]余青,吴必虎,殷平,童碧沙,廉华.中国城市节事活动的开发与管理[J].地理研究,2004,06:845-855.
[3]孙焱煜.韩国中学汉语课堂协力教学现状考察报告[D].黑龙江大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[4]程婉璐.著作追续权制度探析[D].宁波大学,法律,2014,硕士.
[5]李丹.基于遗传算法的城市轨道交通列车节能操纵方法研究[D].北京交通大学,2014.
[6]魏艳艳.基于幅值谱和神经网络的交通标志识别算法的研究[D].西安电子科技大学,计算机应用技术,2011,硕士.
[7]黄喆婵.纳米羟基磷灰石/丝素蛋白/细菌纤维素复合支架材料的制备与评价[D].华中科技大学,生物材料与组织工程,2013,硕士.
[8]任兴权.近代控制理论在电力拖动系统中的应用[J].冶金自动化,1985,04:33-39+64.
[9]陈鹏.基于Internet的CRM解决方案与实施测评研究[D].南京理工大学,2003.
[10]杨长春.永福窑文化渊源初探[D].湖南师范大学,中国古代史,2014,硕士.
[11]马永坤.珠江口盆地流花油田碳酸盐储层成岩作用和次生孔隙成因研究[D].成都理工大学,地质学,2013,硕士.
[12]郑文军.船用高速柴油主机推进控制系统的研究与设计[D].大连海事大学,船舶与海洋工程,2013,硕士.
[13]李希海.交通违章信息管理系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[14]李兵.电力建设工程管理公司合同管理控制制度的建立[D].吉林大学,工商管理,2004,硕士.
[15]刘成.表面效应对平面P波在半圆柱形纳米缺陷上散射的影响[D].兰州理工大学,应用数学,2013,硕士.
[16]徐飞.城镇化与农村现代化的互动发展研究[D].山东财经大学,区域经济学,2014,硕士.
[17]王建强.大吨位桥式起重机结构参数化三维设计与性能分析[D].太原科技大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[18]涂琛.论延迟退休年龄的效应及政策取向[D].江西财经大学,社会保障,2013,硕士.
[19]金慧慧.景区发展对当地居民的影响调查研究[D].西北师范大学,旅游管理（专业学位）,2013,硕士.
[20]温晓飒.慢性睡眠剥夺对大鼠前额皮质多巴胺D_1受体信号通路的影响[D].第二军医大学,航空、航天与航海医学,2013,硕士.
[21]张太莲.微分求积法在一类时间分数阶微分方程中的应用[D].华南理工大学,计算数学,2014,硕士.
[22]记者邹仪通讯员刘大志.永州经开区加快培育5大产业[N].湖南日报,2014-07-01007.
[23]龚道静.论公民的监督权[D].甘肃政法学院,法律,2012,硕士.
[24]戴杰.我国商业银行中间业务的发展研究[D].苏州大学,金融工程（专业学位）,2014,硕士.
[25]陈玮.杭州滨江科技新城的产业发展与空间规划研究[D].浙江大学,建筑与土木工程,2003,硕士.
[26]王鑫,顾建新.7P营销理论与学科服务推广——以研究型高校图书馆为例[J].新世纪图书馆,2015,02:28-32.
[27]李岱安.我国铁路路网成本与定价问题的研究[D].北京交通大学,2006.
[28]刘海龙,仲黎明,吴冲锋.开放式基金流动性风险的最优控制[J].控制与决策,2003,02:217-220.
[29]崔舒雯.山西省运城市经济适用住房价格问题研究[D].山西财经大学,社会保障,2014,硕士.
[30]赵爽,高倩,谯述容.川西DY地区三叠系须家河组二段地震相分析与沉积相预测[J].石油地球物理勘探,2009,03:341-346+386+254.
[31]刘晓.黑泥湾海域沉降颗粒物通量及其影响因子研究[D].中国科学院研究生院（海洋研究所）,环境科学,2012,博士.
[32]马莉.《弟子规》的德育文化价值及特点[D].山西师范大学,教育史,2014,硕士.
[33]刘荣来.实体模型标注信息管理方法的研究[D].杭州电子科技大学,机械工程,2014,硕士.
[34]彭涛.GIS视景仿真系统设计与实现[D].大连理工大学,软件与理论,2004,硕士.
[35]陈东俞.JST公司产品竞争力提升策略研究[D].西北大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[36]程玉芹.上层建筑吊装工艺研究[D].江苏科技大学,船舶与海洋结构物设计制造,2013,硕士.
[37]崔广恩.运动休闲空间的植物景观设计研究[D].东北农业大学,园林植物与观赏园艺,2013,硕士.
[38]代双河,田兵,韩宇春.基质孔隙型碳酸盐岩储层预测技术及应用[J].石油地球物理勘探,2006,06:681-686+611-612+725.
[39]游丽华,李晓敏,王迎新,蔡国林,陆健.利用蛋白质组学技术建立澳大利亚啤酒大麦醇溶蛋白标准图谱[J].食品工业科技.
[40]罗崇光,邹忠.基于数据仓库的网络监控系统的设计与实现[J].湖南大众传媒职业技术学院学报,2005,04:50-52.
[41]凌宇.钙及维生素D对早期乳腺癌患者骨量的影响[D].南方医科大学,肿瘤学,2012,硕士.
[42]石云飞.VPS系统全景图生成平台的研究[D].西安建筑科技大学,机械设计及理论,2004,硕士.
[43]孙明旭.TiO_2形貌控制制备及其F、Ag改性研究[D].中国矿业大学,材料学,2014,硕士.
[44]李一.GaAs光电探测器电极设计及非线性光响应特性研究[D].吉林大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[45]刘海燕.崇明方言的指示词系统和指示范畴[D].上海师范大学,汉语言文字学,2004,硕士.
[46]罗家.鄱阳湖东岸旅游公路景观生态设计研究[D].南昌大学,环境艺术设计,2014,硕士.
[47]刘娇.副猪嗜血杆菌主要保护性抗原的免疫效力评价[D].黑龙江八一农垦大学,预防兽医学,2014,硕士.
[48]程莉.社会工作视角下和谐医患关系的安全阀机制构建[D].华中师范大学,社会工作,2014,硕士.
[49]易毅.轭式搭配生成机制的认知研究[D].四川外国语大学,英语语言文学,2014,硕士.
[50]田亚朋.复杂目标电磁散射的FDTD共形算法研究[D].西安电子科技大学,无线电物理,2012,硕士.