自动装配线质量检查中图像处理运用分析

第1章绪论

1. 1机器视觉检测技术目的和意义

        在现代化工业生产中，涉及到各种各样的检验、生产监视及零件的识别应用，例如零配件批量加工的尺寸检查，自动装配的完整性检查，电子装配线的元件自动定位，IC的字符识别等，通常人眼无法连续稳定地完成这些带有亮度重复性和智能型的工作。此时人们利用光电成像系统采集被控目标的图像，而后经计算机或专用的图像处理模块进行数字化处理，根据图像的像素分布亮度和颜色等信息来进行尺寸、形状、颜色等的判断。由此产生了机器视觉的概念。机器视觉就是用计算机模拟人眼的视觉功能，从图像或图像序列中提取信息，对客观世界的物体进行形态和运动识别〔”。
    机器视觉系统是实现仪器设备精密控制、智能化、自动化有效途径，堪称现代工业生产的“机器眼睛”‘2J。其最大优点为:
(1)实现非接触测量
    对观测与被观测者都不会产生任何损失，而提高了系统的可靠性和系统的测量精度。
(2)具有较宽的光谱响应范围
    机器视觉则可以利用专用的光敏元件，可以观察到人类无法看到的世界，从而扩展了人类的视觉范围。
(3)具有连续性
    人类难以长时间地对同一对象进行观察。机器视觉系统可以长时间地执行观测、分析与识别任务，并用于恶劣的工作环境，可以使人们免受疲劳之苦和环境带来的危险。
(4)成本效率高
    随着计算机处理器价格的急剧下降，机器视觉系统成本效率也变得越来越高。一个价值10000美元的视觉系统可以轻松取代三个人工探测者，而每个探测者每年需要20000美元的工资。另外，视觉系统的操作和维持费用非常低。
(5)灵活性高
    视觉系统能够进行各种不同的测量。当应用变化后，只需软件做相应变化或升级以适应新的需求即可。
    因为具备这些优点，且随着机器视觉技术自身的成熟和发展，机器视觉在各个行业得到了广泛运用。据不完全统计，目前全球整个视觉市场规模总量大概为70亿美元，并且每年按8. 8%的速度递增{3，。而在我国，由于工业自动化程度还没有达到国外的先进水平，机器视觉系统的运用也还处于起步阶段。但随着生产自动化程度以及生产质量和管理水平的不断提高，中国对机器视觉的需求规模也会不断扩大，所以在国内研制发展机器视觉具有巨大的市场潜力。
    简而言之机器视觉主要研究用计算机来模拟人的视觉功能，从客观事物的图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于实际检测、测量和控制。一个典型的工业视觉应用系统包括光源、光学系统、图像捕捉系统、图像数字化模块、数字图像处理模块、智能判断决策模块和机械控制执行模块。首先采用摄像机或其它图像拍摄装置，将目标转换成模拟图像信号，然后转变成数字化信号传送给专用的图像处理系统，根据像素分布、亮度和颜色等信息，转变成数字化信号;图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、长度、数量、位置等;最后预设的容许度和其他条件输出结果如尺寸、角度、偏移量、数量、是否合格等进行根据判断的结果来控制线长的设备动作。

1. 2机器视觉技术的应用及其国内外发展

    机器视觉不会有人眼的疲劳，有着比人眼更高的精度和速度，借助红外线、紫外线、X射线、超声波等高新探测技术，机器视觉在探测不可视物体和高危险场景时更具有其突出的优点。机器视觉技术现已在以下领域得到广泛的应用[4]0

摘要 6-7
Abstract 7
第1章 绪论 11-19
    1.1 机器视觉检测技术目的和意义 11-12
    1.2 机器视觉技术的应用及其国内外发展 12-15
    1.3 机器视觉研究现状及发展方向 15-18
        1.3.1 机..........  15-17
        1.3.2 机器视觉的发展方向 17-18
    1.4 本课题研究背..........  18-19
第2章 基于机器视觉..........  19-28
    2.1 机器视觉检测系统的结构 19-20
    2.2 机器视觉检..........  20-25
        2.2.1 光源与照明方式 20-21
        2.2.2 CCD数字摄像机 21-23
        2.2.3 图像采集卡 23-24
        2.2.4 计算机系统 24
        2.2.5 装配材料简介 24-25
    2.3 检测系统软..........  25-27
    2.4 本章小结 27-28
第3章 机器视觉中的图像预处理 28-42
    3.1 图像几何失真校正 28-31
    3.2 图像灰度化 31-33
    3.3 图像增强 33-36
        3.3.1 直方图 33-34
        3.3.2 直方图均衡 34-35
        3.3.3 模板操作 35-36
    3.4 图像的平滑与锐化 36-41
        3.4.1 均值滤波 38
        3.4.2 高斯滤波 38-39
        3.4.3 中值.......... 39-41
    3.5 本章小结 41-42
结论 67-69
参考文献 69-73
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果 73-74
致谢 74

结论
      机器视觉经过几十年的探索和发展，形成了功能较强、使用方便的实用工业系统。机器视觉检测技术具有非接触、在线实时、速度快、精度合适、现场抗干扰能力强等优点，能实现机械产品的零废品生产的目标，适应了现代制造业的进步和发展要求，在实际中显示出了广阔的应用前景。本文以自动装配生产过程为背景，对基于机器视觉的检测系统展开研究，并将其用于装配材料尺寸检测中，取得较好的效果。
      本文工作主要总结如下:
  (1)本文论述了机器视觉技术在尺寸测量中的必要性，详细阐述了机器视觉技术的发展及其在尺寸测量方面国内外的研究现状和动态。说明了机器视觉测量技术的可行性、必要性及其理论与实践价值，指出了机器视觉测量领域存在的问题和发展趋势，明确了现阶段机器视觉测量的目的及意义。建立了由CCD摄像机、图像采集卡和计算机组成的视觉系统也就是通过CCD摄像机和图像采集卡获取装配材料横截部分的二维图像数据，通过微机处理以后，得到装配材料的几何参数。