机械设计毕业论文压缩版解析.doc

基于显微视觉的微球表面几何参数测量及实验 机电学院：戴昌盛 指导教师：赵小力 摘 要：本文首先分析了计算机视觉的多种算法，在此基础上，提出了一套基于显微视觉的微球检测算法，并进行了MATLAB仿真。接着，本文介绍了基于该算法开发的图像处理软件。该软件采用了开源计算机视觉库OpenCV，并将图像处理函数封装在动态链接库中，以提高通用性和模块化。最后，在建立的实验平台上，完成了微球表面几何参数检测和挑选实验，以此检验了所开发软件及算法的实用效果。 关键词：显微视觉；圆测量；微球挑选；MATLAB；OpenCV Abstract：An algorithm of microballs measurements based on micro-vision technique was proposed based on the analysis of diffenrent algorithms of computer vision. In this paper, an image processing software based on former algorithm was introduced. In this software, the processing functions implemented into the dyamic linking library with the assitant of OpenCV, regarding the versatility and modularity. In the end, the performance of algorithm and software was evaluated through experiments of microballs measurement and selection. Key words：Microvision, circle measurement, microballs selection, MATLAB, OpenCV 引 言 惯性约束聚变中，由激光器产生具有很高能量的激光脉冲，照射到含有氘氚燃料的靶丸上，靶丸表面产生高温等离子体，一部分向外喷射，其反作用力向内压缩靶丸，实现向心聚爆，将热核燃料点燃，释放大量能量[1]。靶丸生产首先要通过对大量微球的挑选来实现，挑选要求“无损、自动化、高精度、快速”，因此，针对透明单层靶丸的参数，亟需发展基于光学的自动检测技术，并辅以机械手实现批量自动操作。这一技术的实现将显著缩短微球的检测时间，提高靶丸制备的效率，为我国惯性约束聚变研究创造有利的条件。 微球识别和特征提取的方法研究及仿真 2.1 梯度Hough变换 理论上，圆心在边缘点的法线上，法线方向与梯度方向相同。借助于梯度的方向信息，图像平面上的一点，映射的不是参数空间中的圆锥，而是圆锥的截面，如图2-1所示[2]。 图2-1 梯度方向对映射关系 梯度Hough变换将极大地减少计算量及数据存储量。以圆检测为例。当圆以 (2-1) 的形式表示时，其中，每个参数有M个值，含有3个未知参数。如果采用标准型Hough变换，则计算量为，即独立参数为2个，因为圆的方程可确定最后一个未知参数。而采用梯度Hough变换，计算量为，因为梯度信息相当于提供了方程 (2-2) 特别地， (2-3) 式中 ——梯度的方向。 梯度信息的引入相当于参数解耦的过程。具体来说，设圆的方程为 (2-4) ，，为未知参数，独立参数2个。令，则有 (2-5) 上式对求导，得到 (2-6) 其中 ，令 ，代入式(2-6)，得到 (2-7) 将式(2-7)代入式(2-5)，得 (2-8) 联立式(2-7)和式(2-8)，得 (2-9) 圆心坐标为