基于FPGA的CCD扫描缺陷检测实时数据处理技术

针对交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘料纯净度检测的问题,研制了基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的高速扫描测量系统.该系统是具有显微图像实时记录、处理和显示功能的材料表面缺陷检测技术,对材料的分选和材料质量的检查及评价具有重要的意义.以聚合物薄膜材料为被测对象,研究了适用于材料表面缺陷检测的基于FPGA的缺陷数据实时处理技术,可实时提供缺陷显微图像信息,完成了对现有材料缺陷检测装置的数字化改造与性能扩展.实验结果表明:应用了基于FPGA的缺陷数据实时处理技术的CCD扫描缺陷检测装置可对70～1 000 μm范围内的缺陷进行有效检测,实时重建的缺陷显微图像与实际缺陷在形状和灰度上都有很好的一致性.     

基于改进形态学梯度和Zernike矩的亚像素边缘检测方法

为满足电荷耦合器件(CCD)图像测量系统的快速、高精度测量要求,提出了一种基于改进形态学梯度和Zernike矩算法的图像亚像素边缘检测新方法.基于CCD图像灰度和空间结构信息特点,该算法先利用改进的数学形态学梯度算子进行边缘点的粗定位,在像素级上确定边缘点的坐标和梯度方向;然后再根据构造的边缘点向量和参考阈值,用Zernike矩算法对边缘点进行亚像素的重新定位,实现图像的亚像素边缘检测.仿真图像和实际图像的边缘定位实验结果表明,与Zernike矩、LOG-Zernike矩及Sobel-Zernike矩算法相比,该方法具有更好的定位精度与抗噪性,且检测速度更快.     

激光聚焦线扫描法测量KDP晶体坯片的体缺陷

为了快速准确测量磷酸二氢钾(KDP)晶体坯片的体缺陷,提出了高速激光聚焦线扫描散射成像方法,并建立了相应的测量系统。研究了该系统的测量原理和图像采集、图像处理和体缺陷信息提取方法。基于激光散射技术,结合高速运动装置对晶体坯片内部进行三维扫描,用线阵CCD探测器接收气泡、包裹物等体缺陷产生的散射光。然后利用折射率匹配液消除粗糙表面带来的不利影响。最后结合数字图像处理技术,对采集的图像进行实时处理。通过去除背景后与设定阈值比较得到具有体缺陷特征的图像,再对其进行二值化处理,提取得到体缺陷的位置和尺寸信息。利用该检测装置对KDP晶体坯片体缺陷进行了测量,结果显示其检测分辨率优于40μm,能够为晶体坯片的精确切割和最大程度的利用提供依据,从而节省了大量成本。     

保健酒中可见异物视觉检测系统

为实现对保健酒产品液体中的可见异物进行自动视觉检测,设计了一套全自动在线检测系统.该系统采用工控机、PLC和高精度伺服控制器相结合的电气控制方式,通过机械翻转使产品液体中的杂质与背景之间产生运动差异,利用异物在序列图像中运动的连续性,提取运动目标,并通过对异物的测量实现目标的快速分割与识别.实验结果表明,该系统能够有效检测出酒液中的杂质,满足高速生产线上异物检测的要求.     

孵化鸡蛋胚体缺陷在线图像检测系统

主要研究孵化鸡蛋胚体缺陷在线图像检测系统的开发.该系统采用工业高速CCD摄像机拍摄孵化鸡蛋胚体缺陷内部图像,通过高速的图像采集卡获取图像,运用计算机对图像进行处理,实现了鸡蛋胚体(活胚、弱胚、死胚、污染胚)缺陷的自动在线图像检测.运用彩色图像预处理、直方图信息、RGB和HSI颜色模型等相关知识,完成了对孵化鸡蛋胚体缺陷图像特征信息的提取;运用模式识别知识,实现了孵化鸡蛋胚体缺陷的判别,也相应地提高了检测准确性.实验结果表明,该系统改变了传统的人工操作模式,避免了因人而异的检测结果,减小了检测分级误差,提高了检测速度和准确率.     

环形光切测量法的亚像素技术

针对深孔内膛的检测,对环形光切的测量方法进行了介绍,对其测量原理进行了分析。为了提高断面形廓的检测精度并消除CCD的量化误差、饱和误差、激光的不均匀误差和“散斑”噪声等误差和噪声对检测结果的影响,提出了一种亚像素检测技术,该技术在环形光斑图像中“刻画”出一系列截线,对这些截线灰度分布进行连续重建、基于小波变换的理想估计和理想灰度极值点计算,并利用这些极值点得到环形光斑的理想灰度极值线的亚像素检测结果,从而实现深孔断面形廓的测量。该方法具有检测精度高(可达到0.1像素的位置精度),抗噪能力强,没有数据的缺失和冗余现象,能够检测复杂的断面形廓等特点,对于具有一定复杂程度的深孔内膛形貌检测具有重要的意义。     

基于傅里叶变换轮廓术的磨痕形貌测量

往复冲击条件下,由磨损引起的接触表面磨痕的三维形貌的改变对接触润滑效应的研究具有非常重要的影响。在传统傅里叶变换轮廓术(Fourier transform profilometry,FTP)测量系统中引入正弦光强产生装置以及图像实时采集处理系统,利用单幅条纹图像,快速、准确地重构出磨痕表面三维形貌。利用该测量系统对施加PB2400型润滑油方式下快速冲击一万次后的磨痕形貌进行了测量,利用FTP对采集的条纹图进行处理,获得该磨痕的三维形貌。将测量结果与粗糙度轮廓测量仪所得结果进行对比分析,验证该方法的可行性和有效性。将该测量方法与高速摄像机相结合,可以实现连续冲击过程中磨痕的瞬时三维形貌测量,为进一步研究接触润滑效应提出一种新的试验依据和方法。     

基于计算机视觉的曲面激光测量系统研究

介绍了基于计算机视觉的激光测量系统的硬件组成,利用从CCD图像中拾取到的边缘信息来指导自由曲面零件的测量规划,并通过一个鼠标模型的测量和重建,验证了该系统的可行性,为实现三坐标测量机的智能化奠定了基础.     

基于轮廓法的金刚石线锯整周三维表面形貌测量和评价

针对毫米级尺度线径和微米级尺度磨粒的金刚石线锯整周三维表面形貌测量难以实现与定量评价问题,提出一种基于轮廓法的圆周扫描表面磨粒形貌测量与分析方法。通过显微测量系统沿周向扫描采集金刚石线锯对应的边缘轮廓图像序列,经图像处理后获得金刚石线锯整个圆周表面形貌的坐标点云,采用三次样条插值法对数据进行平滑处理,经圆柱坐标变换处理,可重构金刚石线锯三维表面形貌。在金刚石线锯常用评价参数基础上,提出基于扫描过程二维投影轮廓和三维重构形貌的综合评价参数。采用自行研制的测量系统,对两个规格的线锯（线径外径分别为0.250 mm、0.320 mm;磨粒粒径范围30~40 μm）进行测量和评价。试验结果表明：该方法无需多次拼接,就可完成金刚石线锯整周三维微观形貌测量,并能实现对线锯特征参数的全面评价,可为线锯本身制造及使用过程中的工艺优化提供更加客观的基础数据。     

用构造光系统实现3-D形貌测量的研究

介绍了一个用构造空间二进制编码进行非接触3-D形貌测量的系统。它以一台LCD投影仪为硬件基础,用8幅条纹投影图案对被测物体表面进行空间编码。用CCD摄像机获取物体编码信息,用基于单一像素的三角法原理从摄像机图像中获取三维形貌数据。指出了二进制编码图案生成软件及其生成的条纹图案的特点。为了提高3-D形貌测量的精度,分析了由摄像机和投影仪镜头造成的误差,建立了它们的透镜误差矫正公式,并取得了良好的实验结果。