毕业设计(论文)数字图象处理技术.doc
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1、摘要近年来,数字图象处理技术在焊接系统中获得了广泛的应用。比如在焊缝的自动跟踪研究、焊缝的识别技术研究等。焊接过程中由于存在很强的弧光、飞溅等噪声的干扰,所以在实际的工业应用中所获得的焊接图象并不清晰。如何在采集的图象的“质量”有限的情况下,通过数字图象处理的技术获得我们所需要的图象信息,正是这篇论文所要谈及的问题。焊接过程的自动化作为焊接科学的新的发展方向,在工业发展中的作用日益突出。在焊接过程中除了电压、电流等参量需要来准确控制和细致的进行研究外,焊接过程中采集的图象也包含了很多焊接控制所需要的参数。怎样利用机器视觉技术来提高焊接的控制的水平和进行焊缝质量的检测都是图象处理中需要解决的问题
2、。随着目前图象处理算法的成熟,使得图象处理技术具备了应用到实际焊接过程自动化的条件。通过对焊缝区原始图象采取图象的增强、平滑、图象的滤波和边缘增强等技术得到噪声很小的焊缝区图象。再对图象进行处理边缘检测就可以得到边界十分清晰的焊缝区图象,这为以后的焊接定位和焊接过程的控制提供了重要的控制参量。论文中主要的讨论了从图象的预处理、图象增强、边缘信息提取等一系列相关的算法,并在试验中通过各种算法的性能的比较,发现了适合焊缝跟踪要求的图象处理技术。期间开发完成的图象处理软件也是作为一个焊接试验中有关图象处理的试验平台,为以后进一步的改进和实现新的算法提供了一个良好的开发和调试环境。在实现图象处理基本算
3、法的基础上,我们还针对焊缝图想的噪声大、灰度直方图的分布不平滑等特点,对图象处理算法做了优化,以便更加准确的来提取焊缝的信息。针对在焊接过程中所采集的图象多为灰度图象,我们对从24位到8位灰度图形和从8位灰度到24位的图象转换提供了方便的操作,这样可以极大限度的发挥各种算法的优越性。为了验证软件系统在焊接过程中对图象处理的效果,我们用CCD摄像头采集的大量的焊缝图象。通过运用不同的算法来探索图像处理的各种技术对焊接图象的处理效果。关键词:图象处理;边缘检测;形态学; ABSTRACTIn recent years, Image processing technology in the weld
4、ing system to acquire the extensive application. For example the automatic welding tracking, and weld line identify etc. The process of welding because of the very strong arc light, splash and other noises, it is very difficult to gain the clear images of the weld line. The welding portrait for indu
5、stry for of interference, therefore at actually applying inside acquisition getting and lack definition. How to acquire for portrait information for our needing from the limited “quantity” images of the weld line is this paper want to talk about. The automation welding control as the new development
6、 direction of welding industry is increasingly outstanding in the function that the industry development. Of the welding process besides electric voltage, electric current the information inside the images of the weld line are also important as the control parameter in researching. How to make use o
7、f the machine sense of vision technique to increase the welding control level and make weld quality examine is the main problem need to get answer form image processing. With the development of the algorithm of image processing make it possible to apply to the actual welding process controlling.The
8、image of weld without large noise can be gained through some image enhancement, image smoothes, image filter and image edge enhancement of the original image of weld. After the edge filter, a very clear weld image edge was obtained. This provides some important varies for the weld tracking and weld
9、controlling. This paper mainly about the image preprocess, image enhancement, image edge filter and some other image processing technology. Through the test of all image processing technology we find the appropriate arithmetic for weld tracking. The software we compiled as base examination for weldi
10、ng images processing make a good environment for develop new algorithm and test new algorithm in the future.Beside accomplish the base image processing algorithm, In allusion to the characteristics such as big noises, inequality diagram of the welding process, we special optimize the algorithm to ga
11、in clear image edge information. Considering the image of the weld line is mainly grayed, we develop the function make it easy to convert the image form 24bits to 8bits and the opposition. In order to test the software, we collection a lot of images of the weld line use Charge Coupled Decices camere
12、 (CCD) to process. Through use different kinds of image processing technology under different image formats to find the effect of result of the process.Key words: Image processing; Edge detection; Mathematical Morphology;目录摘要 VABSTRACTVI1 绪 论 11.1数字图象处理技术概论 11.2数字图象处理在焊接图象处理中的应用 31.3 本课题的意义与研究内容 32
13、图象增强 52.1 概述 52.2 图象增强的各种算法 52.3 本章小结 213 图象的边缘检测 223.1 概述 223.2 边缘检测算法实现 243.3 本章小结35 4 图象形态学处理364.1 概述364.2 二值图象的形态学374.3 灰值形态学424.4 彩色形态学454.5 本章小结 51结 论52参考文献531 绪 论1.1 数字图象处理技术概论 图象处理技术起源比较早,但真正发展是在八十年代后,随着计算机技术的高速发展而迅猛发展起来。到目前为止,图象处理在图象通讯、办公自动化系统、地理信息系统、医疗设备、卫星照片传输及分析和工业自动化领域的应用越来越多。但就国内的情况而言,
14、应用还是很不普遍,人们还在忙于理论研究,诸如探索图象压缩编码等,而对于将成熟技术转化为生产力方面似乎认识不够数字图象处理,即用计算机对图象进行处理。随着计算机硬件的迅速发展,使得数字图象处理所需的计算机设备不断的下降。处理器越来越快,存储器的容量越来越大,并且伴随着价格的降低。涌现出了许多数字图象处理技术的新应用。在商业、工业、医学、军事等方面的应用不断的取得新的突破。数字图象处理系统基本的三个部件是:处理图象的计算机,图象数字化仪和图象显示设备。在图象的自然形式下,并不能直接由计算机进行处理。因为计算机只能处理数字图象而不是图片,所以一幅图象在用计算机在用计算机处理前要先转化为数字图象。数字
15、图象是用数字的阵列来表示图象的,图形的阵列单位成为象素。数字图象处理就是基于象素单元来处理的。总的来说数字图象处理包括以下几个方面: 点运算点运算主要是针对图象的象素进行加、减、乘、除的运算。图象的点运算可以有效的改变图象的直方图分布,这对提高图象的分辨率以及图象均衡都是非常有益的。 几何处理几何处理主要包括图象的坐标转换,图象的移动、缩放、旋转、多个图象的配准以及图象的扭转校正等。几何处理是最常见的图象处理手段,几乎任何的图象处理的应用都会提供这些基本的操作。图象的扭曲校正功能可以将变形的图象进行几何校正,从而得出准确的图象。 图象增强图象增强的作用主要是突出图象中的重要信息,同时减弱或者除
16、去不需要的信息。常用的方法有直方图增强和伪彩色增强等手段。 图象复原图象复原的主要目的是除去干扰和模糊,从而恢复图象的本来面貌。 图象编码图象编码研究属于信息论中信源编码的范畴,其主要的宗旨是利用图形信号的统计特性及人类视觉特性对图象进行高质量的编码,从而达到压缩图象的目的。图象的编码是数字图象研究中的一个经典范畴,有60多年的研究历史,目前已经制定了多种编码标准,如H.261、JPEG和MEPG等等。 图象形态学处理图象形态学处理是数学形态学在数字图象处理中的应用,是一门独立的研究学科。利用图象形态学处理技术,可以实现图象的开闭运算,图象腐蚀,细化和分割等多种处理效果。 图象的边缘检测图象边
17、缘检测是运用一定的算法,来加强图象中的结构信息,特别是图象的边缘信息。通过图象边缘的检测处理,可以为图象的识别等后处理提供非常有用的图象结构信息。 图象重建图象的重建起源于CT技术的发展,是一门新兴的数字图象处理技术,主要是利用采集的数据来重建出图象。图象重建的主要算法有代数法、迭带法、傅立叶反投影法和广泛使用的卷积反投影法等。 模式识别模式识别也是数字图象处理的一个新兴的研究方向,当今的模式识别方法通常有3种:统计识别法、句法结构模式识别法和模糊识别法。目前应用广泛的文字识别(OCR)技术就是应用模式识别技术开发出来的。基于以上的图象处理的方面,主要有一下几种较典型的应用: 在遥感技术中的应
18、用遥感图象处理的应用越来越受到人们的重视,并且在效率上和使用方面逐步的在提高。它被广泛的应用于土地测绘、资源调查、气象检测、环境污染监督、农作物估产和军事侦察等领域。目前遥感技术已经比较的成熟,但是还必须解决其数据的庞大,处理速度等方面的问题。 医学应用图象处理技术在医学上有着很广泛的应用。其中最突出的临床应用就是超声波、核磁共振、相机和CT等技术。在医学领域运用图象处理技术可以实现对疾病的直接诊断和无痛、安全方便的诊断和治疗。 安全领域利用图象处理的模式识别等技术,可以应用在监控、指纹档案管理等安全领域中。目前图象处理技术已经广泛在安全领域中得到了应用。 工业生产图象处理技术还被广泛的应用在
19、工业产品的无损检测中。总之,图象处理技术的应用相当的广泛,它在国家安全、经济发展、日常生活中充当着越来越重要的角色,对国计民生有着不可忽视的作用。1.2 数字图象处理在焊接图象处理中的应用 由于在焊接过程中存在着许多的干扰,给焊接近弧区采用机器视觉直接观察方法带来很大的困难。但是我们可以利用视觉的采集技术,通过CCD摄像头,来采集焊接过程中有关的焊缝等焊接图象信息,通过图象采集卡转换为数字图象。通过对采集的数字图象,我们运用特定的图象处理技术来获得所需要的焊接过程信息,利用这些有用的信息可以作为焊接控制的参数,可以来考察焊接的质量,可以记录焊接过程中的某些动态的变化等。在对图象采集卡数字化后的
20、焊接图象我们主要利用了图象处理中的边缘检测技术和图形处理形态学的方法来获得图象中的结构信息和焊缝的位置信息等。当然我们也应用了一些常用的数字图象处理技术来做图象的预处理和后处理,从而达到良好的信息提取的效果。但是如何得到相对清晰的焊缝图象,并通过图象处理技术得到焊缝轮廓仍然是一个很难解决的问题,我们针对焊接过程这个特定的图形采集环境,和焊缝图象的固有的特征,采用的一些特定的图象处理方法。通过图象处理获得的清晰的焊缝边界信息,可以为焊接过程中的焊缝跟踪,自动控制和焊接质量检测提供非常有用的信息。1.3 本课题的意义与研究内容随着数字图象技术的广泛应用,有关图形处理的算法也是越来越贴近各种实践。结
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