测试计量技术及仪器专业毕业论文机器视觉技术在弹药测试设备中的应用研究

测试计量技术及仪器专业毕业论文机器视觉技术在弹药测试设备中的应用研究内容摘要：

像序列进行阈值分割，得到包含目标及噪声点的二值图像；最后利用目标帧间相关的特点，根据目标的速度梯度和方向梯度，对二值图像中所有的点进行帧间相关性判断，对于帧间不相关点判别为噪声点，去除噪声点后，获取目标点，并计算出目标坐标值，在原图像上进行标注。 实验结果表明，该方法能够有效地在航弹、导弹等飞行目标运动轨迹的图像序列中准确识别出弱小运动目标。 本文进行了基于激光靶的战斗部破片群飞行速度测量方法研究，介绍了国内外目前在破片速度测量中采用的方法，分析了传统的接触式区截法与高速 摄影法测量破片飞行速度方法存在的问题。 接触式区截法由于靶面本身会对破片产生阻挡，影响破片飞行速度，测速用的多个靶面不能前后摆放，必须相互错开，因此，这样计算破片飞行速度时，多个靶面所采集的数据不是同一块破片的数据，而是击中靶面的飞行速度最快的破片的数据，所以只能假定击中多个靶面的破片飞行速度相同，这与实际情况显然不符，也就是说这种假定是不合理的，在实践中，采用接触式区截法测量破片速度时，经常会出现异常的数据。 采用接触式区截法测量破片飞行速度时，靶面只能一次性使用，每测量一发战斗部就需要消耗很多靶面；同时爆炸 激起的砂粒、石子等异物触及靶面也会产生异常信号，而这种信号无法自动剔除，因此，接触式区截法存在准确度差、效率低下、费用较高等问题。 而高速摄影法测量破片飞行速度存在的问题主要是： (1)设备组成复杂、庞大，野外试验现场布置困难多： (2)胶片上破片数量多，在不同影像中识别同一破片难度很大； (3)在瞬态高温、高压、强冲击下拍摄的 X 射线底片，图像质量较差，人工判读过程中不可避免引入人为误差； (4)由于判断破片飞行距离仅在摄影视场内进行，而摄影视场尺寸有限，人工判读中的微小误差会被放大； (5)胶片需要试验后冲洗，判读需 要冲洗出胶片才能进行，实时性差。 有人提出了采用 6光幕天幕靶测量破片速度的方法，虽然可以非接触测量破片速度，但该方法设备布设繁琐，计算复杂，不利于野外工作场合快速测量破片群速度。 本文分析了破片在空中飞行的特点，研究了非接触式区截法测量破片群速度的方法。 利用激光束作为信号源，光敏三极管作为传感器，构成激光幕。 测量系统包括基座、两个激光幕、多路计时仪以及计算机。 当战斗部爆炸时，多路计时仪启动，当破片飞过激光幕时，实时记录破片飞过激光幕的时间及坐标数据，运用图像处理技术中的目标识别方法，利用同一破片飞过两个激 光幕的时间及坐标数据相关的特点，准确识别出飞过两个激光幕的同一破片数据，从而准确计算出破片的飞行速度，对异常数据能够自动剔除。 对该测量方法进行了误差分析，并进行了激光靶和天幕靶枪弹测速对比实验，结果表明，该方法测速精度能达到 ％。 本文研究了机器视觉技术在弹药测试设备研制工作中的应用情况，包括破片迎风面积测量、弹药 ICT 图像增强、拍摄航弹导弹等飞行目标运动轨迹的图像序列中弱小运动目标识别、基于激光靶的非接触式战斗部破片飞行速度测量等项目。 研究结果表明，在弹药测试领域，机器视觉技术大有可为。 可以在许多 设备的研制方案中运用机器视觉技术，从而实现客观、准确、实时、非接触的测量过程，提高测试设备的自动化水平，加快常规兵器测试设备的发展。 作为计算机科学的一个重要分支，机器视觉技术在近几十年得到了快速发展，它主要是利用数字化输入设备，获取自然界的各种图像及视频数据，将其转换为数字信息，然后用计算机作为工具对获取的客观世界的图像数据进行研究。 机器视觉技术是计算机科学、光学、自动化技术、模式识别和人工智能技术等多种技术的综合。 以机器视觉技术为基础的智能识别代替人眼视觉具有很大的优势和发展前景，已经广泛应用于工业、农 业、交通以及军事等领域。 本文在查阅大量文献的基础上，首先回顾了机器视觉技术的发展历史，介绍了机器视觉技术在工业、农业、医疗卫生、国防军事等各个领域内的应用情况，然后进行了机器视觉技术在弹药测试设备中的应用研究。 本文介绍了数字图像处理的一些常用算法，提出了基于改进的 Hough 变换检测椭圆参数的算法，利用双对称轴图形其边界上切线斜率相等的对偶点连线必过中心点的原理，先对椭圆进行边缘检测，边界闭合，然后求出边界点的切线斜率，找出对偶点，采用 Hough 变换的方法，计算图形的中心点坐标，求出长半轴与短半轴 的长度，以及长轴的方向，得到任意椭圆的 5 个参数；运用 MATLAB 仿真计算，与传统的 Hough 变换相比，计算任意椭圆参数的速度提高了近 20 倍。 本文介绍了破片迎风面积测量系统的设计方案和研制工作，分析了采用 “ 正二十面体 ” 方法进行破片迎风面积测量的工作原理，介绍了在 16个不同方向计算破片投影面积方法，并计算出了相应的角度。 介绍了设备的结构、功能及工作流程，研究了提高面积计算精度与工作效率的方法，采用不同方向的 4台 CCD相机，对置于亮背景载物台上的目标进行图像拍摄，同时载物台在计算机的控制下按预定程序进行旋转 ，这样只需要载物台旋转 4次，就可以拍摄到需要的 16 个方向的目标图像，大大提高了工作效率，减少了测量时间；为适应不同大小的破片，提高面积测量精度，在计算机的控制下，相机可以前后移动，使目标的图像尽可能充满摄影视场，使用调焦镜头，在计算机控制下，镜头前后移动，使目标清晰地成像在 CCD像面上：相机和镜头的移动均由计算机控制，由丝杠带动，在直流电机的驱动下，沿着导轨前后移动，移动的距离由光栅尺实时记录。 研究了相机及载物台的运动控制方法，采用逐步逼近的方法可以使相机准确定位，采用电压调整的方法可以使载物台快速、准确定 位到预定位置。 研究了控制电路的设计方法以及主机与单片机通信的方法。 进行了系统软件设计，包括软件总体设计、数据库管理及图像处理。 研究了图像面积的计算方法，分析了图像面积计算过程中的难点，研究了图像细分技术、蒙板技术及动态链接库技术在设备研制过程中的应用。 研究结果表明，该设备的研制达到了设计方案要求，能准确、快速地测量破片迎风面积。 ICT(Industrial Computerized Tomography)是以 γ 射线或高能 X射线为探测手段，能快速、直观、准确地显现出被测物体断面内部结构的二维图像，高分 辨率地展示被测物体的空间密度、区分物体内部细小的结构变化，但由于受到所采用的物理方法、被测物体内部密度分布以及射线散射、电子器件噪声等多种因素的影响，不可避免出现图像质量下降、图像模糊、边缘和细节不清晰等问题，给图像判别带来一定的困难，因此，需要对图像进行增强处理，改善 ICT 图像的视觉质量，然后根据目标的灰度特性和形状特性，做出正确的判别，得到客观、准确的结论。 本文结合弹药 ICT 图像缺陷检测方法研究，提出了基于小波图像融合及数学形态学的ICT 图像增强方法。 实验结果表明，采用数字图像处理技术中的特定算法处理 ICT图像，能够提高 ICT 图像的视觉效果，增强图像的清晰度与对比度，增大目标与背景的差别，从而有利于对 ICT 图像缺陷的自动识别。 本文研究了利用远距离拍摄获得的航弹、导弹等飞行目标运动轨迹的图像序列，分析了这些图像的特点，研究了目标自动识别的方法。 包含弱小运动目标的序列图像信噪比很低，目标难以自动识别，因此，首先采用基于块匹配技术配准图像序列，对原始图像序列进行切割，得到大小一致的配准图像序列，然后采用基于能量累加的背景去除技术，对图像序列进行图像间平均，得到背景图像，从图像序列中减去背景图像，获得包含目 标及噪声的图像序列；采用自适应阈值分割技术，对去除背景后的图像序列进行阈值分割，得到包含目标及噪声点的二值图像；最后利用目标帧间相关的特点，根据目标的速度梯度和方向梯度，对二值图像中所有的点进行帧间相关性判断，对于帧间不相关点判别为噪声点，去除噪声点后，获取目标点，并计算出目标坐标值，在原图像上进行标注。 实验结果表明，该方法能够有效地在航弹、导弹等飞行目标运动轨迹的图像序列中准确识别出弱小运动目标。 本文进行了基于激光靶的战斗部破片群飞行速度测量方法研究，介绍了国内外目前在破片速度测量中采用的方法，分析 了传统的接触式区截法与高速摄影法测量破片飞行速度方法存在的问题。 接触式区截法由于靶面本身会对破片产生阻挡，影响破片飞行速度，测速用的多个靶面不能前后摆放，必须相互错开，因此，这样计算破片飞行速度时，多个靶面所采集的数据不是同一块破片的数据，而是击中靶面的飞行速度最快的破片的数据，所以只能假定击中多个靶面的破片飞行速度相同，这与实际情况显然不符，也就是说这种假定是不合理的，在实践中，采用接触式区截法测量破片速度时，经常会出现异常的数据。 采用接触式区截法测量破片飞行速度时，靶面只能一次性使用，每测量一发战斗部就 需要消耗很多靶面；同时爆炸激起的砂粒、石子等异物触及靶面也会产生异常信号，而这种信号无法自动剔除，因此，接触式区截法存在准确度差、效率低下、费用较高等问题。 而高速摄影法测量破片飞行速度存在的问题主要是： (1)设备组成复杂、庞大，野外试验现场布置困难多： (2)胶片上破片数量多，在不同影像中识别同一破片难度很大； (3)在瞬态高温、高压、强冲击下拍摄的 X 射线底片，图像质量较差，人工判读过程中不可避免引入人为误差； (4)由于判断破片飞行距离仅在摄影视场内进行，而摄影视场尺寸有限，人工判读中的微小误差会被放大； (5)胶片需要试验后冲洗，判读需要冲洗出胶片才能进行，实时性差。 有人提出了采用 6光幕天幕靶测量破片速度的方法，虽然可以非接触测量破片速度，但该方法设备布设繁琐，计算复杂，不利于野外工作场合快速测量破片群速度。 本文分析了破片在空中飞行的特点，研究了非接触式区截法测量破片群速度的方法。 利用激光束作为信号源，光敏三极管作为传感器，构成激光幕。 测量系统包括基座、两个激光幕、多路计时仪以及计算机。 当战斗部爆炸时，多路计时仪启动，当破片飞过激光幕时，实时记录破片飞过激光幕的时间及坐标数据，运用图像处理技术中的目标识别方 法，利用同一破片飞过两个激光幕的时间及坐标数据相关的特点，准确识别出飞过两个激光幕的同一破片数据，从而准确计算出破片的飞行速度，对异常数据能够自动剔除。 对该测量方法进行了误差分析，并进行了激光靶和天幕靶枪弹测速对比实验，结果表明，该方法测速精度能达到 ％。 本文研究了机器视觉技术在弹药测试设备研制工作中的应用情况，包括破片迎风面积测量、弹药 ICT 图像增强、拍摄航弹导弹等飞行目标运动轨迹的图像序列中弱小运动目标识别、基于激光靶的非接触式战斗部破片飞行速度测量等项目。 研究结果表明，在弹药测试领域，机器视 觉技术大有可为。 可以在许多设备的研制方案中运用机器视觉技术，从而实现客观、准确、实时、非接触的测量过程，提高测试设备的自动化水平，加快常规兵器测试设备的发展。 作为计算机科学的一个重要分支，机器视觉技术在近几十年得到了快速发展，它主要是利用数字化输入设备，获取自然界的各种图像及视频数据，将其转换为数字信息，然后用计算机作为工具对获取的客观世界的图像数据进行研究。 机器视觉技术是计算机科学、光学、自动化技术、模式识别和人工智能技术等多种技术的综合。 以机器视觉技术为基础的智能识别代替人眼视觉具有很大的优势和发展前 景，已经广泛应用于工业、农业、交通以及军事等领域。 本文在查阅大量文献的基础上，首先回顾了机器视觉技术的发展历史，介绍了机器视觉技术在工业、农业、医疗卫生、国防军事等各个领域内的应用情况，然后进行了机器视觉技术在弹药测试设备中的应用研究。 本文介绍了数字图像处理的一些常用算法，提出了基于改进的 Hough 变换检测椭圆参数的算法，利用双对称轴图形其边界上切线斜率相等的对偶点连线必过中心点的原理，先对椭圆进行边缘检测，边界闭合，然后求出边界点的切线斜率，找出对偶点，采用 Hough 变换的方法，计算图形的中心 点坐标，求出长半轴与短半轴的长度，以及长轴的方向，得到任意椭圆的 5 个参数；运用 MATLAB 仿真计算，与传统的 Hough 变换相比，计算任意椭圆参数的速度提高了近 20 倍。 本文介绍了破片迎风面积测量系统的设计方案和研制工作，分析了采用 “ 正二十面体 ” 方法进行破片迎风面积测量的工作原理，介绍了在 16个不同方向计算破片投影面积方法，并计算出了相应的角度。 介绍了设备的结构、功能及工作流程，研究了提高面积计算精度与工作效率的方法，采用不同方向的 4台 CCD相机，对置于亮背景载物台上的目标进行图像拍摄，同时载物台在计算机 的控制下按预定程序进行旋转，这样只需要载物台旋转 4次，就可以拍摄到需要的 16 个方向的目标图像，大大提高了工作效率，减少了测量时间；为适应不同大小的破片，提高面积测量精度，在计算机的控制下，相机可以前后移动，使目标的图像尽可能充满摄影视场，使用调焦镜头，在计算机控制下，镜头前后移动，使目标清晰地成像在 CCD像面上：相机和镜头的移动均由计算机控制，由丝杠带动，在直流电机的驱动下，沿着导轨前后移动，移动的距离由光栅尺实时记录。 研究了相机及载物台的运动控制方法，采用逐步逼近的方法可以使相机准确定位，采用电压调整的方 法可以使载物台快速、准确定位到预定位置。 研究了控制电路的设计方法以及主机与单片机通信的方法。 进行了系统软件设计，包括软件总体设计、数据库管理及图像处理。 研究了图像面积的计算方法，分析了图像面积计算过程中的难点，研究了图像细分技术、蒙板技术及动态链接库技术在设备研制过程中的应用。 研究结果表明，该设备的研制达到了设计方案要求，能准确、快速地测量破片迎风面积。 ICT(Industrial Computerized Tomog。