曲面烧蚀面积的测量及数据处理系统的研究
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摘要
随着近代科学技术的发展，几何尺寸与形位测量已从简单的一维、二维坐标或形体发展到复杂的三维物体测量。而被测物的图像包含丰富的信息。为此利用图像测量已经成为一个重要的研究课题。这对进一步提高测量精度、测量速度、测量自动化，减轻操作人员的劳动强度具有重要的现实意义。
对利用图像检测技术测量几何量，如长度、面积、形状等的研究和应用大量出现。然而对面积测量的研究应用均局限于平面。实际上在生产、科研中对曲面面积的测量有着重要的意义，如火炮药筒烧蚀面积的测量，它是分析炮弹的质量和发射状况的一个重要手段。
本文首次将三坐标测量机(CMM)与图像检测技术相结合，利用CMM可以准确运动的优点和图像测量的非接触测量能力研究回转曲面面积的测量，完成了多幅图像的拼接，并应用物体的颜色特征识别被测曲面的特定区域，测量其面积。
其中文章对图像检测技术应用于回转曲面上特定区域面积检测时遇到的标定、几何校正、图像展开与拼接，图像分割等问题进行了深入研究。实现了图像检测系统的自动标定、图像特征区域准确、客观的识别和多幅图像高精度的拼接。较以往的手工测量是一个巨大的进步。
据此所研发的烧蚀面积测量系统顺应测量仪器精密化、集成化、智能化的发展趋势，将机电、光电和计算机技术有机地融为一体，实际运行中，在效率和速
西安理工大学硕士学位论文
度上达到良好的效果。现已成功应用于总参某兵器试验中心的火炮药筒烧蚀面积
测量系统中。文章所提出的方法对于利用图像测量回转曲面物体的面积以及划
伤、磨损、锈蚀等具有重要的参考价值。
As the development of modern science and technology, measurement of geometric size, shape and position has expanded from one or two dimension to three. The image of workpiece contains rich information so image-based measurement has become an important subject to study. It's significant for further improvement of precision, speed and automatization of measurement and minimization of labor.
There are many studies and applications of image-based measurement to inspect geometric quantum such as length, area, shape and so on. However, the research and application are limited within two-dimensional field. Actually, it's significant of area measurement on curved surface in production and research. For example, the area measurement of cartridge surface ablation is an important means to analyze the quality and shoot of cannon.
The paper deeply studies calibration, correct of image distortion, curved-surface spread and mosaic, image segmentation which happen in the area measurement of special regions on the curved surface using image technique. It achieved automatic calibration correct recognition of characteristic region and exact joint of images. It's a great advancement compared with manual measurement.
Based on that, the system developed for ablation area measurement combines mechanics, optics and computer organically, according with the development trend of instrument towards high precision> integration and intelligentizing. It has been in work with excellent efficiency. Now, it has run successfully on the measurement system developed for CPLA weapon trial center. The method proposed in this paper can be referred when measuring area, nicks, abrasion and rust on curved surface.
对利用图像检测技术测量几何量，如长度、面积、形状等的研究和应用大量出现。然而对面积测量的研究应用均局限于平面。实际上在生产、科研中对曲面面积的测量有着重要的意义，如火炮药筒烧蚀面积的测量，它是分析炮弹的质量和发射状况的一个重要手段。
本文首次将三坐标测量机(CMM)与图像检测技术相结合，利用CMM可以准确运动的优点和图像测量的非接触测量能力研究回转曲面面积的测量，完成了多幅图像的拼接，并应用物体的颜色特征识别被测曲面的特定区域，测量其面积。
其中文章对图像检测技术应用于回转曲面上特定区域面积检测时遇到的标定、几何校正、图像展开与拼接，图像分割等问题进行了深入研究。实现了图像检测系统的自动标定、图像特征区域准确、客观的识别和多幅图像高精度的拼接。较以往的手工测量是一个巨大的进步。
据此所研发的烧蚀面积测量系统顺应测量仪器精密化、集成化、智能化的发展趋势，将机电、光电和计算机技术有机地融为一体，实际运行中，在效率和速
西安理工大学硕士学位论文
度上达到良好的效果。现已成功应用于总参某兵器试验中心的火炮药筒烧蚀面积
测量系统中。文章所提出的方法对于利用图像测量回转曲面物体的面积以及划
伤、磨损、锈蚀等具有重要的参考价值。
As the development of modern science and technology, measurement of geometric size, shape and position has expanded from one or two dimension to three. The image of workpiece contains rich information so image-based measurement has become an important subject to study. It's significant for further improvement of precision, speed and automatization of measurement and minimization of labor.
There are many studies and applications of image-based measurement to inspect geometric quantum such as length, area, shape and so on. However, the research and application are limited within two-dimensional field. Actually, it's significant of area measurement on curved surface in production and research. For example, the area measurement of cartridge surface ablation is an important means to analyze the quality and shoot of cannon.
The paper deeply studies calibration, correct of image distortion, curved-surface spread and mosaic, image segmentation which happen in the area measurement of special regions on the curved surface using image technique. It achieved automatic calibration correct recognition of characteristic region and exact joint of images. It's a great advancement compared with manual measurement.
Based on that, the system developed for ablation area measurement combines mechanics, optics and computer organically, according with the development trend of instrument towards high precision> integration and intelligentizing. It has been in work with excellent efficiency. Now, it has run successfully on the measurement system developed for CPLA weapon trial center. The method proposed in this paper can be referred when measuring area, nicks, abrasion and rust on curved surface.
引文
【1】林莹 应用单片机测量不规则大面积 暨南大学学报(自然科学版) 1996．7第3期
【2】郑咏梅，张铁强 激光光纤系统对时变面积实时检测的应用研究 激光技术 1998．6第3期
【3】张全法等 植物叶片面积测量系统的设计及应用 河南农业大学学报 2001．12第4期
【4】殷浩等 皮革表面积的快速测量系统 中国皮革 1999．9第7期
【5】李晶，卢伟 激光等距非接触测量车身曲面装置的研究 激光与红外 2000．12第6期
【6】孙晓军 线阵CCD在圆柱表面检测系统中的应用 光学技术 2000．1第1期
【7】张国雄．三坐标测量机．天津：天津大学出版社，1999．
【8】王庆有 CCD应用技术 天津 天津大学出版社，2000
【9】http://www.daheng-image.com/
【10】刘怀林，徐成 CCD摄像机最低照度浅析 《世界广播电视》1997年第2期
【11】浅谈CCTV系统中摄像机镜头的选择 慧聪安防商务网
【12】章毓晋 图象分割评价技术分类和比较 中国图象图形学报 第1卷第2期
【13】龚斌，孟祥旭 一种自动分割图像颜色的算法 小型微型计算机系统 1996．3第3期
【14】尚万军，方晓初．赵延雯 基于颜色特征的彩色图像分割方法及其应用武汉科技学院学报 2001．3第1期
【15】CHI Zhi-gang,Kimura,Yamauchi Kenji,Hatakeyama Kenichi Image Segmentation Considering Intensity Roughness and Color Purity,Journal of Software Vol13.No5
【16】白庆本，韩兆福 基于CCD成像和计算机图像处理技术的火炮内膛自动检测 计算机测量与控制 2002．10第2期
【17】Zhang Yujin,Yao Yurong,He Yun.Color Image Segmentation Based On HIS Model,High Technology Letters,Vol.4,No.1,1998.
【18】王楠，黄养成等一种改进的彩色图像区域分割和边缘提取算法 指挥技术学院学报 1999年第10卷第4期
【19】王建民，浦昭邦，晏磊，杨学志 二维图像测量机系统的研究 仪器仪表学报 第22卷第4期
【20】王建民，浦昭邦，鲁振志，赵辉 一种新的二维图像测量机系统标定方法计量学报 第21卷第4期
【21】任四刚，谢利利 自动聚焦在图像测量中的应用 重庆邮电学院学报 第14卷第3期
【22】孙家广等 计算机图形学 北京 清华大学出版社 1998
【23】姚海根 图像处理 上海 上海科学技术出版社 2000
【24】何东健 杨青 实用图像处理技术 西安 陕西科技出版社 1998
【25】吴晓波 安文斗 杨钢 图像测量中的误差分析及提高测量精度的途径光学精密工程 1997．2第1期
【26】郑南宁 计算机视觉与模式识别 国防工业出版社 北京1998
【27】于起峰 孙祥一 权铁汉 雷志辉 用标定和亚像素技术实现三维运动目标的高精度测量
【28】梁晋文 陈林才 何贡 误差理论与数据处理 中国计量出版社 北京 2001
【29】郭桂蓉 模糊模式识别 国防科技大学出版社 长沙 1993
【30】王晓丹 基于模糊聚类及神经网络的纹理分割方法研究 西北工业大学博士学位论文 2000
【31】章毓晋 图像工程上册 清华大学出版社 2000
【2】郑咏梅，张铁强 激光光纤系统对时变面积实时检测的应用研究 激光技术 1998．6第3期
【3】张全法等 植物叶片面积测量系统的设计及应用 河南农业大学学报 2001．12第4期
【4】殷浩等 皮革表面积的快速测量系统 中国皮革 1999．9第7期
【5】李晶，卢伟 激光等距非接触测量车身曲面装置的研究 激光与红外 2000．12第6期
【6】孙晓军 线阵CCD在圆柱表面检测系统中的应用 光学技术 2000．1第1期
【7】张国雄．三坐标测量机．天津：天津大学出版社，1999．
【8】王庆有 CCD应用技术 天津 天津大学出版社，2000
【9】http://www.daheng-image.com/
【10】刘怀林，徐成 CCD摄像机最低照度浅析 《世界广播电视》1997年第2期
【11】浅谈CCTV系统中摄像机镜头的选择 慧聪安防商务网
【12】章毓晋 图象分割评价技术分类和比较 中国图象图形学报 第1卷第2期
【13】龚斌，孟祥旭 一种自动分割图像颜色的算法 小型微型计算机系统 1996．3第3期
【14】尚万军，方晓初．赵延雯 基于颜色特征的彩色图像分割方法及其应用武汉科技学院学报 2001．3第1期
【15】CHI Zhi-gang,Kimura,Yamauchi Kenji,Hatakeyama Kenichi Image Segmentation Considering Intensity Roughness and Color Purity,Journal of Software Vol13.No5
【16】白庆本，韩兆福 基于CCD成像和计算机图像处理技术的火炮内膛自动检测 计算机测量与控制 2002．10第2期
【17】Zhang Yujin,Yao Yurong,He Yun.Color Image Segmentation Based On HIS Model,High Technology Letters,Vol.4,No.1,1998.
【18】王楠，黄养成等一种改进的彩色图像区域分割和边缘提取算法 指挥技术学院学报 1999年第10卷第4期
【19】王建民，浦昭邦，晏磊，杨学志 二维图像测量机系统的研究 仪器仪表学报 第22卷第4期
【20】王建民，浦昭邦，鲁振志，赵辉 一种新的二维图像测量机系统标定方法计量学报 第21卷第4期
【21】任四刚，谢利利 自动聚焦在图像测量中的应用 重庆邮电学院学报 第14卷第3期
【22】孙家广等 计算机图形学 北京 清华大学出版社 1998
【23】姚海根 图像处理 上海 上海科学技术出版社 2000
【24】何东健 杨青 实用图像处理技术 西安 陕西科技出版社 1998
【25】吴晓波 安文斗 杨钢 图像测量中的误差分析及提高测量精度的途径光学精密工程 1997．2第1期
【26】郑南宁 计算机视觉与模式识别 国防工业出版社 北京1998
【27】于起峰 孙祥一 权铁汉 雷志辉 用标定和亚像素技术实现三维运动目标的高精度测量
【28】梁晋文 陈林才 何贡 误差理论与数据处理 中国计量出版社 北京 2001
【29】郭桂蓉 模糊模式识别 国防科技大学出版社 长沙 1993
【30】王晓丹 基于模糊聚类及神经网络的纹理分割方法研究 西北工业大学博士学位论文 2000
【31】章毓晋 图像工程上册 清华大学出版社 2000