调系统图像采集系统精密二维运动系统本章小结系统软件平台搭建系统软件功能分析运动控制模块开发平台选择嵌入方法对比运控系统架构运动控制人机界面图像采集模块开发开发平台选择及流程编程模型图像采集人机界面图像处理模块开发万方数据图像标定模块开发齿轮评估模块本章小结标定图像降噪研究背景介绍降噪算法概述对变换的测试噪声分布测试域相关性联合降噪算法尺度间的相关性降噪尺度内的方向相关性降噪算法性能验证不同峰值信噪比下的去噪性能比较不同算法的去噪性能比较本章小结摄像机标定摄像机标定的参数摄像机标定的研究传统标定法的复现自标定方法探索标定实验存在的问题倾斜实验最佳曝光时间实验传统标定实验传统标定实验数据获取传统标定模型的建立自标定实验自标定实验数据获取自标定模型的建立传统标定和自标定的对比分析本章小结实验数据分析齿轮的设计参数万方数据齿轮实测边界数据齿轮参数计算数据对比分析本章小结结论与展望结论展望参考文献附录椭圆拟合程序作者简历万方数据图清单图机器视觉检测流程图整机结构图及实物图图减震台设计图及实物图图二维台支架设计图及实物图图相机支臂设计图及实物图图相机座及手动位移台图光源夹座及手动倾斜台图棱镜座板实物图图工业相机实物图图二维运动台尺度图及实物图图二维运动台驱动箱图系统软件功能分析图图硬件平台模型图系统运动控制界面图图像采集流程图图图像采集模块界面图齿轮拼接图像图变换过程图变换的尺度方向分割图图噪声分布实验结果图同尺度不同方向系，直接进行标定参数的计算。自标定脱离了传统标定中标定物的束缚。能够在采集图像数据的同时进行标定，节省了时间，提高了检测效率。但是该方法对于运动控制精度依赖性强。自标定方法的数据采集方法统，但是对于数据的软件处理有不同的解决方案。目前已经存在的具体自标定实施方案有方程自标定法二次曲线自标定法分层自标定法。方程自标定法此方法最初用在双目视觉系统，后来经过演变，通过控制同个摄像机在空间不同位置对同个物体进行拍摄，根据空间同个特征点在两个不同的视角下拍摄图像，结合摄像机在两个不同位置的具体位姿关系来进行标定参数计算。该方法的优势之处在于同个摄像机，不用考虑摄像机内参数的影响，将主要的研究重点放在了外参数研究方面。二次曲线自标定法对于采集到的图像，如果单纯从图像特征点来进行特征提取，容易存在偶然性误差，影响检测系统的特征提取的可靠性。二次曲线法则是通过对图像上进行特征曲线拟合然后根据多组图像的二次曲线之间的变化关系，结合每张采样图片之间的空间位置运动关系，来实现摄像机成像模型的参数标定。该方法的创新之处在于改进了之前的特征点提取，以特征曲线为研究对象，使得系统的鲁棒性有了定的提高。分层自标定法分层自标定是由哈特利和海顿提出的。分层自标定相对于方程进行了优化。对无穷远处点集的致性问题进行了研究。分层自标定是在完成投影和图像之间的重建的基础之上，首先添加约束条件，然后完成仿射标定和欧氏标定。分层标定优点在于不需要做高精度的单向运动，只需随机拍摄三张图片即可实现，因而该方法不足之处就在于对图像质量有较高的依赖性。万方数据中国计量学院硕士学位论文本文主要研究内容针对小模数齿轮机器视觉检测系统中摄像机与平台之间的倾斜问题，通过摄像机标定的方法，建立了齿轮图像坐标到世界坐标的转换，并对其倾斜进行了测量计算。通过将齿轮检测计算的结果和国家齿轮检测中心检测报告进行比对，对整机的性能进行了验证。本文的写作思路如下。第部分绪论。介绍了课题的来源及意义，并对摄像机标定的国内外现状进行了叙述。第二部分实验平台搭建。首先根据项目任务书对仪器的整体性能指标要求进行了概述，简要介绍了检测系统的组成。在此基础之上将系统分为三个模块分别进行了描述。每个模块中针对各个器件的具体参数进行了说明。最终实现了硬件平台的搭建。第三部分系统软件开发环境的搭建。首先进行系统软件需求分析，将其整体分为验证类和工程开发类两个方面的软件开发。验证类采用开源的和，主要进行降噪和标定的验证工程实现类的开发平台为下，主要是图像采集和运动控制。分别对每个部分的系统架构进行了描述。第四部分图像处理算法研究。摄像机标定前端的输入为齿轮图像，图像噪声的存在将对摄像机标定产生重大影响。本部分首先介绍了数字图像处理的常见方法，接着重介绍在适合齿轮检测降噪算法方面的研究，提出了种相关性联合降噪算法，然后对算法的各个部分进行了验证，得出了算法的核心参数，最后同其他降噪算法进行了对比分析。第五部分摄像机标定研究。首先进行了张正友标定实验，确定了摄像机标定模型的参数。然后对整机系统采用马尔标定量块进行实验，对实验中遇到的问题及解决方法进行了叙述。第六部分数据分析。对齿轮坐标进行了转换计算，并将转换后的坐标送入下阶段的齿轮参数评估系统。根据得出的齿轮参数与国家齿轮检测中心的参数进行比对，计算了系统误差，实现了对系统性能的简单评估。第七部分结论与展望。结论部分对该课题取得的成果及意义进行了描述展望部分对研究中存在的改进之处进行了叙述。本章小结首先对齿轮视觉测量的工作流程进行了简要介绍。然后对摄像机标定在检测中的功能和意义进行了相关说明。接着对摄像机标定的国内外研究现状进行了综述分析，最后对于本文各章节的主要研究内容进行了概述。万方数据中国计量学院硕士学位论文齿轮检测平台需求分析及硬件搭建检测需求分析小模数齿轮作为机械传动的重要零部件，其性能对仪表整机性能影响巨大。尤其对于精密运动控制类仪器，因此其各参数的检测是仪器制作过程中必不可少的环节。小模数齿轮具有体积小齿小的特征，常规的齿轮单啮仪双啮仪难以完成多参数的测量要求。项目基于机器视觉理论，结合实验分析，构建包括照明光学显微成像图像采集数据处理及分析等单元的完整系统，实现小模数齿轮轮廓重构多齿轮参数自动计算产品质量智能分析等功能。该系统对齿轮生产中机床调整齿轮磨损分析等也具有重要意义，有助于国内小模数齿轮设计生产水平的提升。具有亚像素精度的齿廓提取算法研究采用具有倍放大倍率的显微成像镜头万像素高分辨率黑白工业相机环形光源构成视觉系统通过中值滤波等方法对图像进行预处理降噪，利用亚像素边缘提取算法获取齿轮轮廓。图像算法分析将基于多种规格标准小模数齿轮进行至少包括种轴齿轮和种孔齿轮，提高算法对多种检测对象的适用性。算法中尽量采用自适应阈值的方法，消除图像分析过程中的人工介入，使齿轮检测结果具有较高客观性。齿轮参数视觉测量装置研制选择几种典型小模数齿轮，设计具有广泛适用性的齿轮夹具通过伺服电机运动控制卡等构建全闭环伺服控制系统，实现具有微米精度的二维定位平台显微镜头安装支架具有竖直方向细微调节功能，实现物距的准确控制高分辨力工业相机与电脑通过以太网接口连接，实现图像数据的快速实时传送。齿轮参数计算及智能分析软件开发基于开发系统下的应用程序，实现参数计算精度等级评估生产质量分析受力磨损分析等智能化功能软件采用分层设计，将图像处理智能分析功能等分割为独立模块，封装成动态链接库形式，便于后续功能扩展和软件升级。系统校准测试及性能比对齿轮图像检测装置将送国家计量部门进行校准测试，保证检测精度着重针对几何参数测量误差检测速度等两项性能与其它齿轮检测方法进行比对。万方数据中国计量学院硕士学位论文项目具体考核指标小模数齿轮精密测量样机台，其性能指标满足符合标准国家标准几何参数测量误差齿距偏差检测速度优于分钟个。硬件平台搭建图整机结构图及实物图系统硬件组成可分为三大部分图像采集系统，精密二维运动系统，机械支撑微调系统。其中图像采集系统和精密二维运动系统分别为定制加工，两者通过机械支撑微调系统组成本课题的实验平台。下面将对三部分的核心参数及功能分别介绍。机械支撑微调系统该系统主要功能为实现图像采集部分和精密二维运动部分的结合。支撑微调系统主要分为两大块，支撑部分和微调部分。支撑部分由减震基座支架支臂棱镜座板及光管夹座组成。微调部分主要有手动倾斜台调节光源手动位移台调节相机垂直位置。减震基座设计在实际的精密测量检测中，由于周围环境的振动，将会对精密测量产生较大偏差。为减少干扰，客观方面通常要求检测环境远离高速公路，位于较低楼层等，通过环境要求来降低干扰，主观方面通过设计减震装置来减少干扰，常见的减震装置有气浮台。本系统为了减少环境振动带来的测量误差，设计了个万方数据中国计量学院硕士学位论文，材质为花岗岩的基座。设计图及实物图如下图所示。图减震台设计图及实物图由上图可知，减震台上有螺孔，通过螺杆实现支架的固定和光源的固定，各个连接孔位置及尺寸由支架支臂及光管夹座决定。支架支架主要用于承载二维运动台，其设计图及实物图如下图所示。图二维台支架设计图及实物图支臂支臂主要用来固定相机，保证相机与二维运动台的垂直度。其设计图与实物图如下图所示。图相机支臂设计图及实物图万方数据中国计量学院硕士学位论文相机座及手动位移台相机座用于实现对相机的固定。其实物图与设计图如下图所示。图相机座及手动位移台为了保证相机能够和齿轮之间有个合适的物距，使相机能够成出清晰的图像，因此需要设计调节物距的装置。设计了个手动位移台，利用螺旋位移杆来调节垂直方向上相机到二维台的距离。量程为，调节精度。光管夹座及手动倾斜台光管夹座用于实现对激光光源的固定。其实物图与设计图如下图所示图光源夹座及手动倾斜台为了保证光源发出的光能够垂直射入棱镜，因此需要对光源角度进行调节，在光源支架处设计了个手动倾斜台，可以调节光源的倾斜角度。棱镜座板棱镜座板用于实现对五角棱镜的固定。五角棱镜用于改变光路，使其成为背光。棱镜的固定直接关系到光路的重复性。实物图如下图所示。万方数据硕士学位论文小模数齿轮视觉检测系统中的自标定技术研究作者张玉德校内导师叶树亮教授校外导师林振兴高工专业领域仪器仪表工程中国计量学院二〇四年六月万方数据，万方数据中图分类号学校代码密级公开硕士学位论文小模数齿轮视觉检测系统中的自标定技术研究作者张玉德专业领域仪器仪表工程校内导师叶树亮教授校外导师林振兴高工申请学位工学硕士论文类型应用研究二〇四年六月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文