基于机器视觉的手机屏幕表面划痕检测研究

针对手机屏幕图像划痕缺陷形状不规则、深浅对比度低的问题，提出基于机器视觉的手机屏幕表面划痕检测方法。首先采用PatMax算法和仿射变换对手机屏幕图像进行预处理；然后采用剪切变换将图像分解成低频和高频两部分，构造0°、45°、90°和135°四种方向的元素形状对低频部分进行灰度闭运算操作，同时对高频部分进行N×M中值滤波去噪处理，通过剪切逆变换生成增强图像；最后采用改进的Otsu双阈值方法对目标进行提取。随机选取450张手机屏幕图像进行实验，检测率最高可达98.7%，结果表明，该方法能够有效增强图像的细节信息，相比其他方法，极大地保证了划痕缺陷的完整性。     

面向单向器星轮自动化装配的视觉检测定位

针对传统单向器星轮人工装配效率低下问题,分析了单向器星轮装配过程,构建了基于计算机视觉技术的工业机器人自动化装配方案。首先利用CCD摄像机捕捉星轮表面形貌图像,然后利用Open CV视觉库进行了摄像机标定,再结合图像噪声去除,Hough圆检测,轮廓提取等技术,实现了星轮位姿的非接触式视觉检测。最后以单向器为例验证了该检测方法的有效性,机器人通过视觉获取的星轮位姿信息完成自动化装配。     

表面损伤衍射双向反射分布函数模型建立及分析

建立了包括划痕和坑点在内的表面损伤的衍射双向反射分布函数(BRDF)模型,并分析了模型在各领域中的应用。通过使用非傍轴标量衍射理论,提出了采用相干窗口函数滤波的方法得到非相干光条件下的表面损伤衍射BRDF模型,得到了表面划痕和坑点的散射特性。该方法在表面损伤检测、表面损伤杂光分析以及图像渲染技术等领域都有重要的应用价值。     

基于滤波差分的双阈值弱划痕提取算法

高质量光学元件表面缺陷中存在一些深度较浅或者宽度较窄的划痕,在暗场成像检测中,该类划痕产生的散射光灰度值很低,甚至淹没在背景光中,很难被目视或常规机器视觉识别,造成划痕缺陷的漏检。针对该问题,以既有的疵病检测系统为基础,根据划痕灰度的等级特征,提出双阈值法分类处理划痕缺陷。在低阈值的弱划痕处理中,根据弱划痕和背景的频率特征以及空间对比度特征,设计了频域滤波及背景差分算法。通过空间域以及频率域的滤波处理,排除高频噪声以及高亮度噪声,根据几何特征等提取弱划痕图像中的复杂背景。经差分处理后,提取弱划痕并增强对比度,最后与正常灰度级划痕信息一同通过高阈值(正常阈值)进行后续划痕的特征提取,即得到所有的划痕信息,为划痕缺陷总长度计算以及最大长度的分级判定奠定基础。实验结果表明,该算法避免了过低二值化阈值引入的背景等不规则噪声,使得划痕与背景的对比度大大增强。目前该算法已经应用于惯性约束聚变系统中大口径光学表面划痕的定量检测,并且使长度计量的准确度已提升到约80%。     

基于频域纹理消除的结构性纹理缺陷检测方法

针对金属加工表面等结构纹理表面图像缺陷检测问题，结构纹理的存在会对缺陷（比如划痕）检测带来干扰，该文开展在频率域中消除背景纹理的方法来进行缺陷检测的研究。首先基于傅里叶变换的图像复原技术，空间域图像中的结构性纹理对应傅里叶域中高能频率分量，使用最小二乘法直线拟合操作去除，并将这些能量设置为零，经傅里叶逆变换为空间域图像。在复原的图像中，原始图像中的结构纹理区域将变为近似的均匀灰度级，但其中缺陷部分将被保留下来。再使用统计过程控制来设置阈值的方法就能从复原图像中分离出缺陷。最后在一系列的结构性纹理图像上的实验证实了所提方法可行且有效。     

“网格式平行线法”在螺纹参数测量中的应用

在计算机视觉理论基础上发展起来的视觉检测(vision inspection)技术具有非接触、速度快、精度适中、可实现在线等优点，已广泛地应用于工业产品的在线检测。在计算机视觉检测技术中CCD摄像机是一个最关键的器件，其参数是否准确决定了检测的精度。所以，摄像机标定是视觉检测技术中最基本的也是最重要的一步。在比较其他标定方法的基础上，为了解决传统标定方法对螺纹图像测量系统所带来的一系列问题，采用了一种新的图像测量系统的标定方法——网格式平行线标定方法，该方法运用了CCD亚像素细分技术及调焦技术，可直接得到纵横2个方向的像素，经过理论分析及实验结果均表明，采用该方法具有标定简单、精度高、重复性好等优点，是一种较好的螺纹图像测量系统标定方法。     

基于圆结构光照明和LED照明相结合的三维检测技术

针对孔内表面的检测问题,提出了一种新的基于结构光照明和LED照明相结合的三维检测技术。该方法主要包括三个步骤:首先通过圆结构光照明获取孔内表面的截面轮廓图像,并通过图像处理和系统标定得到当前截面上局部区域的深度值;然后通过平面光照明得到孔内表面的平面图像,并在分析成像关系的前提下,在对平面图像进行坐标变换后得到孔内表面的展开图像,结合图像处理算法,提取展开图像的局部区域的平面尺寸信息;最后将圆结构光数据和LED光源数据变换到同一全局坐标系下,得到内表面的三维信息。     

基于图像拼接的柱体表面物证图像采集方法的研究

针对刑侦领域柱体表面遗留物证无损获取的要求,提出一种基于图像拼接的柱体表面物证图像超高分辨率采集方法。采用高分辨率单反相机获取匀速旋转的柱体图像序列,将图像视觉显著性原理应用到序列图像,检测出柱体;在Shi-Tomasi算法检测出角点特征的基础上,提出位置受限的双向角点匹配微元提取算法;拼接得到一幅柱体360°视角的高分辨率全景图像。实验结果表明,此方法能够获取满足拼接要求的序列图像,拼接结果与实际图像比较,不失真,误差小,满足刑侦领域物证比对的要求。     

基于机器视觉的圆孔尺寸测量系统研究

针对常见的圆形目标检测,开发了一套基于机器视觉技术的圆孔尺寸测量系统,采用混合噪声滤波、模糊和遗传边缘检测方法从采集的零部件图像中,提取出圆孔图像的边缘,通过插值圆度检测方法,精确测量出圆孔的半径、面积等特征参数。测试表明,测量系统的平均值误差为0.010 5 mm,远远低于人工测量的平均值误差0.027 3 mm,能够满足工业应用中的精确性要求。     

基于机器视觉的量子点STM形貌图像识别研究

为减轻量子点表面形貌分析过程中的人工工作,使量子点的STM图像分析更加自动化,基于机器视觉对衬底的斜切角及量子点的形貌特性展开研究.利用腐蚀和边缘检测提取台阶形状,并通过反三角变换计算斜切角.利用二值化和阈值下降对量子点的数量与空间坐标进行提取,在此基础上,通过邻域密度计算分析其均匀性,并在解决图像中的粘连问题后找出量子点的尺寸.实验结果显示,与人工统计相比,斜切角、量子点计数及尺寸的平均误差分别为5.02%, 0.7788%及1.12%;并实现量子点均匀性的自动化统计与分析.基于机器视觉算法的自动识别过程,对协助研究者分析量子点表面形貌有实际意义.     

CO_2激光光栅式扫描修复熔石英表面缺陷的实验研究与数值模拟

基于熔石英材料对波长为10.6μm的CO2激光具有强吸收作用这一特点,提出采用CO2激光光栅式多次扫描修复熔石英光学元件表面密集分布的划痕和抛光点等缺陷的方法.实验结果表明,在合理的扫描参数下,元件表面的划痕和抛光点等缺陷可被充分地消除.损伤阈值测试结果表明,表面划痕和抛光点等缺陷被完全消除的元件的损伤阈值可回复到或超过基底的损伤阈值.同时结合有限元软件Ansys的模拟结果分析了CO2激光扫描修复及消除元件表面划痕和抛光点等缺陷的过程.本文为消除元件表面划痕和抛光点等缺陷提供了非常有意义的参考.     

Analysis of flexural mode focusing by a semianalytical finite element method

Focusing is one of the most promising techniques for the detection of small defects in pipe works, in which guided waves including longitudinal and flexural modes are tuned so that ultrasonic energy can be focused at a target point in a pipe, and analysis of reflected waves gives information on defects such as location and size. In this paper, the focusing technique is discussed by way of a simulation of guided wave propagation in pipe by a semianalytical finite element method (SAFE). Experiments and SAFE calculations were compared for waveforms transmitted by a single transducer and received at different circumferential positions initially, and then the focusing phenomena were experimentally observed using focusing parameters obtained by calculations. Calculation and visualization were conducted to clarify focusing phenomena in pipe in investigating the potential of the focusing technique. These results show that the time-reversal idea helps in understanding focusing and that resolution of focusing is strongly affected by incident waveforms as well as the number of channels available in an experiment.     

光学元件的表面划痕及其对入射激光的调制作用

 对光学元件表面划痕进行了细致的观察，并将它们分为单划痕、双划痕和多划痕三类，采用时域有限差分方法，以加工过程中常见的直径为二分之一波长的半圆形划痕为基本研究对象，数值模拟了位于光学元件前后表面的多条划痕附近的空间光强分布，总结了在不同划痕条数下光强最大值随着划痕间距变化的曲线图。结果表明：位于光学元件后表面的划痕比位于前表面时更加容易引起光学损伤；在多条划痕情况下，空间光强最大值随着划痕间距的增大呈周期性变化，并随着划痕间距的不断增大而趋于一稳定数值。     

Application of a He3Ne infrared laser source for detection of geometrical dimensions of cracks and scratches on finished surfaces of metals

In this study, the authors addressed a new method of measurement for microscratches and cracks on finished metallic surfaces. The technology proposed here can be used in aviation, automobile, machine-tools, bearings, electrical and thermal devices (detection of electrical and thermal contact resistance), and many other industrial fields where finished surfaces have to be inspected for quality before use. The technology is based on the application of He3Ne laser optics. This measurement method allows for the inspection of geometrical parameters such as depth and width of scratches and cracks and consists of a low-energy He3Ne red laser beam (wavelength 633 nm) with a cross-section of 0.48 mm, beam expander with special designed slit, multi-axis stage with sample holder and CCD (charge-coupled device) visual detection system. Using experimental data, a mathematical algorithm was created in order to calculate the depths and widths of the scratches and cracks where the method of center of gravity (centroid) of the imaged area was used. The results showed a good correlation between the experimental and calculated values of the dimensions of the scratches. Future work will deal with the determination of the geometrical dimensions of microcracks.     

一种基于小波分析的唐卡图像划痕检测

唐卡图像在其保存和搬运过程中较易出现细微的划痕,针对所出现的垂直(水平)划痕进行了自动检测算法研究。垂直(水平)划痕实质上属于特殊的边缘,首先利用该特性采用小波模极大值描述图像中目标的多尺度边界;然后再通过投影变换放大划痕中心的亮度极值特性,并基于多尺度突变点检测找到划痕的位置;最终采用标注联通分量、设置高度和宽度约束得到划痕的掩膜。实验结果表明,利用该方法取得了较好的检测效果。     

数字散斑亚像素小角位移测量的曲面拟合法

与传统测量方法相比,数字散斑相关法由于其目标特征单元网格划分的灵活性,能够更好地满足不同场合小角位移的测量需求。针对该方法亚像素小角位移测量的曲面拟合参数选择问题,研究了亚像素测量图像小角旋转前后的九点二次曲面拟合法,并根据计算机生成模拟散斑进行模拟实验分析,得到最佳误差效率优化条件下的曲面拟合法求解亚像素小角位移的最佳散斑尺寸3.5 pixel、计算窗口尺寸41×41 pixel和拟合窗口尺寸3×3 pixel。实验验证了上述测量参数的有效性,为进一步的曲面拟合法数字散斑成像角位移测量提供参考。     

Investigation on Rijke pipe＇s acoustic characteristics by numerical simulation： modeling the pulsing flow field coupled the inner of pipe with its outer space

Based on the results of fluid dynamics, heat transfer and acoustics, a Computational Fluid Dynamics （CFD） method was utilized to study the acoustic characteristics and self-excited pulsation mechanism inside a Rijke pipe. To avoid settling the irrational boundary conditions of the finite-amplitude standing wave in the Rijke thermo-acoustic system, the simulation modeling in the flow field, which coupled the inner of pipe with its outer space, was carried out to replace the traditional way in form of internal flow field numerical investigations. A hypothesis for heat source in energy equation including the relationship on unsteady heat of air around heat source, oscillation pressure and oscillation velocity was presented. To reflect the essence of Rijke pipe, simulation on self-excited oscillation was conducted by means of its own pulsation of pressure, velocity and temperature. This method can make the convergence process steady and effectively avoid divergence. The physical phenomenon of the self-excited Rijke pipe was analyzed. Moreover, the mechanisms on the Rijke pipe＇s self-excited oscillation were explained. Based on this method, comparative researches on the acoustic characteristic of the Rijke pipe with different size and different shape of nozzle were performed. The simulation results agreed with the experimental data satisfactorily. The results show that this numerical simulation can be used to study the sound pressure of nozzle for the engineering application of Rijke pipes.     

基于表面增强拉曼光谱技术的金表面耐腐蚀性分析

金属表面耐腐蚀性能与其微观结构密切相关。以金为分析对象,采用不同粒径氧化铝抛光粉抛光处理金片表面,经扫描电镜和原子力显微镜观察,表明金片表面具备与实际工件类似的微观结构,在此基础上,研究金片表面微观划痕结构对表面增强拉曼散射(SERS)以及耐腐蚀性能的影响。以罗丹明B为探针分子,对不同特征尺寸的微观划痕进行SERS分析,获得了罗丹明B的SERS信号强度随划痕平均特征尺寸的变化规律。通过改变拉曼激发光偏振方向与划痕方向的夹角大小,发现SERS信号主要归因于激发光与划痕相互作用产生的横向表面等离激元。划痕平均特征尺寸在50 nm附近时,横向表面等离激元最强,之后随着划痕平均特征尺寸增加,横向表面等离激元逐渐变弱。另一方面,对具有不同特征尺寸微观划痕的金片进行电化学极化测试,获得了各样品的自腐蚀电位,发现金片的自腐蚀电位随着划痕平均特征尺寸增大而降低。结果表明,当划痕平均特征尺寸大于50 nm,金表面的SERS信号与自腐蚀电位间存在良好的线性对应关系,这为SERS技术用于工件耐蚀性分析提供了依据。通过在工件表面滴涂探针分子并使用便携式拉曼光谱仪测量有望可以对工件耐蚀性进行现场快速预判。     

Forced flexural vibrations of a pipe with a liquid flow

The effect of a liquid flow on the forced vibrations of a pipe under an external driving force is studied both theoretically and experimentally. The analytic dependences of the displacement field on the frequency, the liquid flow velocity, the force application point, and the parameters of the pipe and the liquid are determined by means of the small perturbation method. Experimental results agree well with theoretical dependences. It is shown that the effect of the liquid flow on the pipe vibrations is maximal in the vicinity of the resonance of the second vibration mode.