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1、华中科技大学硕士学位论文基于机器视觉的色差检测系统设计姓名：林小燕申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：孙志刚20080604 I 华中科技大学硕士学位论文 摘 要 随着计算机技术和数字图像技术的发展，机器 视觉技术更加广泛地应用于科学技术、国防建设、航空宇航、医药卫生以及国 民经济的各个领域。面向工业领域的嵌入式处理平台和图像技术的发展、成本的日 益降低以及实时性能提高，促使了工业机器视觉系统飞速发展。纺织印染行业是影 响国计民生的重要行业之一，对布匹色差的检测非常重要，这是衡量染色后布匹质 量的一个重要指标，将工业机器视觉技术用于布匹的色差检测具有重要意义。 本文介绍了机器视
2、觉的国内的发展、应用情况 ，结合国内纺织工业中印染厂的色差检测情况，提出了一种基于机器视觉的色 差检测系统。系统采用高性能彩色工业相机，通过千兆网完成数据传输以及参数控 制，很好地解决了数据传输和实时性的问题，采用基于 DSP 和 CPLD 的相机运动控制卡实现对交流伺服电机的控制。系统可以降低工厂的人力成本，提高生产速度和 染色布的质量，让产品质量管理透明化，增强企业的市场竞争力。 本文在阐述了色差检测原理的基础上，比较分 析了几种常用的色差公式，提出了系统所采用的公式。规划设计了基于机器视 觉的色差检测系统的总体方案，阐述了照明系统、摄像头和运动控制处理器的选用 原则。针对系统要实现的功能
3、，论述了色差系统 PC 端应用程序和相机运动控制卡的设计，重点分析了运动控制卡 DSP和 CPLD 系统的软硬件设计，实现了相机在机械平台上运动的加减速控制和相机运动过程中的精确曝光。最后，针对本文所提出 的色差检测系统的特点，提出了系统改进的意见。 关键词： 机器视觉 色差 图像传感器 DSP CPLD II 华中科技大学硕士学位论文 Abstract With the development of computer technology and digital imaging technology, machine vision technology has been applied in
4、 nearly all of domains that need human vision, such as science and technology, national defense, aviation and space navigation, medicine and therapies, and all fields of national economy. With the development of the platform for embedding and imaging technology in industry, the reduction of their co
5、st and the enhancement of their real-time performance boost the rapid development in industrial vision system. The printing and dying industry is one of the most important industries which can affect the economy and peoples living of the country. The detection of shading variation of cloth is very c
6、ritical, because it is a main sign of clothes quality. So machine vision in industry used to detect shading variation of fabric is significant. By making a brief description of the development and application of machine vision system in domestically and abroad, and in terms of the case of shading va
7、riation measurement in civil printing and dyeing factories, the thesis puts forward a shading variation system based on machine vision, which adopts high-powered multicolor industrial camera. The transmission of larger number of data and command parameters are passed by Ethernet, which solves the ba
8、ndwidth problem and the real-time requirement satisfactorily. The motion control board for camera based on DSP and CPLD is used to control alternating current servo. In the future, the system will reduce the labor cost and improve the quality and speed of coloring cloths, which will enhance the mana
9、gements of products quality transparent and heighten the competitive capacity in the market. After expounding the principle of shading variation, the thesis introduces some formulas for shading variation, and puts forward the formula that it adopts. The thesis designs the formula for the shading var
10、iation measurement system based on machine vision, and introduces the illumination system, image sensor and the processor of motion control board. According to the function achieved by this system, the thesis discusses the designs of application program on PC and motion control board of camera, anal
11、yses the hardware and software part of the DSP and CPLD system of the board, which achieves the speedup and slowdown of camera on the machine platform and the exposure time of III 华中科技大学硕士学位论文 camera. In the end, according to the features of the shading variation measurement system, the thesis bring
12、s forward the improved suggestions. Keyword： Machine Vision Shading Variation Image Sensor DSP CPLD 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导 师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用 的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本 文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用
13、学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 ，在 _年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 1 华中科技大学硕士学位论文 1 绪 论 1.1 机器视觉概述 人类在征服自然、改造自然和推动社会进步的过程中，面临着自身能力、能量的局限性，因而发明和创造了许多机器来辅助或 代替人类完成任务。智能机
14、器能模拟人类的功能，感知外部世界并有效地解决人所 不能解决问题。人类感知外部世界主要是通过视觉、触觉、听觉和嗅觉等感觉器官，其中约 80%的信息是由视觉获取的。视觉信息在于其独特的空间特性和结构特性， 在人类活动所涉及的各种信息中所占比重最大，是其它任何信息所无法代替的。因 此，对于智能机器来说，赋予机器以人类视觉功能对发展智能机器是极其重要的， 用图像来创建和恢复现实世界模型，最终用于实际检测、测量和控制。 在现代工业自动化生产中，涉及到各种各样的检查、测量和零件识别应用，例如汽车零配件尺寸检查和自动装配的完整性检查 ，电子装配线的元件自动定位，饮料瓶盖的印刷质量检查，产品包装上的条码和字
15、符识别等。这类应用的共同特点是连续大批量生产、对外观质量的要求非常高。通 常这种带有高度重复性和智能性的工作只能靠人工检测来完成，在一些工厂的现代 化流水线后面经常看到数以百计甚至逾千的检测工人来执行这道工序，在给工厂增加巨大的人工成本和管理成本的同时，仍然不能保证 100%的检验合格率，而当今企业之间的竞争，已经不允许哪怕 0.1%的缺陷存在。有些时候，如微小尺寸的精确快 速测量，形状匹配，颜色辨识等，用人眼根本无法连续稳定地进行，其它物理量传 感器也难有用武之地。这时，人们开始考虑把计算机的快速性、可靠性、结果的可 重复性，与人类视觉的高度智能化和抽象能力相结合，由此逐渐形成了一门新学科机
16、器视觉 (也称计算机视觉或图像分析与理解等 )1。 机器视觉是用各种成像系统代替视觉器官作为输入手段， 由智能机器来代替大脑完成对信息的处理和解释2。 机器视觉的最终研究目标就是使智能机器能象人那样通过视觉观察和理解世界，具有自主适应环境的 能力。机器视觉的特点是自动化、客 2 华中科技大学硕士学位论文 观、非接触和高精度，与一般意义上的图像处 理系统相比，机器视觉强调的是精度和速度，以及工业现场环境下的可靠性。图 1-1 为典型的机器视觉系统的构成。 图 1-1 机器视觉典型系统构成 典型的机器视觉系统一般包括：光源、光学系统、 CCD 或 CMOS 相机、图像采集卡、图像处理单元、机器视觉处理软件、监视器、通信 /
