电子通信与软件工程系本科生毕业论文(设计)开题报告.doc

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表2
电子通信与软件工程系本科生毕业论文（设计）开题报告

装

订

线

（学生用表）
课题
视觉检测系统的分析研究
系
电子通信与软件工程
专业
电子信息科学与技术
学科
图像处理
学生

指导教师
郭中华

课题来源及意义
在现代制造业的自动化生产中,涉及到各种各样的检查、测量和零件检测应用。这类加工生产的共同特点是连续大批量生产,对尺寸精确度的要求非常高。传统的检测方法效率低,误差大,已不能适应目前的工艺要求。这时,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,使机器视觉在工业检测中的应用越来越广泛。机器视觉的特点是自动化、客观、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。
由于机器视觉系统可以快速获取大量信息，而且易于自动处理，另外机器视觉系统在设计过程中可以为人们提供各种文件信息，以及产品在加工过程中的控制信息，为人们日常设计生产提供方便。因此，在现代自动化生产过程中，人们将机器视觉系统广泛地用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。
但是机器视觉技术比较复杂，最大的困难在于人的视觉机制尚不清楚。人可以用内省法描述对某一问题的解题过程，从而用计算机加以模拟。但尽管每一个正常人都是“视觉专家”，却不可能用内省法来描述自己的视觉过程。因此建立机器视觉系统是十分困难的任务。可以预计的是，随着机器视觉技术自身的成熟和发展，它将在现代和未来制造企业中得到越来越广泛的应用。

国内外发展状况
在国外，机器视觉的应用普及主要体现在半导体及电子行业，其中大概40%-50%都集中在半导体行业。具体如PCB印刷电路：各类生产印刷电路板组装技术、设备；单、双面、多层线路板，覆铜板及所需的材料及辅料；辅助设施以及耗材、油墨、药水药剂、配件；电子封装技术与设备；丝网印刷设备及丝网周边材料等。SMT表面贴装：SMT工艺与设备、焊接设备、测试仪器、返修设备及各种辅助工具及配件、SMT材料、贴片剂、胶粘剂、焊剂、焊料及防氧化油、焊膏、清洗剂等；再流焊机、波峰焊机及自动化生产线设备。电子生产加工设备：电子元件制造设备、半导体及集成电路制造设备、元器件成型设备、电子工模具。机器视觉系统还在质量检测的各个方面已经得到了广泛的应用，并且其产品在应用中占据着举足轻重的地位。除此之外，机器视觉还用于其他各个领域。例如汽车制造行业：汽缸盖监测、汽车车身检测、汽车制造业金属铸件检测。电子行业、半导体行业：PCB钻孔板钻孔定位及测量、BGA锡珠检测、航天电池片检测、键盘表面缺陷检测、 烟草行业： 条包在线油封质量检测、小包在线包装质量检测、烟支外观检测。金属加工行业：工件表面质量在线检测、工件识别测量定位、圆孔直径测量、齿轮缺陷检测。包装行业：证件配页装订在线检测、票据号码印刷质量在线检测、啤酒瓶盖高速检测、 卷烟条盒包装质量检测。 生物识别：指纹检测、人脸识别、细胞分析系统。
 而在中国，视觉技术的应用开始于90年代，因为行业本身就属于新兴的领域，再加之机器视觉产品技术的普及不够，导致以上各行业的应用几乎空白。到二十一世纪，大批海外从事视觉行业技术人员回国创业，视觉技术开始在自动化行业成熟应用，2004年，在国内视觉行业具有划时代意义的是深圳创科推出国内首款高性能机器视觉软件开发包CKVision，特点是精度高，识别速度快，功能全面,对环境光线等干扰不敏感，检测可靠性极高。CkVision目前在电子、半导体、激光、PCB、包装、测量、监控、游戏等行业得到广泛的应用。代表了国内视觉技术已经日益成熟，目前在我国随着配套基础建设的完善，技术、资金的积累，各行各业对采用图像和机器视觉技术的工业自动化、智能化需求开始广泛出现，国内有关大专院校、研究所和企业近两年在图像和机器视觉技术领域进行了积极思索和大胆的尝试，逐步开始了工业现场的应用。其主要应用于制药、印刷、矿泉水瓶盖检测等领域。这些应用大多集中在如药品检测分装、印刷色彩检测等。真正高端的应用还很少，因此，以上相关行业的应用空间还比较大。当然、其他领域如指纹检测等等领域也有着很好的发展空间。
视觉检测的应用以及最新技术
机器视觉系统被广泛用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。主要包括产品表面缺陷在线检测，陶瓷砖长宽尺寸视觉检测系统研究，机器视觉在烟盒包装检测中的应用，机器视觉搭建药品包装检测等等。
另外，随着测量仪器智能化、自动化要求的日益提高,视觉检测系统自动标定、甚至自标定成为一种必然趋势。以往的视觉标定技术或者需要外部实体高精度靶标介入,或者采用多图像标定(依靠多图像和相机姿态的关联),需要人手工介入,过程繁琐,效率低,精度有限。如今在检测系统中内置一个高精度标准件,通过引入一条光路来进行标定,使标定可以做到实时、自动、快速,克服了以往标定方法的弊端，这是可用于三维视觉测量系统的自标定解决方法。
还有的就是基于遗传算法的新的边缘检测技术，这是一种新的边缘检测技术用于边缘和前置放大器电路焊接点的合格检测，该电路是硬盘驱动器中非常重要的组成部分。检测系统中通过目标函数表示几组数据集的实际和测量值之间的总误差。遗传算法（GA）可以自适应的找到最优滤波器以增强检测系统的精度。结果表明：利用该边缘检测技术设计的系统的精度要明显高于传统滤波器系统。另外，其检测速度也比人工检测快的多。
国外新技术也包括美国国家仪器有限公司近日发布了全新的嵌入式机器视觉系统，可帮助制造行业工程师和系统集成商在进行产品分类、装配验证以及包装检查等应用时，快速建立高速实时机器视觉系统。NIEVS－1464RT嵌入式机器视觉系统配备一个高性能的多核控制器，能够处理多个IEEE1394和GigE相机中的图像。多种数字I／O和工业通信选项，使得系统可以与可编程自动化控制器、可编程逻辑控制器、人机界面、传感器和执行器等自动化设备进行通信与集成，从而完成更快速的检测。

研究目标、内容

研究目标
了解国内外视觉检测系统的发展历史及最新进展，由浅至深逐渐掌握视觉检测系统发展过程中的应用，通过典型案例说明视觉检测系统的应用，达到对视觉检测系统的全面认识。
研究内容
药片包装的缺损检测，针对这一个方面有什么关键技术做个调研：机器视觉在包装领域有着广泛的应用，目前国内已有利用机器视觉技术针对某些特定物件进行质量检测的案例，如饮料瓶封口检测、药片包装缺损检测、针剂包装缺失检测等，其工作原理为：针对包装的实际产品，利用CCD 或COMS 相机和图像采集系统获取目标图像，再将该图像转化为计算机能识别的数字信号传入计算机，由计算机结合数字图像处理和模式识别技术，实现自动智能识别、判读和检测，最终通过剔除机构完成废品分离。
基于机器视觉技术的通用平台的设计，它由硬件和软件两大部分组成，是一个集机器视觉、光传感器和机电技术于一体的机电一体化方案，通过采用CCD 或COMS成像技术、数字图像处理和计算机视觉技术，利用计算机智能检测软件系统来替代人工工作，能自动识别包装产品的实际状况，并控制剔除机构实现成品与废品的可靠分离。

包装检测系统硬件药检测系统的硬件主要有相机、镜头、传感器、光源等。目前工业用相机主要有CCD 和CMOS 两种。早期CCD 相机比CMOS 相机更灵敏，在昏暗的光照下可以照出较好的相片，因此工业上应用较为普遍的是CCD 相机。镜头的几个主要参数有：成像面、感光片尺寸、焦距、视野、物距、景深和视角。
目前视觉界使用最广泛的视觉软件主要有Halcon、Evision 和Xcaliper 等。Halcon 相对其它视觉软件运用稍微复杂一点，只提供了一个供显示的可示化组件，但功能最多最强，灵活性更大，而且由于运用了sse2 技术，所以其速度快；Evision的运用稍微简单一点，所有功能均有可视化组件，它运用了MMX 技术，速度也不慢，但功能上要比Halcon 差一些，例如: 只能接Euresys 图像采集卡、图像区域只能是矩形选择、处理完成后不能自定义是否显示处理结果等；XCaliper 的速度略慢于Halcon，它也是采用可视化组件编程，但是它在调用时初始化较慢，退出软件如没有释放资源会使程序崩溃。
在目前主要采用药片包装缺损检测控制系统包括识别算法、用户界面和通信三个子系统，分别完成检测识别、机械控制和通讯功能。系统软件基于Windows 平台，用VB 语言编写，并引入了德国MVTEC 公司的halcon语言进行图形处理。
我为什么要提出这个课题 选择药品检测系统作为例子：
当前药片包装检测是制药行业中队药片生产质量进行控制的一项关键技术。相比较国外的制药行业而言，国内的制药行业大部分都还在采用人工检测等传统的检测方法来分拣次品，工作量大且检验速度较慢，生产效率相当低。传统的检测方法开始逐渐不能满足生产的需要，因此利用机器视觉的方法对产品进行检测成为一种最佳的解决办法。机器视觉系统能代替人完成检测、分类工作，能够大幅降低检验成本，提高产品质量，大大提高劳动生产率，并为劳动者创造一个舒适的工作环境。利用机器视觉识别系统代替人工进行药品包装检测具有实用价值，特别在自动化生产线上代替人工从事快速、单调的产品检验工作，可以达到快速、准确的效果。在制药行业，国外从高端的工作站到通用的视觉传感器，都有非常普遍的应用。随着国内GMP 的强制推广和深入，以及用户对质量问题日益重视，更多的用户开始把解决问题的思路转到视觉上来。所以，机器视觉技术在制药工业中的应用将越来越广泛.
本文主要以一种基于机器视觉技术的药片包装缺损检测系统方案为具体例子，并加以分析研究其具体实现的方法及原理。该系统总体上由硬件和软件两大部分组成, 其工作原理是: 包装好的药片在传送装置中传输, 传送装置在机器中分为两个区域: 检测区和分离区。在检测区, 通过高速CCD 摄像机将传送中的连续的药片图像传输到计算机中。计算机对记录下的图像进行分析, 分辨出未填置药片的，废板。当药板进行切割后进入分离区时, 横向安置的喷枪射出高压气体把废板快速吹出, 落入废品箱, 而成品药板正常落入成品区, 从而实现成品和废品的分离。
围绕系统的实现，论文将详细分析描述系统的以下4点：
1、介绍视觉检测系统的应用背景、国内外研究状况，并对本文的章节进行安排。
2、首先介绍有关视觉检测的基本知识，其中包括数字图像处理技术、机械工程技术、控制技术、电光源照明技术、光学成像技术、传感器技术、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术、人机接口技术等，其次介绍系统软件基于Window s 平台的所运用的Delphi 语言环境。
3、介绍药片包装缺损检测系统的硬件组成及各部分硬件电路的设计和实现。
4、介绍药片包装缺损检测系统的软件设计思想和设计过程。

方法、手段
本次毕业设计整体框架采用的方法是研究法、对比分析法，归纳总结法、实地实际操作观察。
首先通过在互联网的网站上浏览并下载关于“视觉检测系统”这一课题的相关文献及内容，通过仔细阅读，对视觉检测有个大致了解和初步的认识，可以回答它现在的发展状况到底如何，它的作用和意义等这一系列的问题。
然后通过图书馆等查阅相关资料，通过计算机的软件模拟等手段深入地去分析视觉检测系统的工作原理及工作流程，通过认真阅读，仔细分析，从而对其有一个更进一步的了解。另外有机会的话可以尝试去到药品生产检测的厂房，通过对应用了视觉检测这一系统的机器装置进行实际地观察并做下相关记录和笔记。
最后是通过自身的理解和体会，具体描述一下该视觉检测系统的发展前景和发展方向。

进度安排
2010年11月 完成总体构思
2010年12月 完成资料收集
2011年1月 完成资料分析
2011年2月 完成论文整体
2011年3月 整理完善论文

实验方案的可行性分析
一、经济可行性。目前大多数制药厂在药片包装生产线上, 一般采用人工进行目测的方法分拣次品, 检测人员的工作状况对于检测效果有着很大的影响, 而且这种工作方式检测效率低、成本高、劳动强度大。手工劳动的插入严重影响了药片包装生产线的工作效率, 不但浪费了大量的劳动力资源, 而且包装质量不能从根本得到保证。有些厂家采用长时间录像机进行录像方式来弥补由于人工检测所带来的失误, 但这失去了实时检测的意义,同时也存在检测成本高的问题。因此，从经济上是可行的。
二、研究过程可行性。由于研究所需要的搜集资料，分析资料，总结要点等各方面能力，本人在大学实训课堂上都有所接触，并且进行了一定的实践，所以也具备了上述各方面的能力，个人还是比较有信心，并通过多方面搜集材料，以充足的内容完整对这次研究做出呈现。
由以上分析可以得出该视觉检测技术研究方案是可行的。

实验条件
设备 X86架构个人电脑一台
操作系统 windows XP

具体参考文献

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[ 20]高晟丽. 基于机器视觉的工件检测技术研究[D]. 解放军信息工程大学, 2006 

选题是否合适： 是 否
课题能否实现： 能 不能
指导教师（签字）
年 月 日
选题是否合适： 是 否
课题能否实现： 能 不能
指导小组组长（签字）
年 月 日
注：本表不够可增加空白页。