基于图像处理的汽车用离合器片的内外径测量.docx

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基于图像处理的汽车用离合器片的内外径测量

申报信息表

项目名称

基于图像处理的汽车离合器片的内外直径检测技术研究

项目性质

（）基础研究（√）应用基础研究

项目来源

（）自主立题（√）教师指导选题

项目类别

（√）省推进（√）校立项（）自筹

起止时间

自2010年5月至2011年7月

申请人或申请团队

姓名

年级

所在院系、

专业

联系电话

内容

负责人

杨转利

计科081

电信学院

596050

汽车离合器片内外直径测量

成员

叶荣

计科081

电信学院

632449

汽车离合器片内外直径测量

羊逸强

计科081

电信学院

632530

汽车离合器片内外直径测量

指导教师情况

姓名

部门

职称

联系电话

专业领域

何仲昆

电信学院

高级工程师

138********

模式识别与图像处理

宁波工程学院学生科研项目

申报书

项目名称：

基于图技术的离合器片的

内外径检测方法研究

项目负责人：

　　　杨转利

项目领域：

模式识别与图像处理

学院名称：

电子与信息工程学院

申报日期：

2010年6月22日

项目类别：

个人项目□团队项目

宁波工程学院大学生科技创新活动办公室制

填写说明

1．申报书要按照要求，逐项认真填写。

填写内容必须实事求是，表达明确严谨。

2．格式要求：

申报书中各项内容以Word文档格式填写，表格中的字体为小四号仿宋体，1.5倍行距；表格空间不足的，可以扩展或另附纸张；均用A4纸双面打印，于左侧装订成册。

3．申报书由所在学院领导审查、签署意见并加盖公章后，一式三份（均为原件），报送学校大学生科技创新活动办公室。

一、申请理由

“学以致用”是工科学习的基本目标之一，在学习期间参与科研活动，不仅可以培养我们的创新意识和动手能力，还能够为科学研究打下扎实的基础，因此，根据课题组同学的能力，在老师的指导下，选报“基于图像处理的离合器片的内外径检测技术研究”为课题。

申请的主要理由如下：

1、课题组同学具备完成本课题的基础：

经过近两年的专业学习，课题组同学已经掌握了C、C++等程序设计语言，系统地学习了《数据结构》等课程，基本掌握了算法基础知识，进行了必要的编程训练，因此具备了完成本课题的基础。

2、课题组同学从事编程工作，都对专业探究有浓厚的兴趣：

课题组成员参加过数学建模、省、市、校内ACM程序设计大赛等活动，但是一直来都从事程序设计工作，对科学研究和程序设计有浓厚的兴趣。

3、课题组同学已有较强的学习能力，并一定的实践创新能力：

课题组成员能够在内外努力学习专业知识，在专业上有一定的想法，并在老师的指导下，完成过实用程序和算法，有较强的实践创新能力。

4、指导教师具有较强的科研和指导学生能力：

课题组同学聘请的指导教师具有较强的科研能力，目前主持和完成了多个与本课题相关的纵向和横向课题，发表了多篇论文。

指导教师具有近20年的高校教学经验，多次指导学生完成相关科研和论文工作。

从以上资料可以看到，本课题组同学，不但有浓厚的科研兴趣、明确的目标，而且也具备了完成本课题的基础知识，有较强的实践能力。

同时，指导教师有较强科研能力和良好的指导能力。

因此，课题组成员完全有能力，也有信心在老师的指导下完成本课题研究工作。

二、项目方案

1、课题背景

随着社会经济的快速发展，汽车行业的发展也越来越迅速，在汽车的制造过程中，大批的汽车用离合器片的需求量也越来越大，离合器片离合器片是生产汽车必不可少的部件，它使汽车平稳起步；中断给传动系的动力，配合换档；防止传动系过载。

可见，离合器片

的作用是很大的，因此质量要求亦愈严格，例如离合器片的摩擦性能、弯曲性能、硬度、冲击

强度都得符合一定的国家标准，在外观上，离合器片表面不允许有损伤飞轮及压盘的杂质，离合器片表面在加工后应平整，不允许有起泡、龟裂、油污、凹凸、扭曲等影响使用的缺陷。

对离合器片摩擦性能、弯曲性能等的检测科研人员已经研究出各样各式的方法，而对离合器片外观主要是指内外径的检测，传统的方法是采用千分尺人工测量，这种方法造成的误差会很大，而且效率很慢，极大地影响了汽车离合器片的生产效率。

 而我们要做的就是在离合器片生产流水线中测量出离合器片的内径,科学高效的做到第一时间测出该流水线上生产出的离合器片合格不合格.这样能大大节省生产完后再一个个去测的时间,从而提高效率。

2、研究目的：

本课题进行“基于图像处理的离合器片的内外径检测技术研究”，主要研究内容是用计算机模式识别和图像处理的方法来进行离合器片的内外径的测量，其主要目的如下：

1、将计算机视觉和图像处理方法应用到离合器片内外径的测试上：

传统的离合器片检测采用千分尺人工测量法，主要通过手工观察和估计的方法来进行测量，不仅需要操作人员有一定经验，浪费很多时间，生产效率不高，而且也存在一定的人为误差。

2、实现了离合器片内外径的在线测量：

利用本方法，在操作人员的辅助下，计算机自动选择离合器片和径向，实现了离合器片的在线测量，方便快捷，准确。

3、培养良好的科学研究方法：

作为在校的大学生，在学习专业之中进行科研项目研发有助于培养创新意识和实际动手能力，培养团队精神，增强学生进行科学研究和学术研讨的兴趣和能力，从而及早养成良好的科学素养。

3、研究意义：

本项目将计算机视觉技术和图像处理技术应用到离合器片内外径的测量上，具有实用意义，同时在宁波，汽车业等国民经济中占有举足轻重的地位，更具有重要意义，具体如下：

首先，提供了一种在线的离合器片内外径的测试方法。

利用CCD摄像机和图像采集卡以及计算机构成的机器视觉系统，才用图像处理技术，对生产线中实时拍摄的汽车离合器片图像进行高速处理，经计算机分析后计算离合器片横截面的内外径，从而避免人为误差，实现了对离合片内外径的准确测量。

传统的方法不仅劳动强度大，劳动效率较低，人为因素影响较大，且无法实现在线测量。

本项目的实施为离合器片的细度测试提供了一种在线的、自动的测量方法。

同时，不止在宁波，可以说整个中国，汽车业的发展远远落后于其他国家，不管在技术还是产量上都远不及欧美国家，因此本项目的研究对提高中国在汽车生产的研究也具有积极的意义。

4、研究内容：

本项目主要研究内容是：

用计算机模式识别和图像处理的方法来实现离合器片内外径的测量。

项目拟采用的基本研究途径为：

在外界精密光源的照射下，光学系统将汽车离合器片成像在CCD上，从而得到一幅黑白分明的图像，经图像卡将图像采集到计算机，通过编程实现对采集到的图像实现各种处理，通过计算机图像处理的方法，对采集的图像预处理后，分割出图像，得到离合器边缘信息，测得离合器不同区段的直径，并得到统计信息，如图1所示。

因此，具体如下研究内容。

图一研究流程图

1、图像获取实现：

在外界精密光源下，通过CCD摄像机拍摄多组汽车离合器片，经图像卡再将图像采集到计算机上，实现了图像的获取；

2、图像预处理研究：

任何一副未经过处理的原始图像，在生成和传输过程中必然会遭到各种噪声的干扰和影响，是原本均匀和连续变化的灰度突然增大或者减少，形成一些虚假的物体边缘或轮廓，造成图像模糊，给图像分析带来困难，因此采用图像平滑技术来抑制或者消除图像噪声。

3、图像分割技术研究：

在完成图像去噪后，需要提取图像特征，采取的方法是对图像进行分割处理，分割除离合器片的外的图像，获取离合器片的单一图像。

4、离合器片的内外边缘检测研究：

由于受外界光照均匀度的影响，还有离合器片的内外边界之间的凹凸，所以拍摄下来的图像可能导致内外圆之间出现斑点，所以为了确定图像中离合器片的边界，先检测每个像素和其直接邻域的状态，以决定该像素是否处于离合器片的边界上。

边缘检测算子检查每个像素的邻域并对灰度变化率进行量化，通常也包括方向的确定。

其中大多数是基于方向导数掩模求卷积的方法，这里采用Kirsch边缘算子。

5、内外径测量以及数据统计：

图像中除了离合器片的内圆和外圆之外，还存在其他干扰圆，如离合器片轮廓的圆，而且内圆和外圆同时处于一幅图像中，不能区分哪一点是内圆周点和外圆周点，所以必须提取离合器片边缘，并将内圆和外圆分离。

通过边界链码算法，可去掉离合器片轮廓的干扰，得到两条圆周，并且链码实现了外圆和内圆的分离，同时记录外圆和内圆各个像素点的坐标值，再通过编程算法就可以得到内径和外径。

5、拟解决的关键技术和创新点

根据上述研究内容，可以得到本项目拟解决的关键技术和创新点如下：

1》平滑（滤波）技术

由于噪声声源众多、噪声种类复杂，所以图像平滑的方法多种多样，而离合器片图像的噪声干扰不强，后续工作对图像的清晰度和边缘很高的要求，于是选择中值滤波器。

在传统的中值滤波算法中并没有考虑相邻窗口的相关信息，每次都对各自的窗口进行独立的排序从而浪费了计算时间，而事实上，在用中值滤波算法滤波的过程中，相邻窗口的相关度很大，恰当的利用相邻窗口的相关信息可以大大提高计算速度，节约计算时间，针对这一点，对离合器片图像用3*3窗口进行中值滤波。

2》图像分割技术

图像分割主要由间断检测、门限处理、区域处理、基于形态学分水岭等方法，每种方法都有其优缺点，所以应该根据图像内容采取不同方法。

而对于离合器片图像的研究最好采用阈值分割法，阈值分割后的图像为二值图像，二值图像是指图像内仅有黑（灰度值为0）白（灰度值为255）二值的图像，通过阈值迭代法可以自动搜寻出合适的阈值。

3》边缘检测方法

边缘检测算子检查每个像素的邻域并对灰度变化率进行量化，通常也包括方向的的确定，其中大多数是基于方向导数掩模求卷积的方法，这里采用Kirsch边缘算子，它由8个卷积核组成，图像中的每个点都用8个掩模进行卷积，每个掩模对某个特定边缘方向作出最大响应，所有8个方向中的最大值作为边缘幅度图像的输出，最大响应掩模的序号构成了对边缘方向的编码。

4》边界链码技术

边界链码是存储图像分割信息的一种形式，经典的八方向边界链码只是对像素周围八个像素判断，但是在尺寸检测算法中需要考虑外围第二层的像素状态，因此需要得到两条圆周，对八方向边界链码进行改进，形成十六方向边界链码；边界链码技术去掉了离合器片轮廓的干扰，并且链码实现了外圆和内圆的分离，同时记录外圆和内圆各个像素点的的坐标值，再通过编程算法就可以得到内径和外径。

6、组织实施和过程管理

本课题由杨转利、叶荣、羊逸强等三个同学组成课题小组，由杨转利任课题负责人，在何仲昆老师的指导下开展项目研究。

课题组成员仅讨论后，在组织实施和过程管理中，同意采用下列方法进行管理：

1、每周至少有三个半天或晚上时间进行课题讨论，讨论的地点拟定在教室、自修室；

1、每周至少一次向指导教师联系，汇报研究进度，讨论下一步应做工作；

2、制定进度计划，并严格遵照执行，并请老师监督；

3、小组成员一致同意，在课题研究期间，听从老师的指导。

7、实践环节

老师的实验室里已经有本课题研究相关的技术所需设备，经课题组成员讨论以后在实践环节中同意采用以下方法进行管理：

1、每周至少三次讨论，重点在于方案讨论、上阶段工作检查，下阶段工作布置；

2、算法书写和程序的调试，主要在自己的计算机上完成；

3、实验采用指导老师的设备，由于是精密仪器，且比较贵重，因此小组成员拟在老师实验室中在老师指导下完成。

8、教师指导

课题组成员一致同意聘请何仲昆老师为本课题的指导教师，每周至少一次和老师讨论课题内容，听从老师指导，服从老师安排。

老师也同意在平时工作之余参与本课题的指导。

指导内容主要在算法设计、项目的实施与安排、科学研究方法与技巧、项目开发、论文书写等。

9、工作进度安排

2010年6月到2010年7月总体方案论证，提出关键技术解决方案；

2010年9月到2011年3月算法设计、实验、软件开发

2011年4月到2011年6月系统验证，论文书写

2011年7月项目验收、结题

三、所属学院提供条件（包括项目开展所需的实验实训条件、配套经费、相关扶持政策等）

本实验室具备本课题研究中所需工业相机、采集卡、计算机等设备。

同意课题组学生在项目研究中，在老师的指导下使用该设备。

并在计算机使用、教师工作安排等方面予以协助。

四、预期成果

拟发表成果：

1、基于图像处理的纺织纤维细度检测软件1份；

2、在核心期刊发表研究论文1篇，学生为第一作者；

3、科研项目总结报告1份。

五、经费预算（包括每笔经费的支出科目、计算根据及理由）

名称费用（元）说明

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资料费1000用于采购资料

论文版面费1000用于发表论文

设计试验费1000用于采购离合器片材料

打印装订费100打印和装订

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合计3100元

六、指导教师推荐意见

采用显微镜放大和计算机视觉技术和图像处理方法进行纤维直径检测在国内尚处于研究起步阶段，虽然已经有相关的研究成果，但是也存在误测率高，需要较多的人工辅助，软件产品的可靠性和成熟性不够等问题。

因此，本课题的研究方向，具有较大的实际意义和领先性。

本人在此方面做过一定的工作，积累了相关的研究经验，并且具有本项目研究的全部硬件设备。

同意作为本项目的指导教师，来指导学生科研工作，并愿意提供相关设备供学生科研使用。

签名：

年月日

七、学院推荐意见

院系负责人签名：

学院盖章：

年月日

注：

表格栏格不够可增加。