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本科毕设开题报告

XXX大学

本科生毕业设计（论文）开题报告

毕业设计题目：

光源在视觉测量中的应用及设计

学  院：

 信息科学与工程学院   

专业班级：

测控技术与仪器班        

学生姓名：

指导教师：

2011年3月29日

光源在视觉测量中的应用及设计

一、课题研究的目的和意义

近年来，高性能、低成本的图像处理装置大量出现，在外观检查、定位、组装等各方面得到了越来越广泛的应用。

这主要是因为相关技术，如CCD的速度和灵敏度、电脑CPU的速度等大大提高了的缘故。

另一方面，由于图像处理器的价格继续降低，客户在照明光源方面投入更大的预算，因为大家普遍认识到照明光源才是决定图像处理能否成功的关键所在。

一个稳定可靠的图像处理系统，不仅局限于在实验室获取一时性的优质图像，更重要的是在实际生产现场持续的获得高品质、高对比度的图像，即必须能够对应生产现场有可能出现的多种多样的外部条件的变化，例如环境光线的变化、被测物体的倾斜、材质的变更等等。

为了实现这种稳定可靠的图像处理系统，提高照明光源的品质是至关重要的。

照明系统是机器视觉应用最关键的部分之一，其主要目标是以合适的方式（光照强度、光照频率等）将光线投射到被测物体上，突出被测特征部分对比度，其重要性无论如何强调都是不过分的[1]。

好的设计能够改善整个系统的分辨率，简化软件的运算，它直接关系到整个系统的成败。

不合适的照明，则会引起很多问题，例如花点和过度曝光会隐藏很多重要信息；阴影会引起边缘的误检；而信噪比的降低以及不均匀的照明会导致图像处理阈值选择的困难。

对于每种不同的检测对象，必须采用不同的光照强度才能突出被测对象的特征。

而最佳的照明选择往往需要大量的试验才能找到。

二、国内外研究现状

1990年以前，仅仅在大学和研究所中有一些研究图像处理和模式识别的实验室。

在20世纪90年代初，一些来自这些研究机构的工程师成立了视觉公司，开发了第一代图像处理产品。

尽管这些公司用视觉技术成功地解决了一些实际问题，但由于产品本身软硬件方面的功能和可靠性还不够好，限制了机器视觉的发展。

另外市场的需求也不大，工业界的很多工程师对机器视觉没有概念，很多企业也没有认识到质量控制的重要性。

这种情况一直持续到1998年，所以，我们称1990—1998年为初级阶段。

期间真正的机器视觉系统市场销售微乎其微，主要的国际机器视觉厂商还没进入中国市场。

（1）国内机器视觉照明技术的发展现状

自从1998年，越来越多的国外企业进入中国，他们带有机器视觉的整套的生产线和高级设备进入中国。

随着这股潮流，一些顶级的厂商认识到机器视觉检测对提升产品品质的重要作用。

例如，北京和利时电机技术有限公司曾经担任五家外国公司的代理商。

随着技术的发展，国内一些有实际经验的公司逐渐开发自己的视觉产品，如大恒图像【2】，它是国内首屈一指的专业视频图像处理设备供应商同时也是著名的图像应用系统集成商和解决方案提供商。

在国内视觉技术发展的同时，一些知名的外资企业也进入了中国，如东冠科技（上海）有限公司是新加坡“OrientalSystemEngineering（Singapore）lateLtd”在上海成立的独资公司，主要从事半导体集成电路生产线上的机器视觉系统以及测试封装设备的研究开发和生产。

同时还销售视像系统的附件，包括各种光源、摄像头、镜头、图像采集卡、机器视觉软件开发包、运动控制卡、软件开发包。

为各个领域的生产企业提供全方位的服务。

但目前国内专业的照明光源制造商还没有，只有代理国外公司光源的代理商，所以国内照明光源技术相对来说还处于起步时期【3】。

目前实验室的白光LED发光效率已远远超过其他灯，伴随着LED制造成本降低和光效的进一步提高，白光LED成为人类主要的照明工具这一趋势已经是毋庸置疑了【4】。

（2）国外机器视觉照明技术的发展现状

国外机器视觉照明技术的发展是非常成熟的。

日本的CCS公司成立于1992年，致力于图像处理的LED光源的开发、设计、制造和销售。

近年来，各种图像处理设备以其高性能低价格不断在市场上出现，CCS公司所应用的领域越来越宽，例如表面探测、位置的确定以及产品的整合。

该公司所研究制造的LED光源有直接照明光源（沐浴方式、低角度方式、条形方式、聚光方式）、间接照明光源（低角度方式、扁平环行方式、圆顶方式）、透射照明光源（背光方式、线形方式）、同轴照明光源（同轴方式）、特殊照明光源（平行光光学单元、多种用途的照明）等。

美国Ai（Advancedillumination）公司成立于1993年，致力于机器视觉照明技术

的丌发和研究，他们有先进的LED光源照明技术，所生产的光源有背光源、宽领域线光源、同轴光源、点光源、线光源等。

他们用自己在机器视觉照明方面的优势来改进机器视觉系统的应用。

MORITEX会社是F1本著名的光电设备仪器制造企业，包括半导体，电子，医疗，通信，生物工程，精密机电机器制造的许多高精尖领域。

在我国有很多经销商，如北京凌云光视图像技术公司等。

一般来说，日本制造的光源小巧，美国的光源产品结实，另外还提供软件控制。

日本光源外观精致，因为选用的LED小所以排列紧密；美国同类产品的LED体积大所以排列时通过精确控制LED的光轴来确保光线均匀。

总的来说，机器视觉照明技术处在一个迅速发展期，随着市场的发展，未来的图像处理技术必须依赖于照明技术的同步发展[5]。

三、 课题研究的主要任务和预期目标

1主要任务及要求

计算机视觉是近年来测控领域的一个新的研究方向。

计算机视觉可以高效地实现在线产品的自动检测与测量控制等。

光源的选择与设计在视觉测量中具有举足轻重的作用。

本课题的主要工作是进行调查研究相关理论、分析光源的选择与设计方法，给出LED在视觉测量中的应用实例。

2.预期目标

1）熟悉和了解机器视觉技术

2）学习和应用LED光源技术进行视觉测量中的光照设计

3）进行调试，了解现有机器视觉系统的现状，从硬件和软件两个方面LED光源在视觉测量中的应用设计实例。

3.课题研究的工作基础或实验条件：

计算机、硬件平台、相关软件、相关资料与书籍

四、设计方案

1设计思想

摄像头对物体的照相会随着物体的材料、光照强度的不同所得的照片质量出现不同。

在本次设计中我们主要是利用LED白光光源做辅助光对物体进行补光，通过摄像技术获得一组图像，然后根据照片质量选择我们所需要的照片，并通过程序区别LED光源的强度[5]。

1．1LED的连接形式有两种如图1：

图1

从硬件和软件两个方面分析LED光源在视觉测量中的应用设计实例[8]。

2硬件设计

依据其拓扑结构，白光LED的驱动方式可以分为以下几种【7】。

2.1恒压驱动

这种驱动方式检测输出电压，通过负反馈保持电路的输出电压恒定。

由于

外接镇流电阻，效率低，并且由于是控制电压，其电流控制不精确，对于不同

特性的器件不能确定工作电流的大小，容易导致色偏[8]。

2．2总电路恒流分路调节

2.3串联恒流

驱动芯片只需提供一路电流，所有的LED串联连接，可以保证电流稳定，

并且各LED上电流一致。

但是如果串联很多LED，必须要输出较高电压。

当前

常见芯片主要工作在这种模式下．

2.4单片机控制LED

所谓单片机就是在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM（EPROMEEPROM）、时钟、定时/计数器、多种功能的串行和并行I/O口。

如Intel公司的8031系列等。

除了以上基本功能外，有的还集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。

概括起来说，单片机具有如下特点：

 具有位处理能力，强调控制和事务处理功能。

价格低廉。

如低档单片机价格只有人民币几元钱。

开发环境完备，开发工具齐全，应用资料众多。

后备人才充足。

所以单片机获得了广泛的应用

图4

3方案比较

通过前面个硬件电路的分析我们可以发现恒压、恒流驱动LED不仅控制麻烦，而且容易导致色偏。

采用用单片机实现LED的控制，一方面电路的控制可以通过软件实现，能够达到毫秒级的控制，而且没有机械磨损，对硬件的要求不高。

另一方面比较经济，在这个设计当中我们主要是应用STC89C51来控制电路，芯片容易获得，成熟度好[9]。

4软件设计流程

根据要实现的目标及程序的具体功能可以按照图8实现【11】。

N

Y

图8主函数流程图

摄像过程中的延时程序如图9所示[11]。

图9.延时子程序

五、课题进度安排

1、第一周：

了解题目内容，查阅相关资料

2、第二周：

查阅资料，查找外文文献

3、第三周：

翻译外文文献，文献综述

4、第四周：

写开题报告

5、第五周：

硬件方案论证

6、第六周：

主要功能电路设计

7、第七周：

电路原理分析参数计算

8、第八周：

部分电路仿真

9、第九周：

控制软件功能设计

10、第十周：

主要功能软件编程

11、第十一周：

软件仿真调试

12、第十二周：

修改细化设计

13、第十三周：

校验程序

14、第十四周：

进行整体系统的连接与检验

15、第十五周：

撰写论文框架

16、第十六周：

撰写详细论文

17、第十七、八周：

准备答辩

参考文献：

[1]梁明.BIV照明光源的研究.2009,4:

44～45

[2]大恒图像集团.机器视觉系统之光源篇

[3]盛强  ，何小刚.远红外发光二极管与水的浊度检测[J].科技情报开发与经济,2007,17（7）:

274～275

[4]吴冬明.白光照明LED驱动电路系统设计与研究,2009,6

[5]周志敏，周纪海，纪爱华等．LED驱动电路设计与应用[M]．北京：

人民邮电出版社2006．1

[6]郭磊.白光LED驱动器芯片设计技术研究，2007,1

[7]朱清慧，张凤蕊，翼天嵩，王志奎.Proteus教程[M].清华大学出版社，2008

[8]朱平.白色LED驱动电源设计及应用，2008,5  

[9]秦维佳，伞宏力，侯春光，等.C/C++程序设计教程[M].北京：

机械工业出版社，2007

[10]马玉真，陶丽英，王新华.计算机视觉技术的应用[B].试验技术和试验机:

2003，3：

60～63

[11]马玉真，胡亮，方志强，曹素芝.计算机视觉检测技术的发展及应用研究[A].济南大学学报,2004,18（3）：

222～227

[12]AzrielRosenfeld.ImageAnalysisandComputerVision:

1998.ComputerVisionandunderstanding.1999,4:

3695

[13]DarylMartin,APracticalGuidetoMachineVisionLighting.

[14]PedramAzad,TiloGockel,RiidIgerDillmann.Computer_VisionPinciplesandpractices.2008,4.

[15]N.sebe,IraCohen,AshutoshGarg,ThomasS.huang,MachineLearningincomputerVision.

指导教师评语：

指导教师签字：

年月日