基于机器视觉的道岔钢轨件端面尺寸测量

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目基于机器视觉的道岔钢轨件端面尺寸测量作者姓名郑玉倩学科专业计算机应用技术指导教师窦燕副教授2015年5月中图分类号：TP311学校代码：10216UDC：654密级：公开工学硕士学位论文基于机器视觉的道岔钢轨件端面尺寸测量硕士研究生：郑玉倩导师：窦燕副教授申请学位：工学硕士学科专业：计算机应用技术所在单位：信息科学与工程学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinComputerApplicationTec

2、hnologySIZEMESUREMENTOFTHERAILENDFACEBASEDONMECHINEVISIONbyZhengYuqianSupervisor:ProfessorDouYanYanshanUniversityMay,2015燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于机器视觉的道岔钢轨件端面尺寸测量》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重

3、要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《基于机器视觉的道岔钢轨件端面尺寸测量》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文

4、的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日-IV-摘要道岔是铁路实现列车转线运行的关键轨道设备，影响道岔高精度与高平顺性的重要因素之一就是道岔钢轨件的相关尺寸制造精度。目前道岔钢轨件的端面尺寸测量通常是人工采用钢卷尺等工具测量，但是钢卷尺本身的示值误差、测量时拉力变化引起的读数误差等等都有可能造成最终的测量误差。为解决人工测量道岔钢轨件尺寸精度差、效率低、一致性差的问题，提出了一种基于机器视觉的道

5、岔钢轨件端面尺寸测量方法。首先根据实验要求和实际情况选择合适的工业相机和镜头，相机选择的是大恒图像的DH-HV5051UM-M黑白工业数字摄像机；镜头选择的是Computar5百万像素低畸变镜头定焦系列(紧凑型)——M2518-MPW2。结合实验目的和实验环境在光源的辅助下采用前向照明方式对道岔钢轨件端面进行图像采集；其次对采集的钢轨端面图像进行处理，提出了一种结合数学形态学和动态阈值的钢轨端面轮廓提取算法，包括中值滤波、基于数学形态学原理设计了一个“米”字形结构元素对图像进行去噪处理，并结合梯度幅值

6、直方图改进的OTSU算法自动确定阈值，进行双阈值检测，提取出钢轨端面的完整清晰的轮廓；再次在提取的钢轨端面轮廓图基础上利用Hough变换来提取直线，针对出现同一位置多条直线的情况，利用K-means算法进行聚类并拟合成一条直线，并介绍了基于最小二乘法原理拟合直线，进而得到钢轨端面相关部位的像素尺寸；最后对摄像机进行标定，采用张正友标定方法，通过对黑白棋盘标定板提取角点，得到相机的内外参数，结合标定的结果计算得到钢轨端面的实际尺寸并对测量结果进行误差分析。关键词:机器视觉；图像处理；尺寸测量；摄像机标定

7、；Hough变换AbstractTurnoutisthecriticaltrackequipmentoftheRailwaytoachievetrainlanerunning,animportantfactorofaffectingturnout’shigh-precisionandsmoothnessisthemanufacturingprecisionoftherelatedsizeofturnout’sparts.Currently,tomeasurethesizeofturnoutendfac

8、eweusuallyusesteeltapeorothertoolsmanually,however,thesteeltapeitselfhasindicationerror,andwhenmeasuringthetensionchangemaycausereadingerror,whatelse,temperaturechangesmayalsoleadtoerror.Eachofthemmayresultinthefinalmeasurementer