提出了一種基于FPGA和四元數(shù)的高強度低合金厚鋼板激光焊接熔池圖像邊緣檢測系統(tǒng),以及該系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。針對大功率激光焊接速度快和控制實時性要求高的特點,采用FPGA構(gòu)建熔池圖像高速處理平臺。通過實驗研究,分析了基于FPGA的四元數(shù)運算的精度。構(gòu)建了基于FPGA和四元數(shù)的彩色圖像邊緣檢測系統(tǒng)軟硬件平臺,采用單位四元數(shù)以及三維空間矢量旋轉(zhuǎn)的對應關(guān)系構(gòu)造濾波器,完成高強度低合金厚鋼板的激光焊接熔池彩色圖像邊緣提取。由于向量代數(shù)的局限性,彩色圖像的R、G、B分量之間存在相關(guān)性和連續(xù)性,如果單獨利用其中一種分量來描述,則會損失掉圖像的部分信息,該方法處理熔池圖像的優(yōu)勢在于運算中保留了圖像R、G、B分量之間的相關(guān)性和連續(xù)性。并且該系統(tǒng)具有便攜性好、實時性強、成本低、可維護性強等優(yōu)點,在大功率激光焊接質(zhì)量檢測以及其他工業(yè)、醫(yī)學圖像檢測領(lǐng)域都具有較強的通用性和推廣價值。 

【文章來源】：機械設(shè)計與制造. 2020,(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

四元數(shù)旋轉(zhuǎn)示意

需要對當前所要進行判斷的像素點的相鄰兩像素點進行運算，例如。為了充分考慮當前像素點所處的環(huán)境，文中會采取對3*3領(lǐng)域內(nèi)的像素點做配對運算，同時考慮到各向異性的問題，會當前像素點進行的周圍像素點進行多向配對運算，例如對于圖二中的點（m,n），會分別將其周圍的與點（m-1,n-1）與點（m+1,n+1）點（m-1,n）與點（m+1,n）、點（m-1,n+1）與點（m+1,n-1）以及點（m,n-1）與點（m,n+1）即對其縱向、橫向、以及斜向的對應的兩個像素點進行配對運算，然后再對各對結(jié)果進行求和。得到結(jié)果后，就需要衡量RGB三分量的值是否相近，而這實質(zhì)上是衡量結(jié)果矢量的純虛四元數(shù)部分和與其最模接近的灰度矢量的相近程度，而兩個矢量的相近程度通常用歐幾里得距（Euclidean distance）來衡量。

系統(tǒng)設(shè)計的主要框圖，如圖3所示。系統(tǒng)設(shè)計框圖，如圖3所示。攝像頭采集圖像，并輸入FP-GA，最終采用TFT液晶顯示屏進行可視化處理；框圖中整個系統(tǒng)的核心模塊是圖像處理模塊，整個過程是將激光焊接熔池彩色圖像直接導入到FPGA中，通過基于四元數(shù)旋轉(zhuǎn)所構(gòu)建的濾波器進行濾波去噪以及邊緣提取，同時完成邊緣提取后的圖像的存儲和顯示。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]AGV視覺導航標識線邊緣特征提取研究[J]. 夏田,金超,劉曄.  機械設(shè)計與制造. 2013(03)
[2]CO2激光焊接TA15熔池紅外光輻射信號與焊接參數(shù)的關(guān)系[J]. 高大新,段愛琴,孟亮,周洪亮.  焊接學報. 2012(06)



本文編號：3367603