计算机视觉-一元硬币直径尺寸的测量

燕山大学

课程设计说明书题目：一元硬币直径尺寸的测量

学院（系）：电气工程学院

年级专业： 12级精密仪器及机械

学号：

学生姓名：

指导教师：

教师职称：副教授

电气工程学院《课程设计》任务书

课程名称：计算机视觉

说明：1、此表一式四份，系、指导教师、学生各一份，报送院教务科一份。

2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

电气工程学院教务

摘要

这些年来，基于计算机视觉的尺寸测量方法技术已经深入到各行各业，实现了高精度测量，及微小物体测量。它融入了各个学科的能源技术，成为了一门综合性的现代测量技术学科。将物体看作是一幅图像来获得物体的尺寸信息，依靠视觉来采集图像信息是基于计算机视觉的尺寸测量主要研究的过程。本设计主要以“一元硬币”图像为实例进行视觉测量，并且通过图像灰度化、二值化以及图像边缘检测来获取一元硬币直径的实际尺寸。

基于计算机视觉的尺寸测量，关键步骤是对图像的数字化处理，本文通过Matlab程序计算，完成对指定图像的处理。主要研究内容有一元硬币直径尺寸测量的应用价值、算法原理和程序流程，较系统的阐述并完成了一元硬币的直径尺寸测量。通过对图像处理算法的分析，利用Matlab程序，实现图像预处理和像素边缘检测。深入分析图像数据处理技术，提高计算速度和计算精度。

关键词：计算机视觉尺寸测量图像处理边缘检测

目录

摘要 (1)

目录 (2)

第1章绪论 (3)

1.1研究背景及意义 (3)

1.2应用价值 (3)

1.3课程概述 (3)

第2章尺寸测量方案 (4)

2.1测量流程设计 (4)

2.2软件开发工具 (4)

2.3图像获取及预处理 (4)

第3章图像预处理 (5)

3.1图像的灰度转换 (5)

1.直接灰度变换 (5)

2.灰度直方图 (6)

3.图像的二值化 (7)

3.2图像的滤波去噪； (7)

1.均值滤波器 (7)

2.自适应维纳滤波器 (8)

3.中值滤波器 (8)

4.小波去噪 (9)

3.4图像的边缘检测； (10)

3.5基于Hough变换的圆检测算法 (11)

第4章实验结果与分析 (12)

4.1测量系统的标定 (12)

4.2尺寸测量的数据与分析 (13)

4.3尺寸测量的误差分析 (13)

4.3减小误差的方法 (13)

第5章总结 (14)

参考文献： (14)

附录： (15)

第1章绪论

1.1研究背景及意义

硬币，是世界范围内最常用的流通货币之一，它以其坚固耐磨损、便于交易、携带方便和成本低等优点，广泛应用在公共交通、商业及其他各种投币自动售货机。同时，在经济较为发达的国家和地区，小面额硬币化已是今后的发展趋势。因此如何将硬币进行快速有效的区分识别，已经成为国内外急需解决的问题。

目前，计算机视觉方式已经成为实现产品准确测定的最佳选择，具有十分广阔的市场前景。它在测定的过程中，不需要与被测产品进行接触，有着无与伦比的优势。该方法不致于使被测产品出现丝毫的损害，无接触，时效性强、受外界影响小，精确性好，可大规模进行等。因此，基于计算机视觉的硬币识别，实现硬币的自动快速分拣技术已是是研究的一大热点。国内关于硬币清分的研究也处于试验阶段，开发出有效的硬币区分识别设备，不仅会带来可观的经济效益和产生很好的社会效益，还可能提高硬币清分的国际竞争力。

1.2应用价值

虽然对于计算机视觉这一技术的探讨从六十年代就已经开始，然而，直至几十年后，这一技术才真正地步入迅猛发展的阶段，并逐步得到科研领域的重视，成为众人争相探究的热门领域。实现尺寸测量的方法很多，但大多数测量重复性、高效性和鲁棒性不高。事实表明，基于计算机视觉技术的尺寸测量具有良好的连续性和高精度，大大提高了工业在线测量的实时性和准确性，同时生产效率和产品质量控制也得到明显提升。

1.3课程概述

计算机视觉系统具有测量功能，能够自动测量产品的外观尺寸，比如外形轮廓、孔径、高度、面积等尺寸的测量。尺寸测量无论是在产品的生产过程中，还是产品生产完成后的质量检验中都是必不可少的步骤，而计算机视觉在尺寸测量方面有其独特的技术优势。

以计算机视觉为依托的尺寸测量方法中比较关键的环节是对图像的处理。在这个环节中，因为采集设备或者传导媒介等方面存在的不足，会产生不同程度的噪音问题，使得所得的图像丢掉了关键的信息，进而影响图像的呈现效果。因此，对收集到的产品图像做进一步的优化，是这种方法中最为关键的一个步骤。

第2章尺寸测量方案

2.1测量流程设计

尺寸测量大体包括产品的图像收集、图像预处理以及尺寸测量3个步骤，其中比较关键的环节是对图像的处理。对收集到的产品图像做进一步的优化，提取图片中的关键数据，然后经过简单处理得到预期结果。本文用较为专业的工程软件Matlab来进行图像处理，图像预处理的大体流程可简化为：

1．灰度转化；

2．滤波去噪；

3．二值化处理；

4．边缘检测。

图像经过数字化处理后，只能得到一个像素值，找到真实尺寸值与像素值之间的一个比例关系，把以像素为单位的尺寸转换为以毫米为单位的尺寸，即为系统标定过程。

2.2软件开发工具

Matlab也叫作矩阵实验室，是Math works企业生产的一款高性能的可视化科学计算软件，其包含图像处理、讯息传导、系统鉴定、归纳计算等三十多种有着不同特性的工具箱，均是业内高权威人士亲自参与设计的，不用依赖于任何的程序，就能够方便快捷地使用。此外，工具箱里的函数源程序都不是保密的，大部分为M类型的文件，用户只需根据相应文件的代码就可以进行更改。

Matlab有着卓越的数据处理能力，它是一种用于矩阵计算、算法研究、数据剖析以及图像处理的高级计算机语言。其内部存在着覆盖全面的函数公式，和便捷的与其他软件间进行数据交换的功能。本文研究利用了MATLAB中的图像处理、工程计算以及数据归纳等，对实际测定工作中得到的产品图像加以处理，从而产生优质的图像。进而得到实验所要求的数据，并对这些数据进行分析处理。

2.3图像获取及预处理

根据课设要求及现有条件，图像是预先拍摄好的不同的“一元硬币”图像，然后利用Matlab软件进行处理，最终得出一元硬币的直径尺寸。提前拍摄的图像如下：