机器视觉课内实验

1、机器视觉课内实验报告（4次）学 院： 自动化 班 级： 智能 姓 名： 学 号： 目 录实验一：一种摄像机标定算法的编程实现 1实验二：图像预处理算法的编程实现 8实验三：基于一阶微分算子的边缘检测 14实验四：基于二阶微分算子的边缘检测 17 - 33 -实验三：基于一阶微分算子的边缘检测一、实验目的1 了解常见的一阶微分算子的原理及其卷积模板。2 熟练掌握MATLAB图像处理工具箱中的使用方法，利用Roberts算子、Sobel算子和Prewitt算子等一阶微分算子编程实现边缘检测。3 熟悉图像边缘检测方法。二、实验的主要仪器设备1 微型计算机2 MATLAB软件（安装图像处理工具箱）3

2、典型的灰度图像文件三、实验原理边缘检测的基本思想是通过检测每个像素和其邻域的状态，以决定该像素是否位于一个物体的边界上。如果一个像素位于一个物体的边界上，则其邻域像素的灰度值的变化就比较大。假如可以应用某种算法检测出这种变化并进行量化表示，那么就可以确定物体的边界。四、实验内容1 利用MATLAB图像处理工具箱进行边缘检测。2 结合实验原理，通过编程实现的实验结果比较各种边缘检测方法。五、实验步骤1 读入一幅图像2 选择不同的边缘检测方法，对图像进行边缘检测3 分析不同检测方法对图像处理的效果程序代码及实验结果显示I=imread(I:机器视觉lyx.jpg);I=rgb2gray(I);BW

3、1 = edge(I,sobel); %利用Sobel算子进行边缘检测BW2 = edge(I,roberts); %利用roberts算子进行边缘检测BW3 = edge(I,prewitt); %利用prewitt算子进行边缘检测BW4 = edge(I,log); %利用log算子进行边缘检测BW5 = edge(I,canny); %利用canny算子进行边缘检测subplot(2,3,1),imshow(I);subplot(2,3,2),imshow(BW1);subplot(2,3,3),imshow(BW2);subplot(2,3,4),imshow(BW3);subplot

4、(2,3,5),imshow(BW4);subplot(2,3,6),imshow(BW5);七、心得体会机器视觉课内实验报告(4)基于二阶微分算子的边缘检测专 业 ：智能科学与技术班 级 ：学 号 ：姓 名 ：实验时间 ：实验四：基于二阶微分算子的边缘检测一、实验目的1 了解常见的二阶微分算子的原理及其实验步骤。2 熟练掌握MATLAB图像处理工具箱，利用LoG算子和Canny算子等微分算子编程实现边缘检测。二、实验原理及步骤1 为了减少噪声的影响，对图像先进行平滑，然后在运用Laplacian算子。平滑函数选择具有正态分布形式的高斯函数h (x, y)：其中是高斯分布的均方差。令r2=x2

5、+y2用高斯函数h (x, y)对图象f (i, j)做卷积，然后以对求二阶导数来计算拉普拉斯值，则： 称作高斯-拉普拉斯算子，简称LoG算子。高斯平滑运算导致图像中边缘和其他尖锐不连续部分的模糊，其中模糊量取决于值。值越大，噪声滤波效果越好，但同时也丢失了重要的边缘信息，影响了边缘检测器的性能。如果取小的值，又有可能平滑不完全而留有太多的噪声。因此在不知道物体尺度和位置的情况下，很难准确确定值。一般来说，使用大的值会产生鲁棒边缘，小的值产生精确定位的边缘，两者结合，能够检测出图像的最佳边缘。LoG算子可以用MATLAB中的edge函数来检测边缘：其中，thresh是边缘检测的阈值，sigma

6、是高斯滤波器的值，默认为2。用不同值的LoG算子检测图象的边缘。2 Canny的主要工作是推导了最优边缘检测算子。考核边缘检测算子的指标是：低误判率，即尽可能少地把边缘点误认为是非边缘点；高定位精度，即准确地把边缘点定位在灰度变化最大的像素上；抑制虚假边缘。Canny边缘检测算法步骤： step1:用高斯滤波器平滑图象； step2:用一阶偏导的有限差分来计算梯度的幅值和方向； step3:对梯度幅值进行非极大值抑制 step4:用双阈值算法检测和连接边缘三、实验程序与结果图lenna=imread(rice.png);lenna_3=mat2gray(lenna);m,n=size(lenn

7、a_3);lenna_4=lenna_3;L=0;t=0.2;for j=2:m-1 for k=2:n-1 L=abs(4*lenna_3(j,k)-lenna_3(j-1,k)-lenna_3(j+1,k)-lenna_3(j,k+1)-lenna_3(j,k-1); if(Lt) lenna_4(j,k)=255; else lenna_4(j,k)=0; end endendfigure;imshow(lenna_4,);title(Laplacian 0.2)LoG算子lenna=imread(rice.png);subplot(121)imshow(lenna,);title(原图

8、)lenna=double(lenna);lenna_1=edge(lenna,log);subplot(122)imshow(lenna_1,);title(LoG 0.5)Canny算子lenna=imread(cameraman.tif);subplot(221)imshow(lenna, );title(原图)lenna_1=edge(lenna,canny,0.09);subplot(222)imshow(lenna_1,);title(Canny?0.09)lenna_2=edge(lenna,canny,0.15);subplot(223)imshow(lenna_2,);tit

9、le(Canny?0.15)lenna_3=edge(lenna,canny,0.2);subplot(224)imshow(lenna_3,);title(Canny?0.2)四、实验分析通过这次的实验我知道了二阶算子与一阶算子的区别，也知道了canny算子是二阶算子，并且能够在matlab上运行。这是最后一次实验了，回顾以前的实验我发现我学到了很多跟机器视觉有关的知识，并且能够使用以学的算子来处理问题。五、实验总结附录资料：不需要的可以自行删除 电机绕组的绕制与嵌线项目二 电机绕组的绕制与嵌线实现目标通过对电机绕组的绕制和嵌线拆除，进一步了解电机的基本结构与原理，掌握绕制嵌线步骤、工艺规范

10、及注意事项，学会正确的使用专业工具。主要内容1.定子绕组展开图的绘制。2.绕组的绕制。3.绕组的嵌放和接线。教学方法1、项目引导法2、启发式教学3、现场教学实施场景实训室、多媒体教室教学工具PPT、三相异步电动机、绕线嵌线工具总学时12应知绕组展开图原理、步骤和方法；嵌线的工艺方法。应会1.绕组的绕制；2.绕组展开图的绘制；3.应用专用工具嵌线。项目评价总结能否正确绘制绕组展开图，能否绕制绕组，能否熟练嵌线项目实施过程设计项目导入从上一节的内容可以看出电机绕组的绕制和嵌线都是按照一定的规律排布和设置的。定子绕组的这种绕制和嵌线方法能够有利于电动机内部产生旋转磁场，提出问题，学生思考：绕组的绕制

11、和嵌放是按照什么规律设置的？我们是否可以重新绕制定子绕组并嵌放到电动机内部呢？从而引入本节内容。项目实施1绕线专用工具介绍（实物展示、PPT演示、视频） (1)绕线机。在工厂中绕制线圈都采用专用的大型绕线机。对于普通小型电机的绕组，可用小型手摇绕线机。 (2)绕线模。绕制线圈必须在绕线模上进行，绕线模一般用质地较硬的木质材料或硬塑料制成，不易破裂和变形。 (3)划线板。由竹子或硬质塑料等制成，如图3-6所示，划线端呈鸭嘴形或匕首形，划线板要光滑，厚薄适中，要求能划入槽内23处。 (4)压线板。一般用黄铜或低碳钢制成，形状如图37所示，当嵌完每槽导线后，就利用压线板将蓬松的导线压实，使竹签能顺利

12、打入槽内。 2定子绕组展开图的绘制(PPT演示、模型展示、挂图) 现以4极24槽单层绕组的三相笼式异步电机为例来说明定子绕组展开图的绘制过程。什么是展开图呢?设想用纸做一个圆筒来表示定子的内圆，用画在圆筒内表面上的相互平行的直线表示定子槽内的线圈边，用数字标明槽的号数，如图38(a)所示。然后，沿1号槽与最末一个槽之问的点划线剪开，如图38(b)所示。展开后就得到如图38(c)所示的平面图，把线圈和它们的连接方法画在这个平面图上，就是展开图。 (1)定子绕组展开图的绘制步骤。 画槽标号。在纸上等距离地把所修电动机的定子槽画成平行线。因电动机定子为24槽，故画24根平行线代表槽数，并标明每个槽的

13、序号，如图3-9(a)所示。 定极距(分极性)。从第一槽的前半槽起，至最末一槽的后半槽画长线，线的长度代表电动机的总电角度。再按电动机的磁极数来等分，每一等份代表一个极距，相当于180。电角度，然后依次标出极性。极性的排列为N、S、N、S，如图3-9(b)所示。 标电流方向。按照同一极性下导线的电流方向相同，不同极性下导线的电流方向相反的原则画出电流方向。在图3-9(b)中设N极下各线圈边的电流方向都向上，则S极下各线圈边的电流方向都向下。分相带。将每一极划分为3等份，即60度相带，在图3-9(b)中每一相占两槽；假如第l槽为u相的首端，则l、2、7、8、13、14、19、20槽均属于u相。V

14、相首端应与u相首端相差120。电角度，即5、6、11、17、18、23、24槽均属V相，其他槽属于w相。最后在每一个三等份(即60度相带)上依次重复地标出相序号u、V、w。 分别连接各相绕组。按照采用的绕组类型及线圈节距，安置和连接每相线圈组。在上图中，先将u相的两个线圈顺着电流方向连接成线圈组，再依照电流方向将U相各线圈连起来组成u相绕组，如图3-9(c)所示。根据三相间隔120电角度的原则，U相、V相和W相绕组的首端应依次各移过l20电角度，即移过一个极距的23；如u相首端是从第一槽开始，那么，v相的首端就从第5槽开始，w相的首端就从第9槽开始，再按上述方法将V相和w相的各线圈组串接起来，

15、组成V相和W相绕组，这样就构成了一个完整的三相定子绕组展开图，如图3-9(d)所示。图中所示为24槽4极的定子绕组展开图，其极距P为： P=Q2P=244=6(槽) 相应的电度角为180O；U、V相问间隔l20电角度；每极下相占60O相带。 用上述方法画出的各相绕组在定子槽中的位置和所占的槽数清晰明了，可以清楚地看出各相绕组的连接方式和端部接线的方法，因此展开图是嵌线的重要依据。掌握上述的基本概述及绘制步骤后，就可以着手画展开图了。画展开图时，最好用3种不同颜色的笔来画，这样就能更清楚、更容易地区别各相绕组定子槽内的分布情况、安置位置以及连接方法。(2)绕组的连接方法。三相24槽4极电机的单链

16、绕组有短节距和全节距之分。图310为单层链式短节距绕组展开图。画图时先将u相绕组画出，U相绕组的有效边分别安置在线槽l6、712、1318、1924之中，然后再将各线圈连接起来，如图311所示。可以设定任意一个线槽为U相的首端。 图310三相24槽4极电动机的单链(短节距)绕组展开图 同理，W相和V相绕组的安置和连接方法与u相是一样的，只不过w和V相绕组的首端相对第一相绕组的首端依次移过l20的电角度，即移过一个极距的23。如果u相绕组的首端U1从第6号线槽引出，移过一个极距的23，也就是4槽(623)。因此，w相绕组的首端W1应从第2号线槽内引出，V相绕组的首端V1应从第l0号线槽内引出。注

17、意w相绕组的各线圈的连接方向应与另外两相绕组相反，这样可使三相绕组的6根首尾端引出线比较集中，便于和电动机接线板连接。 线圈与线圈的连接方法有反串联和顺串联两种。当每相绕组中线圈组的数目等于电动机磁极数时，每相绕组中各线圈之问的连接次序就是首端接首端，尾端接尾端，即反串联；当每相绕组中线圈组的数目等于电动机磁极数的一半时，每相绕组中各线圈之间的连接次序是首端接尾端，即顺串联。这两种方法是绝大多数电动机同一相绕组中各线圈组问的连接规律。 图312为单层链式全节距绕组展开图。图中每两只线圈连绕成一个线圈组，每相共有两个线圈组，正好等于电动机磁极数的一半，因而绕组的连接为顺串联。这个规律对于任何类型

18、的绕组、不同槽数与极数的电动机都是适用的。 图312三相24槽4极电动机的单链绕组(全节距)展开图3绕组的绕制方法（互动方法、学生参与，现场教学） (1)绕线模尺寸的确定。在线圈嵌线过程中，有时线圈嵌不下去，或嵌完后难以整形；线圈端部凸出，盖不上端盖，即便勉强盖上也会使导线与端盖相碰触而发生接地短路故障。这些都是因为绕线模的尺寸不合适造成的。绕线模的尺寸选得太小会造成嵌线困难；太大又会浪费导线，使导线难以整形且绕组电阻和端部漏抗都增大，影响了电动机的电气性能。因此，绕线模尺寸必须合适。 选择绕线模的方法：在拆线时应保留一个完整的旧线圈，作为选用新绕组的尺寸依据。新线圈尺寸可直接从旧线圈上测量得

19、出。然后用一段导线按已决定的节距在定子上先测量一下，试做一个绕线模模型来决定绕线模尺寸。端部不要太长或太短，以方便嵌线为宜。 (2)绕线注意事项。 新绕组所用导线的粗细、绕制匝数以及导线面积，应按原绕组的数据选择。 检查一下导线有无掉漆的地方，如有，需涂绝缘漆，晾干后才可绕线。 绕线前，将绕线模正确地安装在绕线机上，用螺钉拧紧，导线放在绕线架上，将线圈始端留出的线头缠在绕线模的小钉上。 摇动手柄，从左向右开始绕线。在绕线的过程中，导线在绕线模中要排列整齐、均匀、不得交叉或打结，并随时注意导线的质量，如果绝缘有损坏应及时修复。 若在绕线过程中发生断线，可在绕完后再焊接接头，但必须把焊接点留在线圈

20、的端接部分，而不准留在槽内，因为在嵌线时槽内部分的导线要承受机械力，容易被损坏。 将扎线放入绕线模的扎线口中，绕到规定匝数时，将线圈从绕线槽上取下，逐一清数线圈匝数，不够的添上，多余的拆下，再用线绳扎好。然后按规定长度留出接线头，剪断导线，从绕线模上取下即可。 采用连绕的方法可减少绕组间的接头。把几个同样的绕线紧固在绕线机上，绕法同上，绕完一把用线绳扎好一把，直到全部完成。按次序把线圈从绕线模上取下，整齐地放在搁线架上，以免碰破导线绝缘层或把线圈搞脏、搞乱，影响线圈质量。 绕线机长时间使用后，齿轮啮合不好，标度不准，一般不用于连绕；用于单把绕线时也应即时校正，绕后清数，确保匝数的准确性。4嵌线

21、的基本方法（互动方法、学生参与，现场教学） (1)绝缘材料的裁制。为了保证电动机的质量，新绕组的绝缘必须与原绕组的绝缘相同。小型电动机定子绕组的绝缘，一般用两层0.12mm厚的电缆纸，中间隔一层玻璃(丝)漆布或黄蜡绸。绝缘纸外端部最好用双层，以增加强度。槽绝缘的宽度以放到槽口下角为宜，下线时另用引槽纸，如图313所示。 如果是双层绕组，则上下层之间的绝缘一定要垫好，层间绝缘宽度为槽中间宽度的1.7倍，使上下层导线在槽内的有效边严格分开。为了方便，不用引槽纸也可以，只要将绝缘纸每边高出铁心内径2530mm即可，如图314所示。我们用0.2mm厚的绝缘纸（复合纸）长度=槽长+52=90+10=10

22、0mm，宽度=槽深22=1522=60mm。 图3-13伸出槽外的绝缘 图3-14绝缘的大小线圈端部的相间绝缘可根据线圈节距的大小来裁制，保持相间绝缘良好。(2)嵌线方法。单链短节距绕组的嵌线的方法(线圈展开图参见图310)。 a先将第一个线圈的一个有效边嵌入槽6中，线圈的另一个有效边暂时还不能嵌入1槽中。因为线圈的另一个有效边要等到线圈十一和十二的一个有效边分别嵌入槽2、槽4中之后，才能嵌到槽l中去。为了防止未嵌入槽内的线圈边和铁心角相磨破坏导线绝缘层，要在导线的下面垫上一块牛皮纸或绝缘纸。嵌线示意图如图3-15所示。 空一槽暂暂时不嵌入槽内 时不嵌线 第l号线槽 第3号线槽 （a） （b）

23、 图315三相24槽4极电动机的单链绕组嵌线程序示意图 b空一个槽(7号槽)暂时不下线，再将第二个线圈的一个有效边嵌入槽8中。同样，线圈二的另一个有效边要等线圈十二的一个有效边嵌入槽4以后才能嵌入槽3中，如图315(a)所示。然后，再空一个槽(9号槽)暂不嵌线，将线圈三的一个有效边嵌入槽l0中。这时，由于第一、二线圈的有效边已嵌入槽6和槽8中去了，所以，第三个线圈的另一个有效边就可以嵌入槽5中。接下来的嵌法和第三个线圈一样，依次类推，直到全部线圈的有效边都嵌入槽中后，才能将开始嵌线的线圈一和线圈二的另一个有效边分别嵌入槽1和槽3中去，如图315(b)所示。 单链全节距绕组的嵌线方法(线圈展开图

24、参见图312)。全节距线圈的嵌线方法和上面介绍的嵌线方法基本相同，不同的是每两只线圈连绕一起作为一个线圈组。所以在嵌线时要将第一组的两只线圈的有效边分别嵌入槽7和槽8中，第一组线圈的另外两只有效边暂时不嵌入槽l和槽2中；然后，空两个槽(9、10)不嵌线；再嵌另一组的两只线圈的有效边(4个有效边都可以嵌入槽ll、12及5、6内)；然后，再空两个槽(13、14)不嵌线，再将另一组的两只线圈的有效边嵌入槽15、16及9、10中；依次类推，将全部线圈的有效边都嵌入槽内，最后将第一组线圈的两个有效边嵌入槽l、2中。 (3)嵌线的主要工艺要求。嵌线是电机装配中的主要环节，必须按特定的工艺要求进行。 嵌线。

25、嵌线前，应先把绕好线圈的引线理直，并套上黄蜡管，将引槽纸放入槽内，但绝缘纸要高于槽口2530mm，在槽外部分张开。为了加强槽口两端绝缘及机械强度，绝缘纸两端伸出部分应折叠成双层，两端应伸出铁心1Omm左右。然后，将线圈的宽度稍微压缩，使其便于放入定子槽内。 嵌线时，最好在线圈上涂些蜡，这样有利于嵌线。然后，用手将导线的一边疏散开，用手指将导线捻成一个扁片，从定子槽的左端轻轻顺入绝缘纸中，再顺势将导线轻轻地从槽口左端拉入槽内。在导线的另一边与铁心之间垫一张牛皮纸，防止线圈未嵌入的有效边与定子铁心摩擦，划破导线绝缘层。若一次拉入有困难，可将槽外的导线理好放平，再用划线板把导线一根一根地划入槽内，如图316所示。 嵌线时要细心。嵌好一个线圈后要检查一下，看其位置是否正确，然后，再嵌下一个线圈。导线要放在绝缘纸内，若把导线放在绝缘纸与定子槽的中问，将会造成线圈接地或短路。注意，不能过于用力把线圈的两端向下按，以免定子槽的端口将导线绝缘层划破。 压导线。嵌完线圈，如槽内导线太满，可用压线板沿定子槽来回地压几次，将导线压紧，以便能将竹楔顺利打入槽口，但一定注意不可猛撬。如果是双层线圈，则当下层线圈嵌完以后，用压线板压在线圈上，用小锤轻轻敲打，将嵌在槽内的