文档介绍：中南大学
硕士学位论文
基于模板的异常检测系统及其关键技术研究
姓名:张果胜
申请学位级别:硕士
专业:计算机科学与技术
指导教师:沙莎
20100520
摘要随着工业、军事等领域对异常检测需求的曰益增大,加之高性能、高可靠性图像处理算法的日益成熟,促使机器视觉技术广泛应用于异常检测当中。针对实际需求和一些亟待解决的问题,本文开展研究,设计并实现了基于模板的异常检测系统。针对单一的异常检测算法无法普遍适用于各种应用环境和不同特征检测对象的问题,提出采用工厂策略模式对系统的异常检测算法模块进行设计,并实现了利用灰度信息配准匹配的异常检测和利用轮廓信息对准匹配两种适用于不同应用场合的异常检测方法。通过工厂策略模式和相应的配置文件,在应用环境或者检测对象的特征发生变化时,客户可以动态创建、配置和加载符合当前异常检测需求的算法,确保在当前应用中,异常检测模块能在快速、稳定、准确之间保持很针对利用灰度信息模板匹配的异常检测方法容易受到摄像机抖动和环境光照变化影响的问题,设计了一种具备容错能力的分块投影匹配法,实现了摄像机抖动的图像纠正;接着在介绍了利用高斯滤波器变换法来消除光照变化的影响;最后基于加权多区域差分矩阵进行异常决策。实践证明,在摄像机抖动量不大,光照连续变化的情况下,该方法能实现快速、准确地检测异常。针对利用轮廓信息对准匹配的异常检测方法对轮廓点分割的准确度要求很高的特点,首先对比了常用的边缘检测算法,提出采用算子来准确提取图像的边缘,克服了传统边缘检测算子易受噪声干扰和粗轮廓的问题。接着基于边界追踪构建目标轮廓,同时计算轮廓的链码熵、链码空间分布熵和轮廓矩。最后先基于全局特征相似度的粗匹配在待检测图像中找到包含待检测对象的所有区域,再基于轮廓对准的细匹配进行异常判断,并精确地定位轮廓上异常的具体位置。针对注塑模具的保护需求,实现了基于模板的异常检测系统。实践证明,本文提出的异常检测算法能够保证检测的实时性和准确性,关键词异常检测,分块投影匹配,多项式拟合,轮廓匹配好的平衡。和多项式拟合消除光照变化方法的基础上,提出了实时性能更好的阶段性地达到了研究的目的。
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第一章绪论研究背景在工业生产中,涉及到各种各样基于计算机视觉技术的异常检测需求,例如,工业流水线上零件的异常检测锉砻娴奈评砣毕菁觳猓钒暗挠∷⒅柿检测【浚厥獬【跋碌囊斐<嗫亍疽缱釉<娜毕菁觳狻】等。在这些应用中,有一部分应用以前是依靠人工来完成的,这不仅增加了企业的人力成本,而且由于人眼易疲劳、缺乏可靠性的特点,无法保证异常检测结果的绝对正确性。更为重要的是,有些应用对检测的精度和速度的要求很高,人眼根本无法完成这类高重复性的异常检测工作。因此实际应用迫切需要将计算机的高速度、高精度、高可靠性与人类视觉的智能化、抽象化能力相结合,即计算机视觉技术,来代替人类去进行异常检测。在实际应用中,异常检测对象的特征灵活多变,应用环境有时会很复杂,系统与外部设备的交互存在多样性。目前市场上的异常检测产品通常是针对某个具体应用开发的,仅仅是适合当前固定场景的系统,没有普遍的适应性。由于系统具体的异常检测任务千差万别,所要检测目标的特征迥异,在应用需求发生变化时,往往需要重新设计和实现系统和相应的检测算法,因此设计和开发一种通用的异常检测系统,使其具备良好的适应性和扩展性,让工人能针对具体问题具体分析,人为选择合适的异常检测算法,在各种应用环境下都能快速准确地检测异常是很值得研究的问题。异常检测系统是由计算机、图像采集卡、运动控制卡、照明灯以及其他硬件构成,利用计算机视觉原理和技术,对感兴趣目标进行实时监控,并通过对其灰度、形状、纹理等的分析,及时发现异常的复杂系统。它的应用环境有时会比较恶劣,可能存在机械振动引发的摄像机的抖动,空气中各种杂质或者水汽的干扰。照明灯的电压可能出现短暂的不稳定,环境光线有时也会发生变化,这些给异常检测带来很大困难,使异常检测的准确性和可靠性难以保证。更为重要的是,每一种具体的异常检测系统所要完成的任务千差万别,所需克服的环境问题也形形色色,被检测目标通常处于变化无常的背景中。在所有影响异常检测的因素中,最主要的三个因素是摄像机的抖动、光照的变化和被检测对象的平移和旋转等变换。这些因素都能影响异常的判定,导致系统将正常状态误判为异常,因此在做异常决策之前消除这些因素的影响具有重要的研究意义。本文以注塑模具保护器的研制为背景,针对工业现场摄像机易抖动,光照变化大,待检测对象发生平移和旋转变换等问题展开研究,探索具有自适应能力的硕士学位论文
相关研究现状异常检测算法,设计开发异常检测算法可动态创建、配置和加载,适应于各种应用场合的基于模板的异常检测系