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武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计( 论 文)说明书 论文题目 基于 MATLAB 的机械图纸中的虚线和点划线的 识别程序设计 学 号 学生姓名 专业班级 指导教师 总评成绩 2019 年 5 月 15 日 摘 要 随着社会的科技进步,人们对机械图纸的高效利用意识逐步增强。机械图纸的识 别是将图像处理、模式识别和人工智能等学科的综合应用,通过该技术可以直接满足 企业的要求,具有超高的应用意义。课题在目前市面上常用的图纸识别技术的基础上, 通过查阅相关的文献、实际参观考察与计算机辅助工具 MATLAB 相结合并根据社会 经验建立符合实际的识别程序,利用 MATLAB 软件中的图像识别模块对机械图纸中虚 线和点划线进行识别,设计出识别程序,克服了现有的识别缺陷提高了机械图纸中虚 线和点划线的识别度。本文通过对机械图纸中虚线和点划线利用 MATLAB 设计识别 程序,我们能够实现图纸的智能化利用,降低成本、降低劳动成本,为之后的机械图 纸的识别发展提供一个相应的基础。 关键词 MATLAB,图像识别,程序设计,机械图纸 Abstract With the advancement of science and technology in society, people's awareness of the efficient use of mechanical drawings has gradually increased. The identification of mechanical drawings is a comprehensive application of the fields of image processing, pattern recognition and artificial intelligence. This technology can directly meet the requirements of enterprises and has a high application significance. On the basis of the commonly used drawing recognition technology on the market, the project combines relevant literature, actual visits and computer aids MATLAB and establishes a realistic identification program based on social experience, using the image recognition module in MATLAB software. The dotted line and the dotted line in the mechanical drawing are identified, and the recognition program is designed to overcome the existing recognition defects and improve the recognition of the dotted line and the dotted line in the mechanical drawing. By using the MATLAB design recognition program for the dashed lines and dotted lines in the mechanical drawings, we can realize the intelligent use of drawings, reduce costs and reduce labor costs, and provide a corresponding basis for the identification and development of mechanical drawings. Key words:MATLAB, Image recognition, Programming, Mechanical drawings 目 录 第 1 章 绪论 .1 1.1 研究背景 .1 1.2 国内外研究现状 2 1.2.1 国外的研究现状 .3 1.2.2 国内的研究现状 .4 1.2.3 当前研究存在的问题 5 1.3 课题主要的研究内容 5 1.4 课题研究的意义 6 第 2 章 工程制图作业的基本要素 .7 2.1 工程制图介绍 7 2.2 常见的工程制图要素 7 第 3 章 机械图纸中虚线和点画线的识别方法 .9 3.1 识别算法的理论基础 .9 3.2 点划线和虚线的识别思路 .10 3.3 点划线和虚线的识别 .11 第 4 章基于 MATLAB 虚线和点划线的识别程序设计 13 4.1 MATLAB 语言概述 .13 4.2 图像处理技术 14 4.2.1 图像识别概述 .14 4.2.2 图像识别的主要内容 14 4.3 基于 MATLAB 完成对案例机械图纸的识别 15 致谢 .18 参考文献 .19 附录 .21 武 汉 工 程 大 学 邮 电 与 信 息 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 1 页 共 23 页 1 第 1 章 绪论 1.1研究背景 随着社会的进步,机械图纸得到了广泛的使用,特别是从工业革命诞生以来, 机械图纸更是发挥了越来越重要的作用,作为工业生产过程中设计与规划的主要媒 介。图纸来表达设计对象。工程图纸是企业生产的重要技术文件。几乎所有的产品 设计、零件设计、装配方案都是以工程图纸的方式存在着 [1]。据统计在美国和加拿大 大约共有35亿张各种类型的工程图纸,并仍以每年二千六百万张的速度递增着,每 年拷贝、访问及分配这些图纸的造价超过了十亿美元 [2]。实际工程中只有30%的设计 是创新型的,70%是在原有基础上改进,工程图纸并非一次性使用,根据统计大约有 20%的库存图纸仍不时地被应用 [3]。随着社会的不断发展,信息不断地更新,目前的 工业越来越追求低的设计成本和较短的设计产品周期。机械图纸的最机械设计过程 中设计载体的缺点慢慢的暴露出来,机械图纸的缺点主要包括:机械图纸的绘制必 须要严格的按照国际标准要求的设计准则和制图设计准则,并且复杂的设计思路需 要通过机械图纸这个载体设计在纸上;机械图纸如果需要进行修改,必须要从新设 计画整个机械图纸,导致机械图纸的修改是非常麻烦的;机械图纸的由于是图纸保 管是非常麻烦的。但是在实际的生产过程中,工人师傅绘制的机械图纸是十分宝贵 的经验,我们如何保存利用人民长期累积下来的旧图纸,是迫在眉睫的问题。能够 通过软件进行程序设计,实现对机械图纸中的识别是解决这个问题的非常重要的途 径。图线规定有九种规格,如用于绘制可见轮廓线的粗实线、用于绘制不可见轮廓 线的虚线、用于绘制轴线和对称中心线的细点划线、用于绘制尺寸线和剖面线的细 实线等 [4]。 MATLAB最早是Cleve Moler编写的具有Fortran子程序库接口的程序, Cleve Moler将之叫做 MATLAB。 MATLAB作为一个被广泛使用的高级语言,在之后的几 十年进行不断的完善和升级,现在已经成为了世界上主要的数学计算软件。这是一 个优秀的兼具数值计算方法与系统仿真的软件,具有很强的开放性和适应性 [5]。其众 多工具箱,如图像处理、信号处理、小波、神经网络以及通信等,极大地方便了不 同学科的图象处理与研究工作 [6]。MATLAB已经在图像处理、自动控制、模糊控制、 数字信号处理、模式识别等领域得到广泛的应用,对于图像的光照处理、色度处理 武 汉 工 程 大 学 邮 电 与 信 息 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 2 页 共 23 页 2 以及四维数据等方面均有出色的处理能力 [7]。MATLAB 图像识别程序是该系统核心 中的核心,关系着机械图纸中的虚线和点划线的识别的正确与否。 机械图纸是采用点阵图像的照片,机械图纸是把像素做为基本单元,机械图纸 就是若干个像素聚合形成。机械图纸的识别一般是由图片的加载进行分析进行图纸 矢量化、图片预处理、提取ROI、hough语法检测等,图纸的矢量化是计算机图形学、 机械设计和机械原理等学科组合交叉学科 [8]。本文通过使用MATLAB 平台中的图像 识别、图像降噪、图像分割等功能进行分析,对机械图纸中的虚线和点划线识别的 过程进行了研究,设计了基于MATLAB平台的识别程序,可以成功的提取机械图纸 中的虚线和点划线。对于提高画图的质量、提高工业生产的效率、降低工人的工作 强度有着重要的意义,可以减少原料浪费,具有一定的应用价值。 1.2 国内外研究现状 当今社会对机械图纸中图像的识别有了多年的研究,已经取得了显著的成果,特 别是工程图矢量化技术经过二十多年的研究,当前国内外的一些程序设计软件,基本 上具有了自动识别线、圆弧、圆、剖面线、拟合曲线、箭头、线形、线宽等功能具 有强大的图像编辑功能光栅选择功能自动矢量化 [9,10]和交互式操作等功能。工程图 纸扫描处理技术虽然有了很大程度的发展,但仍有许多关键性的技术没有得到很好的 解决,仍然存在许多问题 [11]。 识别是一个推理过程,需要利用数据之间各种关联,根据不同识别内容,组织识别 数据和知识,进行较高层次信息的智能提取 [12,13]。工程图纸包含视觉与几何约束,蕴 含大量工程语义,识图经验也很重要,借助知识辅助判断,可以校正结果,获得精确几 何参数 [14]。目前的矢量化算法主要有二种:基于细化的跟踪算法;基于整体识别的 方法。基于细化的算法一般是采用相互交替的边界通过腐蚀操作进而不断的将最外 层的边界像素进行移去,最终保留单个像素宽度的中心骨架。将图像的中轴看作是 骨架,经典的图像骨架提取方法是细化算法。基于细化的算法优点是:图像可以保 证图纸的连通性和图纸中图形连接的一致性,这种算法可以简单的实现,并且有的 算法可以同时进行并行运算,提高工作效率,同时可以能用硬件实现。细化算法同 时也存在一些弊端,例如对噪声非常敏感,容易受其的影响导致结果发生错误的结 果造成交叉点畸变,该算法的优点是保留了图素的宽度信息。基于整体的矢量化算 法 [15、16] 一般是从每个方向对图纸进行扫描,将其所得的游程为基本处理单元。一般 武 汉 工 程 大 学 邮 电 与 信 息 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 3 页 共 23 页 3 的通常第一步提取水平图段,之后进行跟踪、匹配剩余图段,进一步的得到所有的 图段,这些图段都是在一条线素的;最后将所得到的图段进行采样处理,通过对采 得的图样进行数学拟合运算得到相应的参数。 1.2.1 国外的研究现状 目前国外对线性的研究特别是尺寸线、剖面线的研究是很多的,但是对于点划线 和虚线的识别研究是非常缺少,普遍流行对于点划线和虚线的研究水平就是仅仅的 停留在呈直线形状的点划线和虚线水平,对于其他复杂形状的点划线研究深度是十 分肤浅的。 目前国际上对虚线的识别算法主要流行的是 1996 年,D.Dori 等 [17]提出了一种方 法,这种方法是第一步提取组成虚线或虚圆的一个小虚线段,第二步建立所识别的 构造模式,这种模式是通过其周围根据虚线的构造方法,之后以需要提取的的小虚 线段作为出发点,逐步的在小虚段附近寻找构成这个虚线的企图图素的识别方法。 当前国际上对点划线的识别算法大体和虚线的识别方法采用同样的识别:1997 年, D.Dori 等提出了一个图形识别的通用方法,首先寻找组成该图形的第 1 个关键图素; 之后对提取到的图形进行构造,从第一个关键图素向周围的区域进行查找其他的图 素。 1.2.2 国内的研究现状 我国的机械图纸识别研究方法开展比较晚,从上个世纪 80 年代才开始对机械图 纸识别研究分析进行研究,当初的研究水平较国外而言尤其是一些发达国家相差比 较大,但是在上世纪末,主要通过各大高校老师研究生进而和一些企业在漫长的不 断探索和研究 MATLAB 在机械图纸识别领域的应用。在以往的图纸转换研究中,对 于虚线的提取极少涉及,郁晓红等提出了识别虚线的五个步骤,即小短线的提取、 种子短线的确认、小短线的吸收、粘连段的处理和段数的确定,能有效识别图纸中 的大量虚线 [18]。由于目前较少考虑线段与线段、圆弧(圆)相交,线段与圆弧(圈) 相切,有的通过后续处理来完成图元的完整拼接的情况,张习文在 2011 年提出了基 于单义域矢量邻接图的工程图元提取方法,此方法按照工程图元的语法,从某一特 征矢量出发,搜索所有其它组成矢量,提取完整信息 [19]。王金鹤提出了对扫描图象 的直线整体识别算法,该算法对图象线条轮廓上的关键点进行了精确记录,并对它 们进行了分析和处理该算法不必单独处理线的交叉问题,但交叉点处的效果明显 [20]。 武 汉 工 程 大 学 邮 电 与 信 息 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 4 页 共 23 页 4 吴波针对侧架摇枕上的铸造号设计开发了一套智能识别系统,该系统将 MATLAB 图像 处理技术引入到生产过程中,拍照装置自动采集信息,拍照成像后经过识别系统的 分析、处理,最络达到对侧架摇枕铸造号的自动识别 [21]。赵小军针对目前汽车检测 与识别所采用的方法在各个仿面存在的不足,提出了种基于 MATLAB 图像识别和处理 技术的车辆检测方法,并用实例验证了其可靠性,该方法减轻了操作者的劳动强度, 弥补了人在视觉与反应方面的不足之处,提高了统计的效率及准确率 [22]。金声琅研 究了 MATLAB 图像域值化方法、图像面积提取技术以及图像均匀化处理和灰度值域处 理方法在原料乳等级评判上的探索应用 [23]。朱玥凝以 MATLAB 图像识别为基础,提出 了一种交通信号灯只能控制系统,分析了系统建设方案和 MATLAB 图像识别处理过程 [24]。 就目前而言,MATLAB 图像识别方法在机械图纸识别行业已经逐渐地融入各个环 节,我国目前也开始从传统依靠手工绘制制造逐渐转变为自己利用 MATLAB 图像识别 方法识别机械图纸,由此一来,我国也逐渐提高工作效率,降低劳动生产力从机械 制造大国转变机械创造强国进行转变。 1.2.3当前研究存在的问题 在机械加工图纸中,虚线和点划线是极其常见的,然而现在国内和国际上对虚线 和点划线的识别算法研究是少之又少,各个算法都存在这一定的弱点,目前如何解 决各种算法所出现的弊端成为了非常紧迫的问题。虚线和点划线的识别对机械图纸 的理解也有重要的意义,通过对虚线和点划线的识别能够充分的表现出制图设计人 员的设计思路。机械图纸的识别本质是将零件的特征信息和三维形状进行提取,这 是非常有实际应用价值的领域,但是目前受到图像识别技术和各种的几何拓扑之间 的关系存在不精确问题,导致图纸的识别精度不算太高,不能得到有效的矫正,使 得图纸的智能化图纸识别技术研究进展缓慢。虚线和点划线识别的正确性同时影响 工人对图纸识别和理解的质量,是机械图纸能够实现精确建模的关键,能否实现图 纸的识别是机械工程图自动处理系统能够实现实用性的标志。 1.3 课题主要的研究内容 课题的研究内容是利用 MATLAB 图像识别模块对工厂上现在使用的机械图纸中的 虚线和点划线进行识别,通过做毕业设计学会使用 MATLAB 语言编写简单程序、熟 悉工程制图作业中的基本要属、掌握数字图像处理的基本知识同时掌握从图片中提 武 汉 工 程 大 学 邮 电 与 信 息 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 5 页 共 23 页 5 取线段的方法,设计出能够识别机械图纸中的虚线和点划线的程序。 本文在识别点划线和虚线的过程中,文章不考虑点的原因,我们只考虑长线,绘制点 划线和虚线的长线一般是通过直线式点划线和虚线来进行绘制,另外的可能就是通过 圆弧圆弧式点划线和虚线。根据同一条点划线的长线段之间的共线或共圆特性以及 长度、间距、夹角等拓扑结构特征来识别点划线 [25,26]。由于在绘图时有些圆的直径 较小,常采用细实线来代表中心线。在这种情况下,识别圆的中心线如果还采用寻找几 条线来匹配中心线的方法,就行不通了。本文分别对点划线和虚线线进行识别,以实现 点划线和虚线完整识别,并提高其识别率。算法如下: 1. 通过对点划线和虚线的概念、图形特征和语法规则的研究 [27],可以看出同一 条点划线和虚线是由多条长线和短线或点间隔一定距离组成的,这些长线和短线是共 线的。点划线和虚线多为细直线辅助线,并且在机械工程图中大多数是水平或竖直的。 2. 我们将对线段的周围进行搜索,搜索其他的元素步骤如下文所述:(1)对 所搜索的所有线段进行查找,查找一条和 L1 的距离最近且不重叠的 L2 直线。(2)L1 与 L2 的间距在某一阈值范围内.(3)L2 的长度大于 L1 与 L2 的间距. 3.即在新找出的点划线线段附近寻找新直线,使它与已找到的直线满足点划线和 点划线的构成规则,如果能够查找到内部含有点划线的数据链表,我们将继续查找,我们 将截至到找不到满足条件的新线。通过这三个步奏,我们就可以基本上识别出一条完 整的直线式点划线和虚线。 1.4 课题研究的意义 课题在目前市面上常用的图纸识别技术的基础上,通过查阅相关的文献、实际 参观考察与计算机辅助工具 MATLAB 相结合并根据社会经验建立符合实际的识别程 序,利用 MATLAB 软件中的图像识别模块对机械图纸中虚线和点划线进行识别,设计 出识别程序,能够实现图纸的智能化利用,降低成本、降低劳动成本,为之后的机 械图纸的识别发展提供一个相应的基础 [28]。 武 汉 工 程 大 学 邮 电 与 信 息 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 6 页 共 23 页 6 第 2章 工程制图作业的基本要素 2.1 工程制图介绍 作为工科类机械专业的一门十分重要的技术基础课程,工程制图变得越来越重 要,工程制图是工科专业学生的必修课程,对培养锻炼学习该课程学生的观察力、 想象力、形象思维能力、动手能力、创新能力,以及发现问题、解决问题的能力发 挥着越来越重要的作用。 2.2 常见的工程制图要素 国标规定机械制图主要是由图纸幅面及格式、比例、字体和图线、尺寸标注等 组成。 机械制图中的图纸幅面和图纸的格式主要是规定图纸的大小、机械制图中的图 纸图框的尺寸、机械制图中图纸标题栏的尺寸,图纸中实物的大小和图形的相应要 素的尺寸。 机械制图中比例要素的含义是机械制图中尺寸长度与实物的实际尺寸之间的比 值。机械制图中字体要求则需要使用长仿宋字体进行写字。图线按照国标规定主要 有基本线型、图线的构成和尺寸三部分组成,基本线型适用于各种技术图样。图线 中线的宽度分为 2 种,包括粗线和细线。 机械制图中虚线如果作为粗实线的延长线,这个时候我们需要将机械制图中的 粗实线画到图中的分界点处,在这同时我们还需要将虚线和分界点两者保留间隙: 如果机械制图中发生虚线中的圆弧和直线相切的情况,我们还需要将虚线圆弧中的 线段应画到切点处。 作为一项非常重要的工作,尺寸标注如果发生遗漏尺寸或标注错误的情况,机 械制图都会给实际的生产造成困难或损失,在日常的工程制图过程中标注尺寸必须 严格遵守国家标准中规定的原则和标注方法。在机械制图的过程中尺寸组成是由好 多的因素构成,因素主要有尺寸界线、尺寸线和尺寸数字。文中提到的尺寸界线是 表示图纸中尺寸的大小,尺寸线通常用细实线绘制,轮廓线和中心线都是不能够作 为尺寸线。同时尺寸线必须和他所标记的线保持平行。同时线性尺寸的数字应卸载 尺寸线的上方。 2.3 MATLAB语言概述 武 汉 工 程 大 学 邮 电 与 信 息 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 7 页 共 23 页 7 MATLAB 最早是 Cleve Moler 编写的具有 Fortran 子程序库接口的程序,Cleve Moler 将之叫做 MATLAB。在上个世纪八十年代 1984 年,MATLAB 出版了历史上 第一个商业版本,这个商业版本是由 MathWorks 软件开发公司开发的。 MATLAB 作 为一个被广泛使用的高级语言,在之后的几十年进行不断的完善和升级,现在已经 成为了世界上主要的数学计算软件。MATLAB 有很多的功能,主要能够实现数值计 算、数理统计、信号处理、时间序列分析、动态系统仿真、图形绘制、图像识别等 功能。MATLAB 系统主要由五部分组成: (1)MATLAB 开发环境 MATLAB 为了方便用户操作使用输入输出数据、编译和调试 M 文件,软件开 发环境设计了一套工具集。MATLAB 的软件开发环境是由 MATLAB 桌面、 MATLAB 命令窗口、MATLAB 文件编辑调试器等部分组成,以及查看帮助、工作 空间、文件和其他工具的浏览器。 (2)MATLAB 数学函数库 MATLAB 软件自身具有一个数学函数库,这个函数库由于含有很多种计算的算 法,能够轻易地实现使用者要完成自己目的所用到的计算功能。MATLAB 数学函数 库中有着工程中需要用到的数学函数。MATLAB 充分利用现成函数,提高了工作效 率,降低了使用者的劳动强度。 (3)MATLAB 语言 作为一种高级的数学语言,MATLAB 实际上是一种矩阵语言。 MATLAB 语言 特别是在数学函数的使用、程序的编译言具有很多的特点。MATLAB 中简单的程序 可以直接在命令窗口输入和执行,复杂程序可以先编写应用程序而后运行。 (4)MATLAB 图形处理系统 MATLAB 自身具有图形处理系统,MATLAB 图形处理系统能够实现图像的数 据可视化,MATLAB 图形处理系统的功能是非常强大的, MATLAB 图形处理系统 可以通过向量和矩阵的形式表示图像,并且对需要处理的图形添加标注和打印。包 括底层绘图操作和建立在其基础上的二维、三维可视化等的高级绘图操作。 (5)MATLAB 应用程序接口 MATLAB 提供了专业的应用程序接口 APl,MATLAB 可以通过应用程序接口和 外部应用程序实现“无缝”结合。MATLAB 中的应用程序接口实际上是一个函数库, 武 汉 工 程 大 学 邮 电 与 信 息 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 8 页 共 23 页 8 这个函数库是能够实现 MATLAB 和一些高级的编程语言进行交换。 武 汉 工 程 大 学 邮 电 与 信 息 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 9 页 共 23 页 9 第 3章虚线和点划线的识别 3.1识别算法的理论基础 机械图纸是描绘产品构造、尺寸和技术要求等的重要技术文件,是机械制造和 日常维护的重要依据。机械图纸中的工程图元件必须要遵循国标制图各项规则,表 示既定的设计产品。机械工程人员通过观看机械图纸本质就是利用制图知识进行分 析和综合。本文中利用结构模式识别理论对图像识别进行理论分析,最终能够实现 机械图纸中点划线和虚线的识别。 图纸中由于点划线和虚线的粗细形态多样,点划线和虚线的识别不可能像识别 一般符号那样,必须将图纸中的点划线和虚线每一种形态模式都作为一个模式类逐 个进行识别。通过技术角度进行研究,机械图纸中点划线和虚线不适合将其连通域 作为识别粒度、使用传统的模板匹配或划分特征空间等统计方法进行识别。机械图 纸中点划线和虚线识别的假如能够通过点划线和虚线的其组成成分的属性按一定的 规则推导和描述出来,上述所说的理想情况是任意一个点划线和虚线的属性都能够 这样处理。论文中要实现这一理想状态就必须依赖于点划线和虚线的内在结构特征, 和他相应的研究方法就是论文中提到的结构模式识别。 影响着结构模式识别方法的准确度,有两个关键因素,其中一个因素是基元抽 取,另一个关键因素是结构分析。基元抽取是对结构模式给以分解作用,使之能够 抽取出最简单的基本模式元。结构分析是在基元抽取过程之后,每一基元被辨认, 最后通过抽取的基元间关系进行分析,最终得出未知模式的结构描述所进行的处理。 论文中提到的机械图纸中点划线和虚线的识别,由于它们两者都具有二维结构性的 特性,机械图纸中点划线和虚线可以分解为直线简单图形。通过分析确定把直线图 形选取的模式基元。论文在确定了结构模式识别的基元类型之后,对机械图纸中点 划线和虚线的识别开展以下的工作: (1)图形符号基元抽取:从机械图纸中将所需要识别的虚线和点划线定位所有 可能的基元直线。 (2)图形符号结构分析:在备用的基元集合中找出满足机械图纸中所需要识别 的虚线和点划线结构特征的基元组合;第一步对每个基元组合,给出正确的结构描 述。之后将每一个基元组合重新够建为更高等级的图形符号。机械图纸中点划线和 武 汉 工 程 大 学 邮 电 与 信 息 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 10 页 共 23 页 10 虚线的识别过程,和该种模式识别的基本过程相识。在输入待识别机械图纸(工程 图矢量数据或连通体图像数据)后,对其需要进行特征选择和提取,应用模式识别 在特征选择和提取上的基本原理和要求,提取出对点划线和虚线识别效果好的特征。 并将它们送到结构分析模块,得出识别结论。 3.2点划线和虚线的识别思路 机械图纸中的点划线和虚线经过特殊的矢量变化之后,得到的长线都能够准确 的由图像数据转换为矢量数据,通过矢量的数据体现出图纸的原始特征,转化后图 像失真较小;而点通常是不可以准确的达到矢量化,它的信息一般在矢量化的过程 中丢失了,因为在矢量化过程中,要进行连通体检测,将尺寸大于某一值的机械图 纸图像进行矢量化处理,而将尺寸小于这一值的图像数据进行图像的识别,点划线 和虚线中的点也是这种情况,可考虑综合采用矢量数据和图像数据来识别点划线和 虚线。 在对文章进行细致的研究,发现上文提到的识别方法不太有利于对点划线的识 别。因为在整个点划线和虚线的识别过程中,首先要对图像进行去噪声等图像预处 理操作。由于点划线中点的尺寸一般较小,在图像预处理过程中往往都被过滤掉了, 无法保留下来,但是在理想的环境下例如需要识别的图纸质量好,扫描的机器识别 程度高等条件下,我们就可以将点划线和虚线里面的点进行识别同时进行保留。但 是实际过程中没有这么理想的状态。 综上所述,本文在识别点划线和虚线时,不需要考虑到点的因素,仅仅考虑长 线的情况,绘制点划线和虚线的长线可能是直线(直线式点划线和虚线),也可能 是圆弧(圆弧式点划线和虚线)。我们利用同一条长线段之间的共线或共圆特性, 通过分析点划线和虚线,对图像的长度、间距、夹角等拓扑结构特征进行研究,最 终识别出图像中的点划线和虚线。本文分别对直线式点划线和线进行识别,以实现 点划线和虚线的完整识别,并提高其识别率。 3.3点划线和虚线的识别 点划线和虚线的所有组成元素中,本文把拥有点划线和虚线明显特征的图形 元素叫做关键元素。论文中说到的关键元素本质上就是图元,或者说是图元之间的 结合。文中进行选择合适的关键元素必须要严格的遵循以下的因素: (1)关键元素必须是机械图纸中点划线和虚线的共有元素,关键元素可以从一 武 汉 工 程 大 学 邮 电 与 信 息 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 11 页 共 23 页 11 定的方面体现出机械图纸中图形的存在,如果没有这些共有元素的话就会导致不能 有效的识别出机械图纸中图形。 (2)机械图纸中点划线和虚线的关键元素还需要拥有具有明显的结构特征,便 于我们可以快速的将信息从并能够被快速的将矢量数据中提取出来,从而帮助搜索 其他元素; (3)在对图像进行识别时,首先机械图纸在分析的矢量结果中,体现出稳定和 可靠的这一类图形实际上就是点划线和虚线最明显特征的图形元素。然后确定图像 中的关键元素,我们需要对点划线和虚线的进行识别,识别的本质是对图像中关键 元素进行查找的过程。 本文涉及到直线式点划线的识别算法步骤如下: Step1:通过对点划线和虚线的概念进行合理的研究,我们可以明显的理解出同 一条点划线和虚线是由多条长线和短线(或点)间隔一定距离构成的,提出的长线 和短线他们之间是共线的。点划线和虚线大多数是细直线(辅助线),并且在机械 工程图中大多数是水平或竖直的。所有,机械工程图的关键元素应该符合下面的条 件: (1)该线段的长度应该在某一阀值范围内; (2)该线段的宽度不大于一定值,也就是说这根线是细直线(辅助线); (3)该线段的两个端点处无邻接其它直线; 实际我们在查找所有共线直线的时候,一般通常是将条件(3)的要求进行放宽。 判断直线共线的条件是: (1)直线互相平行; (2)直线间的垂距小于某一阈值; 本文在对点划线和虚线进行分析时,假如发生没有一条直线和我们需要判断的 直线产生共线,在本文中我们将不考虑这条直线。这条直线将在我们在对园的中心 线进行识别的时候进行判断,观察该直线是否是圆的中心线。 Step2:在线段 L1 附近寻找其它组成元素(线段)的步骤如下: (1)在所有的共线直线中,找出与 L1 最近的一条直线 L2,且 L1 与 L2 不重叠; 武 汉 工 程 大 学 邮 电 与 信 息 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 12 页 共 23 页 12 (2)L1 与 L2 的间距在某一阙值范围内; (3)L2 的长度大于 L1 与 L2 的间距;文中假如我们能够找到满足条件的直线, 那样的话我们可以得到结论 L1 和 L2 两者是可以组成所要的点划线和虚线,之后我 们将继续进行下一步步骤。在此阶段,判断两线段间距的阈值可以适当放宽。 Step3:重复 Step2,如果能找的到我们将找到的放入到数据链表中,重复步骤, 知道找到不满足条件的情况为止。 通过以上的几个步骤,我们可以基本的识别出一条完整的直线式点划线和虚线。 在确定阈值范围时,直线长度和两线间距等阀值大小是由图纸的分辨率和图纸大小 以及经过研究大量的实际图纸确定的。 3.4基于 MATLAB完成对案例机械图纸的识别 由于毕业设计的需求,我经过对 MATLAB 进行实际联系和图像识别理论知识学 习,虚线和点画线的识别步骤如图 1 所示 图 1 虚线和点画线的识别步骤 通过对 MATLAB 软件进行学习和图像识别原理进行研究,论文编写出基于 MATLAB 的机械图纸中的虚线和点划线的识别程序。论文针对如图 2 所示的两个机 械图纸模板,本文设计了相应的图纸识别程序,经过 MATLAB 进行处理后图纸 1 得 到的虚线和点划线的效果如图 3 所示,处理后的图纸 2 得到的虚线和点划线的效果 如图 4 所示。 (a)需要识别的机械图纸 1 (b)需要识别的机械图纸 2 读取图像 图像灰 度化 图像二值化 截图分块处 理:一分三 直线,虚线, 点划线的分类 虚线,点划线的 识别 武 汉 工 程 大 学 邮 电 与 信 息 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 13 页 共 23 页 13 图 2 需要识别的机械图纸 (a)机械图纸 1 俯视图 (b)机械图纸 1 主视图 (c)机械图纸 1 左视图 图 3 机械图纸 1 中虚线和点划线的识别效果图 (a)机械图纸 2 俯视图 武 汉 工 程 大 学 邮 电 与 信 息 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 14 页 共 23 页 14 (b)机械图纸 1 主视图 (c)机械图纸 1 左视图 图 4 机械图纸 2 中虚线和点划线的识别效果图 在本文中,通过利用 MATLAB 软件设计的图像识别程序对机械图纸进行虚线和点 划线进行识别。在图 3 中我们对机械图纸 1 的三视图分别进行虚线和点划线的识别, 识别的效果如图 3 中(a )( b)(c )所示。在机械图纸 1 进行虚线和点划线的行识 别,虚线用深蓝色标识,点划线用绿色标识。在图 4 中我们对机械图纸 1 的三视图 分别进行虚线和点划线的识别,识别的效果如图 4 中(a)(b)(c )所示。在机械 图纸 2 进行虚线和点划线的行识别,虚线用深蓝色标识,点划线用绿色标识。 武 汉 工 程 大 学 邮 电 与 信 息 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 15 页 共 23 页 15 第 4章基于 MATLAB虚线和点划线的识别程序设计 4.1 图像处理技术 4.1.1 图像识别概述 图象识别就是对图像信息进行加工处理提取图中信息,以满足实际应用过程中 人的视觉心理的需要。当今社会对图像进行识别的具有很多种方法,根据情况有的 会采用光学进行方法识别,有时会采用电子学进行识别。光学图象识别一般是采用 平行处理方法,这种处理具有速度快,信息容量大,分辨率高的优点,虽然上面所 说的方法都有着优点,但是他们同时也存在着不可避免的缺点。例如有的存在着对 图像进行识别发生识别的精度低下、识别过程中设备的稳定性不高等问题。近几年 社会科技的得到高速的进步,特别是计算机等工具的高速发展,图像识别技术正式 由于这些硬件设施的完善使得识别技术得到了高速的发展。数字图象识别技术开始 于 20 世纪 50 年代。在上个世纪六十年代,欧美一些国家通过利用计算机就已经能 够对外太空拍到的照片进行图像识别,并且通过图像识别能够得到非常清楚的图片。 这是数字图象处理技术发展的一个里程碑.在这之后,数字图象处理技术应用在生活 中的各行各业中。20 世纪 70 年代后,科技人员通过对数字图像处理技术进行改进研 究,使之已经具有自己特色的体系。 4.1.2图像识别的主要内容 在 MATLAB 软件中,以软件中的 disp 函数为基础,将 jpg、pex、gif、cur、ppm xwd、tif、tiff、pgm、png 等不同格式类型的图像读入到内 存中,软件把像素的图像大小作为标准,使之能够返回一个和原图像大小一致大小 的矩阵,利用 disp 函数,能够将此矩阵代表的图像通过窗口上进行展示,此时窗口 中显示图像与读入采集的原图像是完全一致的。 图像预处理一般首先进行设置图像大小和图像灰度处理,图像从 RGB 图像中 抽中,大多数用到的图像处理主要是针对灰度处理,RGB 图像不能满足我们正常的 需要,所以,需要对图像进行灰度化处理,是指能够转化为满足图像识别所需要处 理函数要求的灰度图像。本文中提到的灰度图像是由许多的矩阵构成的,这些矩阵 有是由多个像素组成。有时因为图像中还有大量的尖峰状或点状的噪声,还需对图 武 汉 工 程 大 学 邮 电 与 信 息 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 16 页 共 23 页 16 像进行滤波处理。 作为图像处理的最为基本的问题,图像分割的好坏决定图像处理的质量。图 像分割实际上是把图像分割成好几块有特殊意义的小块,并且选择出自己所需要的 部分。之所以将这些图像进行分块,是因为这些块表示图像所表示的不同的地域。 图像经过处理之后需要识别的机械工程图纸已经区分开,接着就是对机械工程图纸 进行识别。论文将机械工程图纸中边缘的部分进行打磨,去掉影响识别的边缘噪声, 对机械工程图纸进行分割,对图像进行分块处理。在图像分割完成后,对图像进行 识别。 武 汉 工 程 大 学 邮 电 与 信 息 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 17 页 共 23 页 17 第 5章 结论 本课题以机械图纸中的虚线和点划线的识别为研究基础,对其进行识别图像处 理,然后利用 MATLAB 数字图像处理功能设计出能够自动识别机械图纸中的虚线和点 划线的程序,现得到如下结论: (1) 课题通过分析机械图纸中的虚线和点划线的识别的分析,得出目前对于机械 图纸中的虚线
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本文标题:原稿-基于MATLAB的机械图纸中的虚线和点划线的识别程序设计【开题报告、外文翻译、说明书、源程序】.zip
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