一类工具痕迹检验系统的研究与开发.pdf

华中科技大学 硕士学位论文 一类工具痕迹检验系统的研究与开发 姓名：张琼月 申请学位级别：硕士 专业：控制科学与工程 指导教师：樊慧津 20080607 I 摘 要 工具痕迹检验是对工具痕迹图像进行分析，从而研究其形成与变化规律，并做 出相应的发现、分析及判定它在安防、刑事侦察、产品质量检验等领域有着重要 的应用当前工具痕迹检验大多依靠人工检验完成，但是随着工具痕迹检验对象的 种类和数目的增加，人工检验已不能满足社会发展的需要纹理是工具痕迹图像的 基本特征，在工具痕迹检验中有重要意义随着计算机图像处理技术和特征提取技 术的发展，借助纹理对工具痕迹图像进行综合分析，实现工具痕迹检验自动化，对 于改善当前工具痕迹检验技术依赖人工检验的现状问题有着很大实用价值 本论文针对一类特定的工具痕迹图像，设计并建立了一套工具痕迹检验系统， 初步实现该类工具痕迹的自动化检验与识别，提高识别效率首先，论文对所研究 特定工具痕迹图像进行预处理，如：灰度化、图像均衡、图像去噪、图像锐化在 分析比较不同预处理算法的基础上，为此类痕迹图像选取适合的预处理算法及流程； 其次，基于特定工具痕迹图像的特征，论文选用灰度共生矩阵对该图像进行特征提 取和图像识别，设计相应算法，计算其特征参数；最后，论文设计并建立了一套工 具痕迹检验系统，并详细介绍其软件设计及人机界面。

该系统能够初步实现此特定 工具痕迹的自动化检验与识别，有效减少了现在工具痕迹检验中人工检验人力消耗 大，检验时间长，检验精度不高等问题 关键词关键词：模式识别 工具痕迹检验 特征提取 纹理分析 灰度共生矩阵 II Abstract Tool marks inspection is to research the formation and changes of tool marks images and make judgment. It has important significance in security-monitoring and quality examination. With the development of the society, traditional tool marks inspection can not meet human needs. Texture in the tool marks image implicates much information of the tool and reflects the basic features, so texture analysis is the foundation of tool marks inspection. With the development of computer image processing technique and feature extraction, realizing automatic inspection improves the development of tool marks inspection. According to the characteristics of a class of tool marks image, the paper designs and establishes a system of tool marks inspection, increases the efficiency. First of all, the paper is to preprocess the image using color image graying, image equalization, image de-noising and image sharpening. We compare different algorithms and select appropriate preprocessing algorithm. Secondly, based on the image characteristics, we use gray co-occurrence matrix to extract feature, design algorithm and compute the characteristic parameters.Last,the paper designs a system of tool marks inspection and illustrates the system of tool marks inspection’s general design idea 、 software design and human-machine interface. This system can implement automatic inspection and recognition of this class of tool marks inspection, effectively reduces the cost of manpower and time, improves the precision of inspection. Keywords: Pattern Recognition Tool Marks Inspection Texture Analysis Feature Extraction Gray Co-occurrence Matrix I 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承 担 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和 借阅 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密□ ，在_____年解密后适用本授权书 不保密□ （请在以上方框内打“√” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 1 1 绪论 1.1 论文背景及研究意义 1.1 论文背景及研究意义 模式识别（Pattern Recognition）是研究人类识别机理和实现识别功能的一门学 科[1,2]。

模式识别对表征事物或现象的各种形式的（数值的、文字的和逻辑关系的） 信息进行处理和分析，对事物或现象进行描述、辨认、分类和解释的过程，是信息 科学和人工智能的重要组成部分[3,4]它由数学、控制理论、信息处理、计算机技术 等多门学科相互交叉融合而产生[5]模式识别现在广泛地应用于诸多领域，如医学中 的心电图分析、脑电图分析；军事领域中的航空摄像分析、雷达和声纳信号分析、 自动目标识别；天文学中的望远镜图像分析等[6,7]，由此可见，模式识别在人类社会 发展所起的巨大作用基础科学技术的发展带动了模式识别理论和方法的进一步发 展图像识别已经成为人与机器，自然科学与社会科学基础理论与技术应用之间的 接口领域[8,9]现在各种各样的识别系统已应用到我们的生活当中，并且关于它的研 究也依然在进行未来，模式识别所起到的作用将会越来越重要 工具痕迹检验是痕迹检验的一种[10]，是运用计算机图像处理技术和算法对工具 痕迹图像进行分析，从而作出判断工具痕迹检验是同社会安定、人民生命财产和 工业发展紧密联系在一起的一门技术它在刑事侦察中起到发掘案件线索、判断作 案工具的重要作用另外，工具痕迹检验在产品质量检验中也有重要的用途，例如 现在质量检验中使用的无损检测技术。

但是目前还有很多痕迹检验还是使用人工检验检验的时候需要人工挑选痕迹 图像在显微镜下进行观察，并且需要单幅图像一一进行比对，所需要的时间长，人 力消耗非常大，而且长时间的重复劳动容易使人疲劳，检验精度也随着痕迹检验工 作者的个人素质而变化，另外，检验精度过于依赖于检验人员的经验老检验工作 者退休之后，检验水平会迅速下降随着科学的发展，尤其是计算机技术的飞速发 展，使得自动痕迹检验体系成为可能，从而大大节约了人力和时间，同时保障了检 验精度的统一性，减少痕迹检验主观误差 当前，已有部分痕迹检验技术成功应用于实际工作生活中，例如：人脸识别系 统[11]，指纹识别系统[12]，车牌识别系统[13]等等 2 论文以一类特定工具痕迹图像为对象， 将模式识别的技术和理论引入到该特定工 具痕迹的检验中，利用计算机图像处理技术对其进行分析，提取痕迹图像特征信息， 进行分类识别，从而实现工具痕迹检验自动化，减少部分脑力劳动，提高痕迹检验 效率及准确度，减少痕迹检验主观误差，符合了痕迹检验技术发展的趋势，也符合 了社会发展的需要[14] 1.2 国内外研究现状 1.2 国内外研究现状 目前，在安防、质量检测和医学诊断方面都用到了工具痕迹检验。

工具痕迹检 验是以光学为基拙，融合光电子学、计算机技术、图像处理技术、模式识别等现代 科学技术为一体，组成光、机、电、算综合的检验系统它主要是利用图像采集设 备对工具痕迹进行图像采集，把痕迹图像当作检验信息的载体，然后通过一定的处 理，实现对工具的分类识别 工具痕迹检验主要经历了以下阶段： （1）传统痕迹检验 在上世纪七十年代以前，由于计算机图像处理技术还没有得到发展，人们只能 依赖人工进行痕迹检验传统痕迹检验依靠人的肉眼观察，更多地以经验为基础， 依赖于鉴定主体的个体素质，检验效果以及精确度往往由痕迹检验人员的水平而定 （2）数字图像辅助检验 计算机数字图像处理技术得到发展以后，广泛应用到其他领域数字图像处理 中的图像复原、图像增强等应用于光学图像，极大地改善了图像的质量，使人为的 判读分析更为容易八十年代以后，以日本 Takeda、Mertz 为代表开始了数字图像的 半自动分析处理阶段的研究这一研究能够对图像进行自动特征提取的工作但是 计算机本身还不能对处理结果，如特征提取的正确性、完整性、特征分类的正确性、 独立性作一个可靠的结论 （3）工具痕迹检验自动化 随着计算机图像处理以及模式识别的发展，工具痕迹检验实现自动化是科学技 术发展的必然趋势。

近几年，英国、美国、加拿大、日本及我国的一些专家学者致 力于光学数字图像的全自动分析研究对工具痕迹进行自动识别的研究和应用，利 用计算机进行图像分析和自动检索，可以取代繁重的重复劳动例如已有的自动光 学检查(AOI, Automated Optical Inspection)技术[15,16]它运用高速高精度视觉处理技 3 术自动检测 PCB 板上各种不同帖装错误及焊接缺陷通过使用自动光学检查，可以 在装配工艺过程的早期发现和消除错误，从而实现良好的过程控制目前这一技术 已经在工厂得到广泛的应用还有美国、加拿大等研制的枪弹痕迹自动比对检索系 统，在刑事侦察上有重要作用，对维护社会稳定具有重大意义 目前人们也将拓朴学、分形学等理论引入到工具痕迹检验技术将拓朴学引入 工具痕迹检验理论中[17]，用同胚理论对检验的基础加以科学的说明，对于拓展工具 痕迹检验的理论基础有着十分重大的意义将分形方法用于拓展痕迹检验技术理论 [18]，发挥其既依靠经典理论，又具有现代成果的特点，使其在痕迹检验领域找到和 解决相应课题，对于痕迹检验学科的发展具有十分重要的意义 随着科学的进步，现。