随着我国核工业的迅速发展,高温气冷堆核燃料球形燃料元件的需求量逐渐增大,为加速我国高温气冷堆核电站的建设,带动和促进我国核电设计、制造、建造、运行等技术体系的形成,亟需实现核燃料球元件的智能化生产。核燃料球的姿态检测是核燃料球生产时必需的环节,但当前的姿态检测大多由人工来完成,精度和效率都难以保证,无法满足核燃料球自动化生产的需求。基于此,本文对基于机器视觉的核燃料球姿态检测技术进行研究,对提升球姿态检测效率和精度,实现核燃料球自动化生产具有一定的理论意义和应用价值。论文选题源自科技部创新方法专项(2016IM030300)和工信部智能制造标准化与新模式应用(2016ZXFM02016),对基于机器视觉的核燃料球姿态检测技术进行了深入研究,分别提出了一种特征识别的方法和球姿态检测的方法,初步开发了一套基于机器视觉的核燃料球姿态检测软件系统。论文的主要研究工作如下:(1)在分析相机成像基本原理的基础上,总结了相机成像模型的优缺点;对相机标定过程中常用的坐标系、坐标系之间的转换关系和相机的标定参数进行了详细的阐述;分析了成像过程中存在的非线性畸变产生原因和表示方法,详细解释了张正友的标定方法;阐述了工业相机、镜头和光源的选型原则,搭建了球姿态检测系统的硬件方案。(2)针对球体弧线分割不完整和椭圆识别不准确的问题,分别提出了一种基于形态学和Otsu阈值法的图像分割算法和一种基于先验信息的椭圆拟合算法。本文提出的图像分割算法中首先设计了形态学结构元素对球体图像进行开-闭运算,然后引入了基于弧线区域最小外接矩形参数已知的目标聚类方法对球体弧线区域进行分割。分割完成并进行弧线特征提取后,提出了基于先验信息的椭圆拟合算法进行椭圆识别,并利用采集的球体图像进行了实验。实验结果表明本文的图像分割算法能够有效分割球体上的弧线区域,且其分割效果优于传统Otsu阈值算法。(3)提出了一种基于图像透视畸变校正的球姿态检测方法。该方法首先针对球体的特征提出了基于逆透视变换的图像透视畸变校正模型,然后提出了基于圆特征参数的球体姿态检测方法,并设计了一套球姿态检测的实验验证方案。实验结果表明本文球姿态检测方法能够有效消除透视畸变对球体图像的影响,使球体的姿态检测精度更高。(4)设计并开发了基于机器视觉的核燃料球姿态检测软件。该软件利用LabVIEW软件采集标定板或球体的图像,然后调用MATLAB中的相机标定工具箱进行相机标定,最后通过调用MATLAB函数进行图像特征提取和球姿态的检测,并将检测结果显示在软件系统界面上,实现了核燃料球姿态的自动化检测。