摘 要

在木材加工过程中，毛边锯材齐边的质量将影响毛边锯材的品质，检测出毛边锯材外材面宽度是合理齐边的基础。毛边锯材外材面和宽材面的区别在于厚度变化，推导了基于斜射式激光三角测距的厚度和宽度方向的测量数学模型，发现了被测试件真实厚度与相机中的图像高度存在着某种线性相关性，进一步发现宽度分辨率与被测试件的厚度有关，在激光和相机光轴的夹角满足一定条件下，宽度分辨率是一个常数。采用九种常见规格的试件分别在三种不同的激光入射角下进行实验，每个角度、每种规格分别进行56个样本进行试验检测；并利用自适应二值化和霍夫变换对所检测到的1512个图像进行分析。结果表明，该方法下毛边锯材外材面宽度相对误差率不到0.7%，绝对误差在1mm，精度能够满足木材检测需要。

关键词：毛边锯材；外材面；齐边；斜射式激光三角测距；霍夫变换

A study based on the oblique laser triangulation

to detecte the unedged sawn timber

AbstractThe quality of sawn timber has been heavily influenced by the quality of edging operation during the timber processing, thus reasonable edging has been considered as the foundation of the detection for the external face of unedged sawn timber. The thickness is usually considered as the main factor to differentiate the external face from the faces of the timber. The mathematical model of thickness and width is derived by the model of oblique laser triangulation measurement.Meanwhile,a high linear correlation between the measured test-piece thickness and the height of the photograph is discovered. The width resolution is related to the thickness of the measured test-piece, which is an invariant constant when the angle of the laser incident and the inclinated camera meets a certain condition. The width of external face can be obtained by analyzing the detected image with Hough Transform and adaptive binaryzation. Nine common specifications of the test-piece with 56 samples for each type are applied in the experiment which is carried out under the degree of 30、45 and 60. The results show that the relative errorrate for the width of external face is less than 0.7%,and the absolute error is below 0.5mm under this method, which is able to meet the needs of wood measurement.

Keywords: Unedged sawn timber; External face; Oblique laser triangulation;Hough Transform

目 录

1 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2 研究现状 1

1.3研究目的及意义 2

2 检测原理 4

2.1激光三角法概述 4

2.2检测毛边的原理 4

2.2.1厚度方向推导 4

2.2.2宽度测量模型 7

3 图像处理 9

3.1获取图像 10

3.2获取红色通道 11

3.3图像处理算法 12

3.4 确定毛边锯材下锯路径 14

4 实验设计 15

4.1 实验装置 15

4.2 实验材料 16

4.3实验方法 17

5 数据分析 19

5.1标定分析 19

5.1.1厚度标定 19

5.1.2宽度标定 21

5.2 数据讨论 28

致谢 32

参考文献 33

附录A：高度标定MATLAB程序 35

附录B：宽度标定MATLAB程序 36

附录C: 实验数据分布图像MATLAB程序 37

1绪论

1.1 研究背景

我国现有森林面积1.95亿公顷，居世界第5位；森林蓄积137.21亿立方米，列世界第7位,森林覆盖率20.36%，远低于全球31%的平均水平,人均森林面积仅为世界人均水平的1/4，人均森林蓄积只有世界人均水平的1/7^[1]，表现出森林资源总量相对不足、质量不高、分布不均等问题。然而在木材资源总量不足的情况下，据不完全统计，我国的木材利用率只有50%左右，远低于发达国家的80%^[2]。为了节约木材资源，提高木材的利用率，几十年来人们一直在致力于研究一些迅速而准确的探测木材缺陷的方法^[3]，其中木材无损检测技术则是提高木材利用率的一个极其重要的手段。

木质产品是人们生活中不可缺少的物品。在加工过程中，原木被剖解成一定厚度规格的毛边锯材^[4]，锯材截面是一个不规则的曲边梯形，上下两个锯切面被称为宽材面，表面比较平整，其中距离原木髓心较近、宽度较宽的是内材面，距离髓心较远、宽度较窄的是外材面，曲边梯形左右两个斜面称为窄材面^[5]。在加工时，要将不规则的毛边锯材合理齐边成规则的矩形，如果去除不彻底就会形成钝棱缺陷，影响锯材的等级和使用^[6]；如果去除过多将造成不必要的浪费。因此在许多锯材厂都是通过有经验的工人利用目视和自己的经验进行齐边，严重影响了加工精度和效率，造成了木材资源的浪费，而且工作环境恶劣，难以实现自动化与智能化生产，难以实现产业转型升级。

1.2研究现状