【正文】 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計編號 本科生畢業(yè)設(shè)計基于機器視覺的表面缺陷檢測系統(tǒng)設(shè)計Surface defect detection system design based on machine vision學(xué) 生 姓 名專 業(yè)電子信息工程學(xué) 號指 導(dǎo) 教 師學(xué) 院電子信息工程學(xué)院二〇一三年六月畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)承諾書1．本人承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）《 基于機器視覺的表面缺陷檢測系統(tǒng)設(shè)計》，是認(rèn)真學(xué)習(xí)理解學(xué)校的《長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）工作條例》后，在教師的指導(dǎo)下，保質(zhì)保量獨立地完成了任務(wù)書中規(guī)定容，不弄虛作假，不抄襲別人的工作內(nèi)容。2．本人在畢業(yè)設(shè)計（論文）中引用他人的觀點和研究成果，均在文中加以注釋或以參考文獻形式列出，對本文的研究工作做出重要貢獻的個人和集體均已在文中注明。3．在畢業(yè)設(shè)計（論文）中對侵犯任何方面知識產(chǎn)權(quán)的行為，由本人承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。4．本人完全了解學(xué)校關(guān)于保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交論文和相關(guān)材料的印刷本和電子版本；同意學(xué)校保留畢業(yè)設(shè)計（論文）的復(fù)印件和電子版本，允許被查閱和借閱；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其他復(fù)制手段保存畢業(yè)設(shè)計（論文），可以公布其中的全部或部分內(nèi)容。以上承諾的法律結(jié)果將完全由本人承擔(dān)！作 者 簽 名： 年 月 日 33中文摘要為了不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，金屬工件表面缺陷在線自動檢測技術(shù)在生產(chǎn)過程中顯得日益重要。針對金屬工件表面的多種缺陷，本文設(shè)計了一套基于機器視覺能夠?qū)崿F(xiàn)對金屬工件表面缺陷進行實時在線、無損傷的自動檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用面陣CCD和多通道圖像采集卡作為圖像采集部分，提高了檢測系統(tǒng)的速度并降低了對CCD的性能要求，使系統(tǒng)在現(xiàn)有的條件下比較容易實現(xiàn)實時在線檢測；采用自動選取圖像分割閾值，根據(jù)實際應(yīng)用的閾值把工件信息從圖像中提取出來并掃描工件圖像中的信息，實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動測量；根據(jù)掃描得到的工件信息去除掉工件邊緣的光圈，利用自動選取的閾值對金屬工件表面的圖像進行二值化分割，從而實現(xiàn)各種缺陷的自動提取及識別。關(guān)鍵詞：機器視覺 表面缺陷 CCD 圖像處理 缺陷檢測AbstractIn order to continually promote the quality of product and efficiency of production, the online automatic inspection technology of surface defect of metal workpiece has bee more and more important in the process of production. This paper designs an automatic system based on machine vision, which can inspect surface defect of metal workpiece timely without any damage on it. Firstly, using CCD and multichannel image acquisition card to acquire images, the system has accelerated the inspection speed and reduced the requirements of CCD on the performance to do the timely online inspection more easily under the current condition。 secondly, according to the practical application of threshold, the system has used the segmentation threshold of selecting an image automatically to select the workpiece information from images and scan that information to realize the automatic measurement of the system。 finally, the system has removed the aperture on the edge of workpiece in accordance with the workpiece information of scan and conducted the binarization segmentation on the image of the metal workpiece surface by using the automatic selection threshold to automatically select and identify varied defects.Keywords: machine vision。 surface defect。 CCD。 image processing。 defect inspecting目 錄中文摘要 IAbstract II第1章 引言 1 1 1第2章 圖像技術(shù)及機器視覺簡介 3 3 3 3 4 4 4 5 5 組成及特點 6 7 7 7第3章 系統(tǒng)總體設(shè)計 93. 1 CCD攝像頭 93. 2圖像采集卡 9 10 103. 3軟件設(shè)計 10第4章 缺陷檢測軟件設(shè)計 114. 1圖像實時采集模塊 114. 2圖像預(yù)處理模塊 114. 3閾值選取模塊 124. 4圖像測量模塊 124. 5缺陷檢測模塊 19 21 224. 6缺陷識別模塊 22第5章 實驗結(jié)果及分析 25 25 26全文總結(jié) 29參考文獻 30致 謝 32第1章 引言傳統(tǒng)的產(chǎn)品表面質(zhì)量檢測主要采用人工檢測的方法。人工檢測不僅工作量大，而且易受檢測人員主觀因素的影響，容易對產(chǎn)品表面缺陷造成漏檢，尤其是變形較小、畸變不大的夾雜缺陷漏檢，極大降低了產(chǎn)品的表面質(zhì)量，從而不能夠保證檢測的效率與精度。近年來，迅速發(fā)展的以圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)的機器視覺技術(shù)恰恰可以解決這一問題。機器視覺主要是采用計算機來模擬人的視覺功能，從客觀事物的圖像中提取信息，進行處理并加以理解，最終用于實際檢測、測量和控制。基于機器視覺技術(shù)的缺陷檢測系統(tǒng)，由于其非接觸檢測測量，具有較高的準(zhǔn)確度、較寬的光譜響應(yīng)范圍，可長時間穩(wěn)定工作，節(jié)省大量勞動力資源，極大地提高了工作效率。可對工件表面的斑點、凹坑、劃痕、色差、缺損等缺陷進行檢測。所以，人工檢測難以達到降低消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的，采用機器視覺的表面缺陷檢測成為迫切需要。針對這種現(xiàn)狀，課題組決定自行開發(fā)工件表面缺陷在線檢測系統(tǒng)，確保各類缺陷及時準(zhǔn)確檢出，從根本上解決人工檢測效率低、精度低的問題，同時，還可以降低原材料消耗、能耗和人力成本，該課題還可以推廣到其他需要表面質(zhì)量檢測的行業(yè)中，如印刷、包裝等行業(yè)，因此具有重要的實際應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義。然而,本課題要對各種形狀、不同大小的金屬片在線檢測,必然對檢測方法和處理速度有很高的要求,圖像處理與模式識別領(lǐng)域中的許多新算法目前很難應(yīng)用到實際工程項目中。因此,機器視覺技術(shù)在這類在線檢測任務(wù)中的應(yīng)用,仍然是一個難題。本論文的目標(biāo)就是以己有的圖像處理理論為基礎(chǔ),通過大量的實際實驗,設(shè)計適合本產(chǎn)品表面缺陷檢測的算法。 在國外，機器視覺的應(yīng)用主要體現(xiàn)在半導(dǎo)體及電子行業(yè)，其中大概40%50%都集中在半導(dǎo)體行業(yè)。具體如PCB印刷電路：各類生產(chǎn)印刷電路板組裝技術(shù)、設(shè)備，單、雙面、多層線路板，覆銅板及所需的材料及輔料；輔助設(shè)施以及耗材、油墨、藥水藥劑、配件；電子封裝技術(shù)與設(shè)備；絲網(wǎng)印刷設(shè)備及絲網(wǎng)周邊材料等。再流焊機、波峰焊機及自動化生產(chǎn)線設(shè)備。電子生產(chǎn)加工設(shè)備：電子元件制造設(shè)備、半導(dǎo)體及集成電路制造設(shè)備、元器件成型設(shè)備、電子工模具。機器視覺系統(tǒng)還在質(zhì)量檢測的各個方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且其產(chǎn)品在應(yīng)用中占據(jù)著舉足輕重的地位。除此之外，機器視覺還用于其他各個領(lǐng)域。而在中國，以上行業(yè)本身就屬于新興的領(lǐng)域，再加之機器視覺產(chǎn)品技術(shù)的普及不夠，導(dǎo)致以上各行業(yè)的應(yīng)用幾乎空白，即便是有，也只是低端方面的應(yīng)用。目前在我國隨著配套基礎(chǔ)建設(shè)的完善，技術(shù)、資金的積累、各行各業(yè)對采用圖像和機器視覺技術(shù)的工業(yè)自動化、智能化需求開始廣泛出現(xiàn)，國內(nèi)有關(guān)大專院校、研究所和企業(yè)近兩年在圖像和機器視覺技術(shù)領(lǐng)域進行了積極思索和大膽的嘗試，逐步開始了工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用。其主要應(yīng)用于制藥、印刷、礦泉水瓶蓋檢測等領(lǐng)域。真正高端的應(yīng)用還很少，因此，以上相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用空間還比較大。當(dāng)然，其他領(lǐng)域如指紋檢測等等領(lǐng)域也有著很好的發(fā)展空間。第2章 圖像技術(shù)及機器視覺簡介機器視覺系統(tǒng)中，視覺信息的處理技術(shù)主要依賴于圖像處理方法，它包括圖像增強、數(shù)據(jù)編碼和傳輸、平滑、邊緣銳化、分割、特征抽取、圖像識別與理解等內(nèi)容。經(jīng)過這些處理后，輸出圖像的質(zhì)量得到相當(dāng)程度的改善，既改善了圖像的視覺效果，又便于計算機對圖像進行分析、處理和識別。從廣義上說，圖像是自然界景物的客觀反映，是人類認(rèn)識世界和人類本身的重要源泉。圖像對我們并不陌生。它是用各種觀測系統(tǒng)以不同形式和手段觀測客觀世界而獲得的，可以直接或間接作用于人眼并進而產(chǎn)生視知覺的實體。人的視覺系統(tǒng)就是一個觀測系統(tǒng)，通過它得到的圖像就是客觀景物在人眼中形成的影像。圖像信息不僅包含光通量分布，而且也還包含人類視覺的主觀感受。隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，人們還可以人為地創(chuàng)造出色彩斑斕、千姿百態(tài)的各種圖像?？陀^世界在空間上是三維(3D)的，但一般從客觀景物得到的圖像是二維(2D)的。一幅圖像可以用一個2D數(shù)組?（x，y）來表示，這里x和y表示2D空間XY中一個坐標(biāo)點的位置，而?代表圖像在點(x，y)的某種性質(zhì)F的數(shù)值。例如常用的圖像一般是灰度圖，這時?表示灰度值，它常對應(yīng)客觀景物被觀察到的亮度值。常見圖像是連續(xù)定義的，即?、x、y的值可以是任意實數(shù)。為了能用數(shù)字計算機對圖像進行加工處理，需要把連續(xù)的圖像在坐標(biāo)空間XY和性質(zhì)空間F都進行離散化。這種離散化了的圖像就是數(shù)字圖像，可以用I(r，c)來表示。這里I代表離散化后的?，(r，c)代表離散化后的(x，y)，這里I、e、r的值都是整數(shù)。本文以后主要討論數(shù)字圖象，依據(jù)我們的習(xí)慣用?(x，y)代表數(shù)字圖像，?、x、y都在整數(shù)集合中取值。圖像技術(shù)在廣義上是各種與圖像有關(guān)的技術(shù)的總稱。目前人們主要研究的是數(shù)字圖象，主要應(yīng)用的是計算機圖像技術(shù)。這包括利用計算機和其它電子設(shè)備進行和完成的一系列工作，例如圖像的采集、獲取、編碼、存儲和傳輸，圖像的合成和產(chǎn)生，圖像的顯示和輸出，圖像的變換、增強、恢復(fù)（復(fù)原）和重建，圖像的分割，目標(biāo)的檢測、表達和描述，特征的提取和測量，序列圖像的校正，3D