【正文】 準(zhǔn)確度、較寬的光譜響應(yīng)范圍，可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，節(jié)省大量勞動(dòng)力資源，極大地提高了工作效率。 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(jī)器視覺(jué)簡(jiǎn)介 3 3 3 3 4 4 4 5 5 組成及特點(diǎn) 6 7 7 7第3章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 93. 1 CCD攝像頭 93. 2圖像采集卡 9 10 103. 3軟件設(shè)計(jì) 10第4章 缺陷檢測(cè)軟件設(shè)計(jì) 114. 1圖像實(shí)時(shí)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(cè)量模塊 124. 5缺陷檢測(cè)模塊 19 21 224. 6缺陷識(shí)別模塊 22第5章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 25 25 26全文總結(jié) 29參考文獻(xiàn) 30致 謝 32第1章 引言傳統(tǒng)的產(chǎn)品表面質(zhì)量檢測(cè)主要采用人工檢測(cè)的方法。 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。針對(duì)金屬工件表面的多種缺陷，本文設(shè)計(jì)了一套基于機(jī)器視覺(jué)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)金屬工件表面缺陷進(jìn)行實(shí)時(shí)在線、無(wú)損傷的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。2．本人在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中引用他人的觀點(diǎn)和研究成果，均在文中加以注釋或以參考文獻(xiàn)形式列出，對(duì)本文的研究工作做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中注明。3．在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中對(duì)侵犯任何方面知識(shí)產(chǎn)權(quán)的行為，由本人承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。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(cè)系統(tǒng)的速度并降低了對(duì)CCD的性能要求，使系統(tǒng)在現(xiàn)有的條件下比較容易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)；采用自動(dòng)選取圖像分割閾值，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的閾值把工件信息從圖像中提取出來(lái)并掃描工件圖像中的信息，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)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(dòng)選取的閾值對(duì)金屬工件表面的圖像進(jìn)行二值化分割，從而實(shí)現(xiàn)各種缺陷的自動(dòng)提取及識(shí)別。 surface defect。人工檢測(cè)不僅工作量大，而且易受檢測(cè)人員主觀因素的影響，容易對(duì)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(cè)的效率與精度。可對(duì)工件表面的斑點(diǎn)、凹坑、劃痕、色差、缺損等缺陷進(jìn)行檢測(cè)。因此,機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在這類在線檢測(cè)任務(wù)中的應(yīng)用,仍然是一個(gè)難題。再流焊機(jī)、波峰焊機(jī)及自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)備。而在中國(guó)，以上行業(yè)本身就屬于新興的領(lǐng)域，再加之機(jī)器視覺(jué)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。當(dāng)然，其他領(lǐng)域如指紋檢測(cè)等等領(lǐng)域也有著很好的發(fā)展空間。圖像對(duì)我們并不陌生。隨著計(jì)算機(jī)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。常見(jiàn)圖像是連續(xù)定義的，即?、x、y的值可以是任意實(shí)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。另外，圖像技術(shù)還可包括為完成上述功能而進(jìn)行的硬件設(shè)計(jì)及制作等方面的技術(shù)由于圖像技術(shù)近年來(lái)得到極大的重視和長(zhǎng)足的進(jìn)展，出現(xiàn)了許多新理論、新方法、新算法、新手段、新設(shè)備。圖象處理著重強(qiáng)調(diào)在圖像之間進(jìn)行的變換。圖象處理是比較低層的操作，它主要在圖像像素級(jí)別上進(jìn)行處理，處理的數(shù)據(jù)量非常大。為完成各自的功能每個(gè)模塊都需一些特定的設(shè)備。圖像通信可借助綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)局網(wǎng)，甚至普通電話網(wǎng)等。一種是對(duì)某個(gè)電磁能量譜波段敏感的物理器件，它能產(chǎn)生與所接受到的電磁能量成正比的模擬電信號(hào)。這樣的感光基元能產(chǎn)生與所接受的輸入光強(qiáng)成正比的輸出電壓。電荷藕合平面陣列的工作原理與線陣相似，但感光基元排列成一個(gè)矩陣形式并由傳輸門(mén)和平面掃描圖像顯示模塊的結(jié)果主要用于顯示給人看。先將奇數(shù)列感光基元的內(nèi)容順序送進(jìn)垂直傳輸寄存器，然后再送進(jìn)水平傳輸寄存器?，F(xiàn)在常用的線掃描CCD一般有512到4096個(gè)象素或更多，而4096 X 4096個(gè)象素的掃描CCD也已在使用。數(shù)據(jù)的壓縮主要通過(guò)圖像數(shù)據(jù)的編碼和變換壓縮完成。該方法可將一幅圖像的數(shù)據(jù)壓縮到為數(shù)不多的幾十個(gè)特傳輸，在接收端再變換回去即可。這些圖像卡包括用于圖象數(shù)字化和臨時(shí)存儲(chǔ)的圖像采集卡，用于以視頻速度進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的算術(shù)邏輯單元，以及前面提到的幀緩存。機(jī)器視覺(jué)作為一種應(yīng)用系統(tǒng)，其功能特點(diǎn)是隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展而逐漸完善和發(fā)展的。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的組成如圖21。成像系統(tǒng)光源主機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)場(chǎng)景圖像描述反饋圖21 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)構(gòu)成機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。有不少學(xué)科的研究目標(biāo)與機(jī)器視覺(jué)相近或者相關(guān)，這些學(xué)科中包括圖像處理、模式識(shí)別或圖像識(shí)別、圖像理解等。強(qiáng)調(diào)實(shí)用性機(jī)器視覺(jué)強(qiáng)調(diào)實(shí)用性，要求有合理的性價(jià)比，要有通用的工業(yè)接口，能夠由普通工作來(lái)操作，必須有較強(qiáng)的通用性和可移植性。機(jī)器視覺(jué)在質(zhì)量檢測(cè)方面的應(yīng)用占整個(gè)工業(yè)應(yīng)用的近80%，其中最大的應(yīng)用行業(yè)為：汽車(chē)、制藥、電子與電氣、制造、包裝、食品、飲料等。20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)界將對(duì)應(yīng)與射影幾何、仿射幾何、歐幾里得幾何的描述，系統(tǒng)地引進(jìn)視覺(jué)計(jì)算方法中，比較完美地對(duì)應(yīng)為視覺(jué)系統(tǒng)中對(duì)物體由粗到細(xì)的描述，在計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)中降低了對(duì)攝像系統(tǒng)參數(shù)了解的要求，提高了系統(tǒng)對(duì)噪聲的魯棒性。如利用指紋、虹膜、人臉、語(yǔ)音等識(shí)別技術(shù)、行為識(shí)別技術(shù)與運(yùn)動(dòng)跟蹤技術(shù)、多攝像機(jī)融合技術(shù)構(gòu)成視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于信息安全、智能交通、反恐防盜、身份鑒別等。1 2 3 4 56 CCD攝像頭及照明系統(tǒng) 圖像采集卡 主控計(jì)算機(jī)分類機(jī)構(gòu) 工件 傳送裝置圖31 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3. 1 CCD攝像頭CCD是一種半導(dǎo)體成像器件，具有靈敏度高、抗強(qiáng)光、畸變小、體積小、壽命長(zhǎng)，抗震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。其工作原理如圖32所示： 復(fù)合視頻輸入4復(fù)合視頻輸入1復(fù)合視頻輸入2復(fù)合視頻輸入3多路開(kāi)關(guān)多路開(kāi)關(guān)濾波濾波A/DA/D緩存緩存PCI總線VGA顯示卡系統(tǒng)內(nèi)存圖32 VIDEOPCIXR圖像采集片工作原理四路復(fù)合視頻輸入經(jīng)多路開(kāi)關(guān)，軟件選擇其中一路作為當(dāng)前輸入，輸出到A/D進(jìn)行模/數(shù)變換，數(shù)字化的圖像信號(hào)經(jīng)各種圖像處理后，利用PCI總線，傳到VAG卡顯示或計(jì)算機(jī)內(nèi)存存儲(chǔ)。在一般情況下，攝像機(jī)、錄像機(jī)等視頻設(shè)備均滿足上述標(biāo)準(zhǔn)。在NTCS制式為64 X 480。使視頻輸入窗口與圖像顯示窗口相匹配。3. 3軟件設(shè)計(jì)本課題中的圖像處理算法均采用Matlab程序語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)模擬，Matlab提供一個(gè)高度集成的、集科學(xué)計(jì)算、程序設(shè)計(jì)和可視化歸于一身的。每個(gè)模塊意義和職責(zé)明確，模塊間的接口關(guān)系清楚，便于用戶和設(shè)計(jì)人員進(jìn)行系統(tǒng)代碼的維護(hù)；3)驗(yàn)證性。第4章 缺陷檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)由于本系統(tǒng)是一個(gè)完整、實(shí)時(shí)的缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，需要系統(tǒng)從原始圖像采集到圖像預(yù)處理、閾值選取、分割，再到模式識(shí)別，最后到缺陷種類分選整套過(guò)程有一個(gè)全面、整體的設(shè)計(jì)。圖42 原始圖像及灰度調(diào)整后圖像經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，圖像的對(duì)比度增加，拉伸了圖像灰度，表現(xiàn)在灰度直方圖上就是峰與峰之間的距離加大，便于選取分割閾值及后續(xù)圖像分割，如圖43所示。0 100 200 300 400 500 600 700 800圖像寬（Y）圖像數(shù)據(jù)圖像高（X）60050040030020010000 100 200 300 400 500 600 700 800圖像數(shù)據(jù)圖像寬（Y）圖像高（X）6005004003002001000圖47 x坐標(biāo)數(shù)據(jù)曲線和y坐標(biāo)數(shù)據(jù)曲線由于在實(shí)際圖像中存在噪聲或者其他干擾，圖像的背景并不是理想的那種單純灰度級(jí)，所以在對(duì)整幅圖像進(jìn)行逐個(gè)像素掃描時(shí)，所檢測(cè)到的圖像信息也會(huì)存在干擾信息，即存在粗大誤差，在圖47中可以比較直觀地顯現(xiàn)。而值愈小，在前面的系數(shù)值變大，即對(duì)應(yīng)于誤差為零（=0）的縱坐標(biāo)也大，曲線變高。為了把掃描到的粗大誤差去除掉，采用3準(zhǔn)則來(lái)判斷每個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)是否是存在誤差。圖411 x方向和y方向上的半徑數(shù)據(jù)曲線圖411中的數(shù)據(jù)曲線就是x方向和y方向的上的半徑數(shù)據(jù)線，兩個(gè)方向上的半徑大小基本一致，如果有一定的相差，需要及時(shí)調(diào)整攝像頭，使攝像角度垂直工件表面。從圖412和圖41可以看出，如果所檢測(cè)的工件是圓環(huán)形，則在圓心左右會(huì)有明顯的間斷；如果是圓片形，則在圓心左右沒(méi)有明顯的間斷。為了在實(shí)際應(yīng)用中得到比較理想的圖像數(shù)據(jù)，而且又有利于后續(xù)的圖像處理，必須把光圈去掉。由此，可得到此角度方向上的內(nèi)光圈和外光圈的寬度為：如果所檢測(cè)的工件為圓片，遇到第二次灰度突變之后，當(dāng)極半徑的大小增大到所檢測(cè)工件的外徑大小時(shí)，停止該灰度方向的繼續(xù)掃描二可得到此角度方向上的內(nèi)光圈和外光圈的寬度為：另外，由于在同一個(gè)方向，即。圖419 閾值分割及反色后圖像4. 5缺陷檢測(cè)模塊對(duì)缺陷進(jìn)行檢測(cè)，首先必須確定經(jīng)過(guò)處里后的圖像是否有缺陷，如果沒(méi)有，則工件無(wú)缺陷。(a)當(dāng)左前一點(diǎn)和上一點(diǎn)皆為背景0，則P點(diǎn)加新標(biāo)記；(b)當(dāng)左前一點(diǎn)和上一點(diǎn)有一個(gè)為0，另一個(gè)為已加標(biāo)記，則點(diǎn)P和已加標(biāo)記的鄰點(diǎn)加上相同的標(biāo)記；(c)當(dāng)左前一點(diǎn)和上一點(diǎn)兩個(gè)鄰點(diǎn)皆為已加標(biāo)記，則P點(diǎn)標(biāo)記與左點(diǎn)標(biāo)記相同。連接性8連通，如圖423所示，圖中有A、B、C三個(gè)不連通的缺陷。圖425 去除小面積區(qū)域4. 6缺陷識(shí)別模塊經(jīng)過(guò)以上處理，從原始圖像中提取出了含有缺陷的圖像信息，得到了目標(biāo)缺陷。同時(shí)，這些描述特征對(duì)于目標(biāo)缺陷大小的變化、旋轉(zhuǎn)、平移是不變的。圖427 圓度判斷（1）圓度判斷圓度判斷主要是針對(duì)掉角的缺陷，根據(jù)工件的特性，如圖427所示，我們采取的方法：首先遍歷圓周，因?yàn)楸尘暗幕叶戎凳呛艿偷?，可以比較容易將工件和背景分割開(kāi)，提取出工件的外形；然后計(jì)算圓周上各點(diǎn)到圓心的距離，并和半徑比較，如果比半徑小于某一個(gè)設(shè)定值時(shí)，認(rèn)為該點(diǎn)不在圓周上，如果這樣的點(diǎn)連續(xù)而它們個(gè)數(shù)超過(guò)掉角缺陷的設(shè)定值時(shí)，可以認(rèn)為這個(gè)工件是不圓的。 表41圓度判斷數(shù)據(jù)