【正文】 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 2） 灰度圖像 灰度圖像是指每個像素的信息由一個量化的灰度級來描述的 圖像，沒有彩色信息。特點是以客觀世界為中心，借助知識、經(jīng)驗等來把握整個客觀世界。 3） 圖像數(shù)據(jù)量龐大。 由于圖像數(shù)據(jù)量大，因此處理比較費時。使用這些算子對圖像的結(jié)構(gòu)和形狀進(jìn)行分析和處理，主要包括圖像分割、特征提取、邊緣檢測、圖像濾波、圖像增強以及圖像恢復(fù)等。在圖像處理中，集合 A 一般是待膨脹的圖像，稱集合 B 為結(jié)構(gòu)元素。集合 A 對集合 B 的閉運算記作 AB? ，定義為： ()A B A B B? ? ? 。另外，給定一副實際圖像選擇合用的分割算法也沒有標(biāo)準(zhǔn)。 輪廓提取與跟蹤 物體的輪廓在圖像處理中具有非常重要的意義。點 A 的右、右上、上、左上四個鄰點中至少有一 個邊界點，記為 B。當(dāng)圖像的目標(biāo)具有水平邊界時，對圖像進(jìn)行水平投影，則目標(biāo)邊界行的目標(biāo)像素的個數(shù)明顯多于其他行，從而確定物體水平邊界在圖像中的行數(shù)。因為增強技術(shù)并非是針對某種退化所采取的方法，所以很難預(yù)測哪一種特定技術(shù)是 最好的， 只能通過試驗和分析誤差來選擇一種合適的方法。而頻率域法就是在圖像的某種變換域中（通常時頻率域中）對圖像的變換值進(jìn)行某種運算處理，然后再變回空間域中。 (a) 原圖 (b) 效果圖 圖 29 圖像增強效果圖 圖像的增強技術(shù)通常有兩類方法：空間域法和頻率域法。當(dāng)無法知道圖像退化有關(guān)的定量信息時，可以使用圖像增強技術(shù)較為主觀地改善圖像的質(zhì)量。它主要針對二值圖像的操作，也是圖像分割中的一種基本的操作，當(dāng)物體具有水平或垂直邊界時，通過投影，可以確定物體的大概位置。以下介紹本文中要用到的二值圖像的輪廓跟蹤。因此正確的設(shè)定分割閾值對于圖像的分割是非常重要的。當(dāng)前提出的小波分析、模糊集、分形等新的智能信息處理方法有可能找到新的圖像分割方法。這些組合運算中，最為重要也最常用的兩個組合運算是開運算和閉運算。 膨脹 膨脹是形態(tài)學(xué)運算中的最基本的運算子之一，它在圖像處理中的主要作用是擴充物體邊界點，連接兩個距離很近的物體。 圖 24 圖像的腐蝕 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)由一組形態(tài)學(xué)運算算子組成。如果精度及分辨率再提高，所需處理時間將大幅度增加。 2） 處理的多樣性。特點是輸入是圖象，輸出是數(shù)據(jù)。 數(shù)字圖像 一幅圖像可定義為一個二維函數(shù) f(x,y)，當(dāng)空間坐標(biāo) x、 y 和幅值 f 為有限的離散數(shù)值時，稱該圖像為數(shù)字圖像。為下面的檢測系統(tǒng)設(shè)計提供了大體的框架。 第二章：研究實現(xiàn)了缺陷檢測圖像處理技術(shù)的常用算法，對待檢測圖像進(jìn)行了預(yù)處理，為后面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。所以根據(jù)產(chǎn)品的特點來設(shè)計圖像處理的算法，使得檢測出來的產(chǎn)品質(zhì)量滿足工業(yè)要求，成為通用的手段。由于數(shù)字圖像在工業(yè)中的應(yīng)用前景非常廣泛，各個大公司也都紛紛開發(fā)出各種基于圖像處理的檢測系統(tǒng)。 圖 11 計算機層析成像系統(tǒng) CT 西安 交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中，涉及到各種各樣的檢查、測量和零件識別應(yīng)用，例如光盤表面印刷質(zhì)量檢查，汽車零配件尺寸檢查和自動裝配的完整性檢查，電 子裝配線的元件自動定位，飲料瓶蓋的印刷質(zhì)量檢查，產(chǎn)品包裝上的條碼和字符識別等。數(shù)字圖像處理最早出現(xiàn)在 20 世紀(jì) 50 年代 [3]，當(dāng)時計算機已經(jīng)發(fā)展到一定的水平，人們利用計算機來處理圖像信息。低成本、無損傷、準(zhǔn)確，快速，使得機器視覺在缺陷 檢測領(lǐng)域具有重要的意義。同時培養(yǎng)了良好的編程能力，分析和解決問題的能力，為以后的科研夯實了基礎(chǔ)。最終在畢設(shè)中采用了三種效果比較不錯的配準(zhǔn)算法。 課題的主要任務(wù) ，了解機器視覺在缺陷檢測領(lǐng)域的重大意義； VC環(huán)境下，研究并實現(xiàn)缺陷檢測（包括圖像預(yù)處理、圖像配準(zhǔn)、圖像比對）算法； ，并針對實際應(yīng)用提出自己的建議； Xavis中。低成本、無損傷、準(zhǔn)確，快速，使得機器視覺在缺陷檢測領(lǐng)域具有重要的意義。低成本、無損傷、準(zhǔn)確，快速，使得機器視覺在缺陷檢測領(lǐng)域具有重要的意義。取得了預(yù) 想中的成果，檢測的表面劃痕效果清晰明顯。 Information entropy。 表面缺陷檢測概述 圖像處理就是對圖像信息進(jìn)行加工以滿足人的視覺心理應(yīng)用需要的行為 [1]。數(shù)字圖像處理的另一個成功的應(yīng)用是醫(yī)學(xué)上的 [3]， 1972 年英國 EMI 公司的工程師 Housfield 發(fā)明了CT。有些時候，如微小尺寸的精確快速測量，形狀匹配，顏色辨識等，用人眼根本無法連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行。據(jù)估計，全球圖像處理市場以每年 ％的速度迅速增長，到 2021 年的機器視覺市場規(guī)模預(yù)計將達(dá)到 億美元。本論文對圖像處理在物體表面缺陷檢測的應(yīng)用作了研究，并成功用 利用 Xavis 軟件綜合利于各種圖像處理算法，實現(xiàn)了各種產(chǎn)品的表面缺陷的檢測與標(biāo)識，其中涉及了以下幾項工作： （ 1） 較深入 地研究了各種圖像處理的算法，了解了各種算法的優(yōu)缺點及適用范西安 交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 圍。取得了預(yù)期的成果。一般地，圖像處理是用計算機和實時硬件實現(xiàn)的，因此也稱之為計算機圖像處理 (Computer Image Processing)。 圖 22 灰度圖像 3） 彩色圖像 彩色圖像是指每個像素的信息由 RGB 三原色構(gòu)成的圖像，其中 RBG 是由不同的灰度級來描述的。特點是輸入是數(shù)據(jù)，輸出是理解。 圖像中包含有豐富的信息，可以通過圖像處理技術(shù)獲取圖像中包含的有用的信息，但是，數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量巨 大。特別是處理結(jié)果與中心像素鄰 域有關(guān)的西安 交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 5） 圖像處理技術(shù)綜合性強。 由于形態(tài)學(xué)具有完備的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，這使得形態(tài)學(xué)用于圖像分析和處理、形態(tài)濾波器的分析和系統(tǒng)設(shè)計等具有了堅實的基礎(chǔ)。 2 缺陷檢測的數(shù)字圖像處理實現(xiàn) 9 腐蝕 腐蝕也是形態(tài)學(xué)運算中最基本的運 算子之一，它是與膨脹相對應(yīng)的運算。在圖像處理中，集合 A 一般是待處理的圖像，集合 B 一般是結(jié)構(gòu)元素，通過選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)算子，開運算可以消除圖像的噪音，平滑圖像的邊界，閉運算可以連接兩個相鄰的物體。由于圖像分割的算法相當(dāng)?shù)亩?，本小結(jié)沒有必要一一介紹，本小結(jié)只介紹本論文要用的圖像分割算法，主要有灰度分割法、輪廓提取與跟蹤以及投影法。在工業(yè)產(chǎn)品表面質(zhì)量檢測中，通過輪廓提取或跟蹤，確定產(chǎn)品的輪廓，從而確定表面缺陷所在的范圍，去除背景干擾，提高檢測算法的實時性。從邊界點 B開始，定義初始的搜索方向為左上方；如果左上方的點為黑點，則為邊界點，否則搜索方向順時針旋轉(zhuǎn) 45 度。 垂直投影于水平投影類似，只是對圖像中的每一列進(jìn)行遍歷，并計算每一列中目標(biāo)像素的個數(shù)。有時可能需要徹底改變圖像的視覺效果，以便突出重要特征的可觀察性，使人或計算機更易觀察或檢測。 2 缺陷檢測的數(shù)字圖像處理實現(xiàn) 13 圖像平滑去除檢測圖像的噪聲 圖像的大部分噪音，比如由敏感元件，量化器 等引起的噪音，多半是隨機性的，它們對某一像素的影響，都可以看成孤立的，因此與鄰近各個點相比，該點的灰度值將顯著的不同。這一小節(jié)中，我簡要的介紹一些常用的可以用在缺陷檢測的圖像增強技術(shù)。 (a) 原圖 (b) 水平投影 (c) 垂直投影 圖 28 投影圖 圖像增強提取目標(biāo)缺陷的研究 圖像增強是對圖像質(zhì)量在一般意義上的改善。 圖 27輪廓跟蹤算法 投影 投影主要有兩種投影：水平投影和垂直投影。 輪廓跟蹤的最基本方法是：先根據(jù)某些嚴(yán)格的“探測準(zhǔn)則”找出物體輪廓上的象素，再根據(jù)這些像素的某些特征用一定的“跟蹤準(zhǔn)則”找出目標(biāo)物體上的其它像素。閾值 T 太高，容易把大量的目標(biāo)判為背景；閾值 T 太低，又會把大量的背景判為目標(biāo)。 雖然國內(nèi)外學(xué)者已提出很多種圖像分割算法，但由于背景的多變性和復(fù)雜性，至今西安 交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 為止還沒有一種能適用于各種背景的圖像分割算法。 開和閉 在腐蝕和膨脹的基礎(chǔ)上，對這兩個形態(tài)學(xué)運算子進(jìn)行集合（并、交、補等），可以構(gòu)造出形態(tài)學(xué)運算族。比 如二值圖像中所有黑色相素組成的了該圖像完全描述。主要包括膨脹、腐蝕、開以及閉運算。如此龐大的數(shù)據(jù)量給存儲、傳輸和處理都帶來巨大的困難。由于計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，計算精度和計算的正確性勿庸置疑； 另外，對同一圖像用相同的方法處理多次，也可得到完全相同的效果，具有良好的再現(xiàn)性。 2） 中級圖像處理 中級圖像處理主要對圖象中感興趣的目標(biāo)進(jìn)行檢測（或分割）和測量，以獲得它們的客觀信息從而建立對圖象的描述?，F(xiàn)在，計算機圖像處理已成為疾病診斷的重要手段，用一般攝影方法不能獲取的身體內(nèi)部的狀況，也能由特殊的圖像處理裝置獲取， 最具有代表性的就是 X 射線CT(Computed Tomograph，計算機斷層 攝像 )。 本章還介紹了數(shù)字圖像處理的基本結(jié)構(gòu)。 論文共分五章，各章的主要內(nèi)容安排如下： 第一章：論述了圖像處理的發(fā)展，表面缺陷檢測的 意義和發(fā)展。 在工業(yè)生產(chǎn)中，由于工業(yè)產(chǎn)品繁多，外形各異，利用一種圖像處理方法來檢測所有產(chǎn)品的表面是不現(xiàn)實的。 90 年代，大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，一方面使得計算機的速度成倍的提高，而計算機的價格卻持續(xù)下降，另一方面使得 CCD 的分辨率也越來越高 ,各公司也在各 FPGA的基礎(chǔ)上推出了各種圖像處理得專用芯片這一切使得圖像處理在工業(yè)產(chǎn)品表面缺陷檢測中的應(yīng)用 的到了飛速的發(fā)展。數(shù)字圖像處理在這兩方面巨大成功的應(yīng)用極大的推動了數(shù)字圖像處理的發(fā)展。數(shù)字圖像處理就是利用數(shù)字計算機或其他數(shù)字硬件，對從圖像信息轉(zhuǎn)換而得的電信號進(jìn)行 某些數(shù)字運算，以提高圖像的實用性。 ...................................................................... 34 基于灰度信息的模板匹配缺陷檢測算法的 OpenCV 與 VC++實現(xiàn) ............... 35 本章小結(jié) ..................................................................................................................... 41 5 結(jié)論與展望 ........................................................................................................................ 43 畢設(shè)成果 ..................................................................................................................... 43 檢測算法的評價與學(xué)術(shù)意義 ..................................................................................... 43 本次畢設(shè)存在的問題 ................................................................................................. 44 本科畢設(shè)感想和體會 ................................................................................................. 44 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................ 45 附 錄 .................................................................................................................................... 46 附錄 1 英文資料和譯 文 ................................................................................................. 46 附錄 11 英文原文 ..............................................................................