【正文】 200 250 直方圖 像素值 6000 5000 4000 3000 20xx 1000 0 像素值 6000 5000 4000 3000 20xx 1000 0 灰度值 圖像高（X） 600 500 400 300 200 100 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 圖像數(shù)據(jù) 灰度值 直方圖 0 50 100 150 200 250 0 50 100 150 200 250 直方圖 像素值 6000 5000 4000 3000 20xx 1000 0 像素值 6000 5000 4000 3000 20xx 1000 0 灰度值 圖像寬（ Y） 灰度值 直方圖 0 50 100 150 200 250 0 50 100 150 200 250 直方圖 像素值 6000 5000 4000 3000 20xx 1000 0 像素值 6000 5000 4000 3000 20xx 1000 0 灰度值 圖像高（X） 600 500 400 300 200 100 0 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 1 0 1 2 1 0 正態(tài)分布的分布密度 ()?f 為： 2/ ( 2 )1() 2 ??? ?? ??fe 式中 ? —— 標(biāo)準(zhǔn)差（或均方根誤差）； e —— 自然對(duì)數(shù)的底，值為 … 。 圖 41 缺陷檢測(cè)過程 4. 1 圖像實(shí)時(shí)采集模塊 為了準(zhǔn)確、及時(shí)獲得圖像的當(dāng)前狀態(tài)，需要不斷地通過圖像采集卡將 CCD攝像系統(tǒng)的圖像信息直接讀取到計(jì)算機(jī)內(nèi)存，在計(jì)算機(jī)內(nèi) 存中進(jìn)行其他的后續(xù)處理，如 ： 圖像濾波、圖像測(cè)量、缺陷檢測(cè)等等。 采用 模塊化結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)為 ： 1)可修改性 。 當(dāng)圖像顯示窗口小于視頻輸入窗口時(shí) ， 有兩 種方法可以采用 。 采樣頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào) ，滿足不同場(chǎng)合的需求 。其工作過程是 ： 首先將工件送到 CCD 攝像頭視場(chǎng)內(nèi) ； 然后由成像系統(tǒng)和圖像采集卡將圖像采集到計(jì)算機(jī)內(nèi)部 ； 運(yùn)用圖像處理技術(shù)對(duì)采集到的原始圖像進(jìn)行預(yù)處理以改善圖像質(zhì)量，從中提 取感興趣的特征量 ； 最后運(yùn)用模式識(shí)別技術(shù)對(duì)取到得特征量進(jìn)行分類整理以完成系統(tǒng)的檢測(cè)。利用線陣 CCD 配合包裝盒的一維運(yùn)動(dòng)獲取目標(biāo)圖像 ， 然后由計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理 ，可以檢測(cè)日期編號(hào)等信息的遺漏和正確與否 ； 以頻閃 光作為照明光源 ， 利用面陣或者線陣 CDC 作為螺紋鋼外形輪廓尺寸的探測(cè)器件 ， 實(shí)現(xiàn)熱軋螺紋鋼幾何參數(shù)在線測(cè)量 ；在各種產(chǎn)品表面缺陷檢測(cè)方面應(yīng)用也很多。但是 ， 機(jī)器視覺與其他學(xué)科又有著一定的區(qū)別 ， 其成像系統(tǒng) 光源 主機(jī) 視 覺 系統(tǒng) 場(chǎng)景 圖像 描述 反饋 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 特點(diǎn)是 ： 綜合技術(shù) 機(jī)器視覺是一項(xiàng)綜合技術(shù) ， 其中包括數(shù)字圖像處理技術(shù)、機(jī)械工程技術(shù)、控制技術(shù)、電光源照明技術(shù)、光學(xué)成像技術(shù)、傳感器技術(shù)、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)等。一般采用 CCD 攝像頭攝取檢測(cè)圖像并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào) ， 再對(duì)圖像數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理 ， 從而得到所需要的各種目標(biāo)圖像特征值 ， 并由此實(shí)現(xiàn)模式識(shí)別、坐標(biāo)計(jì)算、灰度分布圖等多 種功能。 機(jī)器視覺技術(shù) 機(jī)器視覺技術(shù)簡(jiǎn)介 機(jī)器視覺是一個(gè)相當(dāng) 新興的 研究領(lǐng)域。 采用預(yù)測(cè)編碼 ， 一般只需傳輸圖像數(shù)據(jù)的起始值和預(yù)測(cè)誤差 ， 因此可將 8 比特 /像素壓縮到 2 比特 /像素 。 對(duì)偶數(shù)列感光基元重復(fù)以上過程就可得到另 1 幀隔行的視頻信號(hào) 。 這個(gè)傳感器由一行感光基元 ， 兩個(gè)定時(shí)的將感光基元中的內(nèi)容傳給傳輸寄長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 存器的傳輸門 ， 以及一個(gè)定時(shí)的將傳輸寄存器中的內(nèi)容傳給放大器的輸出門構(gòu)成 。 以下對(duì)各模塊 的簡(jiǎn)介 。圖像理解主要是高層操作 ， 基本上是對(duì)從描述抽象出來的符號(hào)進(jìn)行運(yùn)算 ， 其處理過程和方法與人類的思維推理可以有許多類似之處。圖像工程學(xué)科是將數(shù)學(xué)、光學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的原理 ， 結(jié)合在圖像應(yīng)用中積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)而發(fā)展起來的。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。人的視覺系統(tǒng)就是一個(gè)觀測(cè)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。其主要應(yīng)用于制藥、印刷、礦泉水瓶蓋檢測(cè)等領(lǐng)域。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在國(guó)外 ， 機(jī)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)。機(jī)器視覺主要是采用計(jì)算機(jī)來模擬人的視覺功能，從客觀事物的圖像中提取信息，進(jìn)行處理并加以理解，最終用于實(shí)際檢測(cè)、測(cè)量和控制。 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。 編號(hào) 本科生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 基于機(jī)器視覺 的 表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(hào) 指 導(dǎo) 教 師 學(xué) 院 電子信息工程學(xué)院 二〇一三年六月 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) II 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)承諾書 1．本人承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）《 基于機(jī)器視覺 的 表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》，是認(rèn)真學(xué)習(xí)理解學(xué) 校的《長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作條例》后，在教師的指導(dǎo)下，保質(zhì)保量獨(dú)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。 關(guān)鍵詞 ： 機(jī)器視覺 表面缺陷 CCD 圖像處理 缺陷檢測(cè) 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) II Abstract In 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。近年來，迅速發(fā)展的以圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)的機(jī)器視覺技術(shù)恰恰可以解決這一問 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(shí)際實(shí)驗(yàn) ,設(shè)計(jì)適合本產(chǎn)品表面缺陷檢測(cè)的算法。目前在我國(guó)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(duì)采用圖像長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 和機(jī)器視覺技術(shù)的工業(yè)自動(dòng)化、智能化需求開始廣泛出現(xiàn) ， 國(guó)內(nèi)有關(guān)大專院校、研究所和企業(yè)近兩年在圖像和機(jī)器視覺技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了積極思索和大膽的嘗試 ，逐步開始了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用。它是用各種觀測(cè)系統(tǒng)以不同形式和手段觀測(cè)客觀世界而獲得的 ， 可以直接或間接作用于人眼并進(jìn)而產(chǎn)生視知覺的實(shí)體。為了能用數(shù)字計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)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(jìn)行離散化。 圖像工作者普遍認(rèn)為 需對(duì)圖像和 圖像 處理技術(shù)進(jìn)行綜合研究和應(yīng)用 ， 這個(gè)工作的框架就形成了圖像工程。圖象分析則進(jìn)入了中層 ， 分割和特征提取把原來以像素 描述的圖像轉(zhuǎn)變成比較簡(jiǎn)潔的非圖形式的描述。 最后 ， 圖象處理和分析主要是運(yùn)算 ， 所使用的設(shè)備主要是計(jì)算機(jī) 。 固態(tài)陣列中主要元件是電荷藕 合器件CCD。把水平傳輸寄存器的內(nèi)容送進(jìn)放大器就得到 1 幀隔行的視頻信號(hào) 。 圖像數(shù)據(jù)編碼一般采用預(yù)測(cè)編碼 ， 即將圖像數(shù)據(jù)的空間變化規(guī)律和序列變化規(guī)律用一個(gè)預(yù)測(cè)公式表示 ， 如果知道了某一像素的前面各相鄰像素值之后 ， 可以用公式預(yù)測(cè)該像素值 。 圖象處理和 分析中的一個(gè)重要事實(shí)是對(duì)特殊的問題需要特殊的解決方法 。 有 照明部分、圖像獲取部分、圖像顯示部分和圖像處理部分。由于歷史發(fā)展或領(lǐng)域本身的特點(diǎn) ， 這些學(xué)科有某種程度的相互重疊。機(jī)器視覺檢測(cè)是非接觸無損檢測(cè) ， 與傳統(tǒng)的檢測(cè)手段相比 ， 它具有不可替代的優(yōu)越性 ， 因而得到了廣泛的應(yīng)用。 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第 3 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)是由 CCD 攝像頭、照明系統(tǒng)、圖像采集卡、機(jī)械裝置、主控計(jì)算機(jī)等部件組成，圖 31 為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 由于要檢測(cè)工件的兩個(gè)表面 ， 所以需要在硬件上使用兩路視頻輸入 ， 每路采集不同表面的圖像 。 圖像顯示窗口是指在 VAG 顯示器上顯示的圖像尺寸 ， 其最大值不能超過輸入圖像窗口 。 為了設(shè)計(jì)出實(shí)用有效的軟件 ， 必須按照軟件工程的理論 ， 進(jìn)行充分的分階段的分析和設(shè)計(jì) 。 系統(tǒng) 主要有以下幾個(gè)模塊 ： 圖像實(shí)時(shí)采集模塊、圖像預(yù)處理模塊、 閾 值選取模塊、圖像測(cè)量模塊、缺陷檢測(cè)模塊、缺陷識(shí)別模塊，其過程如圖 41 所示。一旦發(fā)現(xiàn)含有粗大誤差的測(cè)量值，應(yīng)將其從測(cè)量結(jié)果中剔出。即 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 0 100 200 300 400 500 600 700 800 圖像數(shù)據(jù) 圖像寬（ X） 圖像高（Y） 600 500 400 300 200 100 0 圖像寬（ X） 0 100 200 300 400 500 600 700 800 圖像數(shù)據(jù) 圖像高（Y） 600 500 400 300 200 100 0 iv 3? 若滿足上式 ，應(yīng)于剔出。如圖414 所示，具體檢測(cè)過程如下 ： 圖 414 掃描示意圖 首先，如圖 414 所示，以工件圓心為極坐標(biāo)系原點(diǎn) O 隨著極半徑 r 和極角 ?從小到大逐個(gè)掃描每個(gè)像素點(diǎn)，極半徑 r 的范圍是從 0 到工件的外徑，極角 ? 的范圍是從 0 到 2? ； 掃描時(shí)，由于圖像相當(dāng)于一個(gè)矩陣，需要將極坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為直角坐標(biāo)系，其轉(zhuǎn)換公式為 cossin????? ??xryr 在轉(zhuǎn)化到圖像矩陣中，為 00cossin ??????? ????x x ry y r 其中， 0x 和 0y 分別是工件圓心的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)。掃描內(nèi)外光圈所得數(shù)據(jù)曲線如圖 418 所示。 圖 420 原圖像 根據(jù)上面的三原則 ， 在第一次掃描后所有的缺陷上皆已加標(biāo)記 ， 如圖 421所示 ， 標(biāo)記以此為 1， 2， 3， 4， 這是圖像中的同一缺陷可能有幾種不同的標(biāo)記 ，因此需要第二次掃描 ， 來把同一缺陷上的標(biāo)記統(tǒng)一起來 ， 只要是 4 連通的都屬于同一缺陷 ， 其標(biāo)記都應(yīng)該為一致 ， 如圖 422 所示 。為了把各種不同類型的目標(biāo)缺陷分類，需要識(shí)別出它們之間的不同。如圖428 所示，半徑的值并不是一條直線，而是一條曲線， 甚至有些地方 有凹溝，這表明工件本身不圓。 數(shù)據(jù)見表 51 和表 52。 實(shí)驗(yàn)分析 將反復(fù)實(shí)驗(yàn)后各種缺陷的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并將 10 次實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行累計(jì) ，表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)軟件