【文章內(nèi)容簡介】 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合視頻輸入經(jīng)多路開關，軟件選擇其中一路作為當前輸入，輸出到A/D進行模/數(shù)變換，數(shù)字化的圖像信號經(jīng)各種圖像處理后，利用PCI總線，傳到VAG卡顯示或計算機內(nèi)存存儲。由于要檢測工件的兩個表面，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。采樣頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)，滿足不同場合的需求。凡符合PAL制式(625行，50場/秒)和NTSC制式(525行，60場/秒)的視頻設備輸出的圖像信號均可作為該視頻捕捉卡的輸入源。在一般情況下，攝像機、錄像機等視頻設備均滿足上述標準。采樣頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)，滿足不同場合的需求。視頻輸入窗口是指數(shù)字化后的輸入圖像尺寸。在PAL制式，輸入窗口最大尺寸為768 X 576。在NTCS制式為64 X 480。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。當圖像顯示窗口小于視頻輸入窗口時，有兩種方法可以采用。一種方法是減少視頻輸入窗口的大小，即重新設置起始行、終止行、起始列、終止列。使視頻輸入窗口與圖像顯示窗口相匹配。處理后的結果顯示的僅是全部輸入圖像的一個局部，這種方法稱為裁剪。另一種方法是采用對視頻輸入窗口采用抽點和抽行的方法減少其大小，即根據(jù)視頻輸入窗口和圖像顯示窗口的相對大小設置縮小比例系數(shù)，處理后的結果顯示的是縮小的全部輸入圖像，這種方法稱為比例縮小。也可以將兩種方法結合起來，達到所需要的結果。3. 3軟件設計本課題中的圖像處理算法均采用Matlab程序語言實現(xiàn)模擬，Matlab提供一個高度集成的、集科學計算、程序設計和可視化歸于一身的。為了設計出實用有效的軟件，必須按照軟件工程的理論，進行充分的分階段的分析和設計。采用模塊化結構設計，其特點為：1)可修改性。對模塊內(nèi)部的修改，對模塊外部沒有影響；增加或刪除幾個模塊，不影響整個程序；2)可讀性。每個模塊意義和職責明確，模塊間的接口關系清楚，便于用戶和設計人員進行系統(tǒng)代碼的維護；3)驗證性。獨立于其它模塊，可單獨驗證一個模塊的正確性，便于進行調(diào)試。采用模塊化原理使軟件結構清晰，容易閱讀理解和維護。本系統(tǒng)中，按照算法要求設計了各子程序。第4章 缺陷檢測軟件設計由于本系統(tǒng)是一個完整、實時的缺陷檢測系統(tǒng)，需要系統(tǒng)從原始圖像采集到圖像預處理、閾值選取、分割，再到模式識別，最后到缺陷種類分選整套過程有一個全面、整體的設計。系統(tǒng)主要有以下幾個模塊：圖像實時采集模塊、圖像預處理模塊、閾值選取模塊、圖像測量模塊、缺陷檢測模塊、缺陷識別模塊，其過程如圖41所示。圖像實時采集模塊缺陷識別模塊圖像預處理模塊缺陷檢測模塊閾值選取模塊圖像測量模塊 圖41 缺陷檢測過程4. 1圖像實時采集模塊 為了準確、及時獲得圖像的當前狀態(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算機內(nèi)存，在計算機內(nèi)存中進行其他的后續(xù)處理，如：圖像濾波、圖像測量、缺陷檢測等等。4. 2圖像預處理模塊 為去掉噪聲對圖像的于擾，要將剛采集的圖像數(shù)據(jù)進行預處理，如：去除孤立點、平滑、濾波等；同時，還要對圖像進行灰度調(diào)整，增加對比度，為后續(xù)的圖像處理工作做準備，如圖42所示。圖42 原始圖像及灰度調(diào)整后圖像經(jīng)過預處理后，圖像的對比度增加，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 50 100 150 200 250直方圖直方圖像素值3000250020001500100050000 50 100 150 200 250像素值300025002000150010005000圖43 灰度調(diào)整前及灰度調(diào)整后圖像直方圖4. 3閾值選取模塊閾值的選取對于分割圖像、提取缺陷信息至關重要，其方法也很多，本系統(tǒng)采取利用圖像的灰度直方圖來選取閾值，如圖44所示。灰度值直方圖0 50 100 150 200 2500 50 100 150 200 250直方圖像素值6000500040003000200010000像素值6000500040003000200010000灰度值圖44 濾波前及濾波后的灰度直方圖4. 4圖像測量模塊（1）工件尺寸和位置測量根據(jù)閾值選取模塊所計算的閾值分割圖像，將圖像二值化處理，便于圖像整體信息的掃描，如圖45所示。圖45 圖像位置信息掃描圖46 掃描示意圖由圖46所示，可列： 那么，可得到工件的圓心坐標，其曲線分別如圖57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坐標數(shù)據(jù)曲線和y坐標數(shù)據(jù)曲線由于在實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，所以在對整幅圖像進行逐個像素掃描時，所檢測到的圖像信息也會存在干擾信息，即存在粗大誤差，在圖47中可以比較直觀地顯現(xiàn)。一旦發(fā)現(xiàn)含有粗大誤差的測量值，應將其從測量結果中剔出。設被測量的真值為，一系列測得值為，則測量列中的隨機誤差為式中正態(tài)分布的分布密度為：式中 —— 標準差（或均方根誤差）；1 0 1210 —— 自然對數(shù)的底，…。圖48 隨機誤差分布曲線由此可知：值愈小，則的指數(shù)的絕對值愈大，因而減小得愈快，即曲線變陡。而值愈小，在前面的系數(shù)值變大，即對應于誤差為零（=0）的縱坐標也大，曲線變高。反之，愈大，減小愈慢，曲線平坦，同時對應于誤差為零的縱坐標也小，曲線變低。圖48中三個測量列所得的分布曲線不同，其標準差也不相同，且。在等精度測量列中，單次測量的標準差按下式計算：式中 —— 測量次數(shù)(應充分大)； —— 測得值與被測量的真值之差； —— 測得值； —— 測得值的殘余誤差(簡稱殘差)； —— 測得值的平均值。為了把掃描到的粗大誤差去除掉，采用3準則來判斷每個檢測數(shù)據(jù)是否是存在誤差。即30 100 200 300 400 500 600 700 800圖像數(shù)據(jù)圖像寬（X）圖像高（Y）6005004003002001000圖像寬（X）0 100 200 300 400 500 600 700 800圖像數(shù)據(jù)圖像高（Y）6005004003002001000若滿足上式，應于剔出。下面圖49是經(jīng)過剔出粗大誤差之后工件圓心的x坐標和y坐標的曲線圖，可以明顯地看出經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)已經(jīng)比較統(tǒng)一。 圖49 經(jīng)過剔出誤差后的x坐標數(shù)據(jù)曲線和y坐標數(shù)據(jù)曲線圖410 半徑計算由圓心坐標，再結合去除粗大誤差后掃描數(shù)據(jù)就可以計算工件的半徑大小，如圖410所示、在x方向上 其中，為圖像的高度，為的個數(shù)；在方向上 圖像高0 100 200 300 400 500 600 700 800X方向計算的半徑大小半徑大小6005004003002001000圖像高0 100 200 300 400 500 600 700 800Y方向計算的半徑大小半徑大小6005004003002001000其中，為圖像的寬度，為的個數(shù)。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，兩個方向上的半徑大小基本一致，如果有一定的相差，需要及時調(diào)整攝像頭，使攝像角度垂直工件表面。（2）圓環(huán)和圓片的判斷圖像寬（X）0 100 200 300 400 500 600 700 800經(jīng)過圓心掃描的原始圖像數(shù)據(jù)灰度值300250200150100500圖像寬（X）0 100 200 300 400 500 600 700 800經(jīng)過閾值分割之后灰度值6005004003002001000在確定工件的圓心位置和半徑大小后，就需要判斷該工件時圓環(huán)還是圓片。圓環(huán)和圓片的區(qū)別就是：圓環(huán)的中心是空心，也是就說所采集工件圖像的中心數(shù)據(jù)為背景信息；而圓片的中心為實心，所采集工件圖像的中心數(shù)據(jù)為工件表面信息。圖412 圓環(huán)圖像寬（X）0 100 200 300 400 500 600 700 800經(jīng)過圓心掃描的原始圖像數(shù)據(jù)灰度值300250200150100500圖像寬（X）0 100 200 300 400 500 600 700 800經(jīng)過閾值分割之后灰度值6005004003002001000圖413 圓片圖412是圓環(huán)形工件經(jīng)過圓心水平掃描的原始圖像數(shù)據(jù)和閾值分割后的圖像數(shù)據(jù)；圖413是圓片形工件經(jīng)過圓心水平掃描的原始圖像數(shù)據(jù)和閾值分割后的圖像數(shù)據(jù)。從圖412和圖41可以看出，如果所檢測的工件是圓環(huán)形，則在圓心左右會有明顯的間斷；如果是圓片形，則在圓心左右沒有明顯的間斷。如圖414所示，具體檢測過程如下： 圖414 掃描示意圖首先，如圖414所示，以工件圓心為極坐標系原點隨著極半徑和極角從小到大逐個掃描每個像素點，極半徑的范圍是從到工件的外徑，極角的范圍是從到；掃描時，由于圖像相當于一個矩陣，需要將極坐標系轉(zhuǎn)化為直角坐標系，其轉(zhuǎn)換公式為在轉(zhuǎn)化到圖像矩陣中，為其中，和分別是工件圓心的橫坐標和縱坐標。其次，當逐個掃描每個像素遇到灰度突變時，記錄極半徑產(chǎn)的大小和極角的角度：按弧度計算的內(nèi)圓半徑大小0 20 40