【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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多路開關(guān)多路開關(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)。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。采樣頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)，滿足不同場(chǎng)合的需求。凡符合PAL制式(625行，50場(chǎng)/秒)和NTSC制式(525行，60場(chǎng)/秒)的視頻設(shè)備輸出的圖像信號(hào)均可作為該視頻捕捉卡的輸入源。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)。采樣頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)，滿足不同場(chǎng)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(guò)輸入圖像窗口。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。一種方法是減少視頻輸入窗口的大小，即重新設(shè)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(jié)果顯示的僅是全部輸入圖像的一個(gè)局部，這種方法稱為裁剪。另一種方法是采用對(duì)視頻輸入窗口采用抽點(diǎn)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(duì)大小設(shè)置縮小比例系數(shù)，處理后的結(jié)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(jié)合起來(lái)，達(dá)到所需要的結(jié)果。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。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)。采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)為：1)可修改性。對(duì)模塊內(nèi)部的修改，對(duì)模塊外部沒(méi)有影響；增加或刪除幾個(gè)模塊，不影響整個(gè)程序；2)可讀性。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。獨(dú)立于其它模塊，可單獨(dú)驗(yàn)證一個(gè)模塊的正確性，便于進(jìn)行調(diào)試。采用模塊化原理使軟件結(jié)構(gòu)清晰，容易閱讀理解和維護(hù)。本系統(tǒng)中，按照算法要求設(shè)計(jì)了各子程序。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)。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(guò)程如圖41所示。圖像實(shí)時(shí)采集模塊缺陷識(shí)別模塊圖像預(yù)處理模塊缺陷檢測(cè)模塊閾值選取模塊圖像測(cè)量模塊 圖41 缺陷檢測(cè)過(guò)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(guò)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。4. 2圖像預(yù)處理模塊 為去掉噪聲對(duì)圖像的于擾，要將剛采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，如：去除孤立點(diǎn)、平滑、濾波等；同時(shí)，還要對(duì)圖像進(jìn)行灰度調(diào)整，增加對(duì)比度，為后續(xù)的圖像處理工作做準(zhǔn)備，如圖42所示。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 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(duì)于分割圖像、提取缺陷信息至關(guān)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(lái)選取閾值，如圖44所示?；叶戎抵狈綀D0 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(cè)量模塊（1）工件尺寸和位置測(cè)量根據(jù)閾值選取模塊所計(jì)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(biāo)，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(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)。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。設(shè)被測(cè)量的真值為，一系列測(cè)得值為，則測(cè)量列中的隨機(jī)誤差為式中正態(tài)分布的分布密度為：式中 —— 標(biāo)準(zhǔn)差（或均方根誤差）；1 0 1210 —— 自然對(duì)數(shù)的底，…。圖48 隨機(jī)誤差分布曲線由此可知：值愈小，則的指數(shù)的絕對(duì)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(duì)應(yīng)于誤差為零（=0）的縱坐標(biāo)也大，曲線變高。反之，愈大，減小愈慢，曲線平坦，同時(shí)對(duì)應(yīng)于誤差為零的縱坐標(biāo)也小，曲線變低。圖48中三個(gè)測(cè)量列所得的分布曲線不同，其標(biāo)準(zhǔn)差也不相同，且。在等精度測(cè)量列中，單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差按下式計(jì)算：式中 —— 測(cè)量次數(shù)(應(yīng)充分大)； —— 測(cè)得值與被測(cè)量的真值之差； —— 測(cè)得值； —— 測(cè)得值的殘余誤差(簡(jiǎn)稱殘差)； —— 測(cè)得值的平均值。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。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(yīng)于剔出。下面圖49是經(jīng)過(guò)剔出粗大誤差之后工件圓心的x坐標(biāo)和y坐標(biāo)的曲線圖，可以明顯地看出經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)已經(jīng)比較統(tǒng)一。 圖49 經(jīng)過(guò)剔出誤差后的x坐標(biāo)數(shù)據(jù)曲線和y坐標(biāo)數(shù)據(jù)曲線圖410 半徑計(jì)算由圓心坐標(biāo)，再結(jié)合去除粗大誤差后掃描數(shù)據(jù)就可以計(jì)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(gè)數(shù)；在方向上 圖像高0 100 200 300 400 500 600 700 800X方向計(jì)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(jì)算的半徑大小半徑大小6005004003002001000其中，為圖像的寬度，為的個(gè)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(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。（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(guò)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(guò)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(shí)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(shuō)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(shí)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(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。如圖414所示，具體檢測(cè)過(guò)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)隨著極半徑和極角從小到大逐個(gè)掃描每個(gè)像素點(diǎn)，極半