【正文】 的包膠磕碰缺陷圖像處理正如上圖（c）中所示，包膠自身的紋理及包膠與活塞鑄件交接處的邊緣等都可能產(chǎn)生干擾信息。一般說來，包膠紋理等產(chǎn)生的干擾信息多為水平方向的直線。根據(jù)這一特征，我們可以通過分析連通域的特性判斷其是否是缺陷[45]?？紤]到干擾信息的線型特征，我們選擇了以下幾種特性進行分析：1） 目標(biāo)連通域的面積：面積可以直觀地衡量物體的尺寸大小。分割后的二值圖像中，連通域的面積計算十分方便，只需要計算各個連通域中像素點的總數(shù)即可。缺陷的面積一般較大，因此，孤立點等小于一定面積的目標(biāo)不是缺陷；2） 目標(biāo)連通域的寬度：寬度是指其的外接矩形的寬。包膠紋理或是交接邊緣生成的目標(biāo)多為水平線，其寬度較小，因而一定寬度以內(nèi)的目標(biāo)不是缺陷；3） 目標(biāo)連通域的長寬比：長寬比的定義見式（）。式中，T表示目標(biāo)連通域的長寬比，L和W分別表示目標(biāo)外接矩形的長度和寬度。對于干擾目標(biāo)來說，其L遠大于W，由此可以很好地區(qū)分缺陷目標(biāo)和干擾信息。 （）綜上所述，這一類缺陷的處理主要通過目標(biāo)區(qū)域提取、自適應(yīng)閾值分割和連通域特性分析濾除干擾信息實現(xiàn)。 幾種典型的缺陷圖像處理典型缺陷原始圖像目標(biāo)區(qū)域提取自適應(yīng)閾值處理連通域分析處理膠套裂縫膠套脫皮包膠外圓碰傷 本章小結(jié)本章首先介紹了活塞包膠組件圖像的預(yù)處理方法，比較了中值濾波和均值濾波的處理效果，確定本文采用中值濾波去除活塞包膠組件圖像的噪聲。然后，討論了圖像分割的方法，對比了經(jīng)典的閾值處理和邊緣檢測方法，在上述討論的基礎(chǔ)上，提出了適合活塞包膠組件圖像的分割方法。最后提出了針對活塞包膠組件各種缺陷的識別算法。4 活塞包膠組件的缺陷檢測4 活塞包膠組件缺陷檢測的軟件系統(tǒng)實現(xiàn)4 活塞包膠組件缺陷檢測的軟件系統(tǒng)實現(xiàn)軟件系統(tǒng)是活塞包膠組件缺陷檢測的核心部分，本軟件系統(tǒng)是利用Matrox Imaging Studio2008平臺上開發(fā)的，它的主要功能包括：1) 將相機與軟件系統(tǒng)連接起來，能夠?qū)崟r采集圖像；2) 對采集到的圖像進行處理分析，判斷活塞包膠組件是否存在缺陷；3) 提供友好的人機交互界面，可以進行相機參數(shù)的設(shè)置，顯示最終的處理結(jié)果等。 、含有多個標(biāo)準(zhǔn)模塊或組件的32位圖像函數(shù)庫，可以對圖像進行采集、處理、分析、顯示和存取操作，其功能覆蓋圖像領(lǐng)域的所有方面。本系統(tǒng)是用以MIL為基礎(chǔ)的ActiveMIL控件實現(xiàn)的，它將MIL中的函數(shù)集成到ActiveMIL控件上，能夠?qū)崿F(xiàn)更為快速的應(yīng)用程序開發(fā)。[46]。 ActiveMIL控件及其功能控件名稱功能 應(yīng)用對象控件控制整個程序范圍內(nèi)的屬性及功能 系統(tǒng)控件代表物理意義上的圖像采集卡 圖像控件分配圖像或?qū)D像進行加載、壓縮等操作 數(shù)字轉(zhuǎn)換器控件分配數(shù)字轉(zhuǎn)換器，并用連接到圖像獲取卡的轉(zhuǎn)換器采集圖像 數(shù)據(jù)顯示控件顯示圖像連通域分析控件識別圖像中的像素連通域并統(tǒng)計其特征圖像處理控件對圖像進行平滑、增強、變換等操作一個ActiceMIL程序首先必須有一個應(yīng)用對象控件(Application Control),用于創(chuàng)建圖像處理的控制和執(zhí)行環(huán)境。一個應(yīng)用對象控件下可以有多個系統(tǒng)控件（System Control），每個系統(tǒng)控件下可以建立多個數(shù)字轉(zhuǎn)化器控件（Digitizer Control），顯示控件（Display Control），圖像控件（Image Control）和圖像處理控件等（ImageProcessing Control），[47]。 ActiveMIL程序的控件結(jié)構(gòu) 活塞包膠組件缺陷檢測軟件設(shè)計根據(jù)前面提到的活塞包膠組件缺陷檢測算法，我們設(shè)計的活塞包膠組件缺陷檢測軟件系統(tǒng)主要包括圖像采集模塊、圖像分析與處理模塊和輸出控制模塊。 活塞包膠組件缺陷檢測軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 活塞包膠組件缺陷檢測主程序流程要實現(xiàn)活塞包膠組件的缺陷檢測，首先要完成系統(tǒng)的初始化，包括數(shù)字轉(zhuǎn)換器控件、圖像控件、顯示控件等的配置及其參數(shù)的預(yù)設(shè)置，然后才能進行后續(xù)處理。我們采用三個相機分別對活塞包膠組件的上端面、下端面和側(cè)面進行拍攝，軟件系統(tǒng)也分為相應(yīng)的三個部分，每一部分都是按照以下流程執(zhí)行：檢測是否收到光電傳感器的觸發(fā)信號，如果沒有檢測到拍攝觸發(fā)信號，則系統(tǒng)繼續(xù)處于等待檢測狀態(tài)；如果獲得了觸發(fā)信號，相應(yīng)的相機開始采集圖像，并調(diào)用相應(yīng)的圖像處理函數(shù)對其進行處理和分析，根據(jù)處理結(jié)果發(fā)送信號至PLC，同時將判斷結(jié)果輸出至程序界面。 活塞包膠組件缺陷檢測主程序流程圖 圖像采集模塊圖像采集是整個檢測過程的第一步工作。在開始采集圖像之前，我們需要先對相機、采集卡和Buffer等進行配置。我們首先創(chuàng)建了一個Buffer陣列，將其與圖像（Image）控件關(guān)聯(lián)起來，然后設(shè)置Buffer對象以及Digitizer控件、Image控件、Display控件等的屬性參數(shù)，利用Allocate方法實現(xiàn)控件的初始化。，在接收到觸發(fā)信號時，我們讀取當(dāng)前Buffer中的圖像數(shù)據(jù)到指定的圖像控件，方便后續(xù)的圖像處理。整個圖像采集的流程如下：開始創(chuàng)建Buffer陣列控件參數(shù)設(shè)置及初始化有無觸發(fā)信號？采集圖像至指定圖像控件YN結(jié)束 圖像采集流程圖 圖像分析與處理模塊圖像分析與處理模塊是整個檢測系統(tǒng)的核心部分。前面已經(jīng)提過，根據(jù)活塞包膠組件上端面、側(cè)面和下端面的不同特征，我們設(shè)計了不同的圖像處理與缺陷檢測方法。第三章對這一內(nèi)容做了詳細的闡述。這里給出了對活塞包膠組件三個面的分析與處理的流程。確定圓心，然后進行極坐標(biāo)變換是判斷活塞包膠組件上端面圖像是否存在缺陷的第一步。此后，需要統(tǒng)計并計算活塞包膠組件輪廓點在極坐標(biāo)圖像中的R值，利用R值，我們可以提取出圖像不同的環(huán)帶，進行相應(yīng)缺陷的檢測。開始中值濾波，Otsu法與固定閾值法相結(jié)合分割圖像最小二乘法計算圓心圖像極坐標(biāo)變換R值統(tǒng)計提取閥線區(qū)域YN膠套破裂？外閥線掉塊？提取閥線間區(qū)域無阻尼孔？有氣孔？NNNYYY結(jié)束剔除 活塞包膠組件上端面圖像檢測流程活塞包膠組件下端面存在的缺陷一般是內(nèi)閥線掉塊。內(nèi)閥線掉塊缺陷與外閥線掉塊缺陷有很多相似之處，因此對下端面圖像的處理流程與上端面圖像的處理流程也較為相似，具體流程如下。提取圓環(huán)區(qū)域內(nèi)閥線掉塊？Y剔除結(jié)束N開始中值濾波，自適應(yīng)局部閾值法分割圖像最小二乘法計算圓心圖像極坐標(biāo)變換R值統(tǒng)計活塞包膠組件的側(cè)面圖像缺陷檢測采用了兩種方法：首先通過側(cè)面輪廓分析來檢測脫套、包膠位置偏移這一類的缺陷，然后再利用連通域特性分析來檢測目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的膠套裂縫、膠套脫皮及包膠外圓碰傷這一類的缺陷。開始形態(tài)學(xué)操作提取邊緣邊緣輪廓分析YN自適應(yīng)閾值分割目標(biāo)區(qū)域提取有無缺陷？有無缺陷？連通域特性分析結(jié)束剔除NY 活塞包膠組件側(cè)面圖像檢測流程 輸出控制模塊活塞包膠組件圖像處理結(jié)果的顯示主要利用Display控件來實現(xiàn)。將Display控件的Image設(shè)置為存放處理結(jié)果的Image控件即可。本節(jié)主要討論軟件中的控制模塊。運動控制則是通過PC機與PLC的通信來實現(xiàn)的。在完成前面的圖像分析與處理之后，缺陷檢測的結(jié)果通過串口傳送至PLC，由PLC產(chǎn)生控制信號實現(xiàn)不良產(chǎn)品的剔除。實驗中用到的臺達DVP系統(tǒng)PLC有RS232和RS485兩個通訊口，前者主要用于上下載程序，后者用于通訊控制。由于PC機上使用的是RS232串口通信，我們采用了RS232/RS485轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)PC機與PLC之間的通訊[48]。 Visual Studio中串口通信程序的開發(fā)一般有兩種方法：一是利用WindowsAPI函數(shù)，一是利用Visual Studio中提供的控件。SerialPort控件能夠方便地實現(xiàn)所需要串口通信的功能。要使用SerialPort控件。其常用的屬性、[49]。本系統(tǒng)采用了SerialPort實現(xiàn)PC機與PLC的通訊。 SerialPort控件常用的屬性、方法和事件名稱說明PortName獲取或設(shè)置通信端口BaudRate獲取或設(shè)置串行波特率Parity獲取或設(shè)置奇偶校驗位DataBits獲取或設(shè)置每個字節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)位StopBits獲取或設(shè)置每個字節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)停止位Open打開一個新的串行端口連接Close關(guān)閉端口連接Read從 SerialPort 輸入緩沖區(qū)中讀取Write將數(shù)據(jù)寫入串行端口輸出緩沖區(qū)DataReceived將處理 SerialPort 對象的數(shù)據(jù)接收事件的方法有無回握手信號？開始串口初始化發(fā)送握手信號發(fā)送數(shù)據(jù)YN有無握手信號？開始串口初始化回握接收數(shù)據(jù)YN產(chǎn)生電機信號結(jié)束結(jié)束 PC機與PLC通信程序流程圖 軟件的界面設(shè)計軟件系統(tǒng)在visual studio 2008環(huán)境下使用C程序語言編寫而成。動態(tài)圖像顯示區(qū)上端面檢測下端面檢測相機參數(shù)設(shè)置側(cè)面檢測手動、自動切換處理結(jié)果顯示區(qū) 活塞包膠缺陷檢測系統(tǒng)界面1) 動態(tài)圖像顯示區(qū)：能夠動態(tài)地顯示上端面相機、側(cè)面相機和下端面相機拍攝的活塞包膠組件相應(yīng)面的圖像；2) 處理結(jié)果顯示區(qū)：采集到的活塞包膠組件三個面的圖像在經(jīng)過后臺算法的處理后的圖像輸出到該區(qū)域中對應(yīng)的Display控件中。對活塞包膠組件的合格與否判定也在該區(qū)域顯示；3) 相機參數(shù)設(shè)置區(qū)：設(shè)置對應(yīng)的相機的參數(shù)，包括快門、亮度和增益的調(diào)節(jié)。另外，在選擇手動拍攝時，可以用該區(qū)域的按鈕實現(xiàn)對應(yīng)相機的圖像采集；4) 手動、自動切換區(qū)：自動運行時系統(tǒng)順序完成圖像采集、處理分析、與PLC通信的功能；切換至手動狀態(tài)則可實現(xiàn)手動的圖像采集功能；5) 上端面檢測區(qū)、側(cè)面檢測區(qū)和下端面檢測區(qū)：分別對應(yīng)了活塞包膠組件三個面的缺陷檢測。在各區(qū)域中可以分別查看三個面各自的動態(tài)圖像、相機參數(shù)及處理結(jié)果。 本章小結(jié)本章主要描述了系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)。，然后介紹了活塞包膠組件缺陷檢測的軟件設(shè)計，包括圖像采集模塊、圖像分析與處理模塊及輸出控制模塊的實現(xiàn)，最后對軟件系統(tǒng)的界面做了簡單的介紹。5 實驗結(jié)果與分析5 實驗結(jié)果及分析，我們可以把活塞包膠組件的上端面圖像劃分為4個區(qū)域。其中，Rmax以外的區(qū)域為區(qū)域1，用于判斷是否存在包膠破裂缺陷；R1與RR3與RR5與R6圍成的環(huán)帶為區(qū)域2，它對應(yīng)于活塞包膠組件的閥線，用于判別閥線掉塊缺陷；R2與R3圍成的區(qū)域3為閥線間的第一環(huán)帶，是阻尼孔所在的區(qū)域；R4與R5圍成的區(qū)域4是閥線間第二環(huán)帶，氣孔可能出現(xiàn)在第三和第四區(qū)域中。1R613Rmax1R51R41R31R21R11422 活塞包膠組件上端面圖像區(qū)域劃分我們對28個活塞包膠組件樣品進行了實驗，其中有8個樣品缺陷為外閥線掉塊，2個為上端面氣孔，3個為內(nèi)閥線掉塊，5個為包膠外圓碰傷，2個為膠套中間裂縫。除了本文提到過的缺陷，還有部分樣品缺陷為臺階高低不均，包膠膠套上臺等。我們分別對其上端面、側(cè)面和下端面進行了拍攝，按照前面介紹的算法進行分別處理。 僅就活塞包膠組件的上端面來看，樣品222227均沒有缺陷。對比檢測數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)，1號、26號和27號樣品都發(fā)生了誤判，這是因為定位的不準(zhǔn)確引起的光照不均造成的。另外，本算法對8號樣品的缺陷裙邊褶皺不敏感，因此沒有檢測出該缺陷。這些將在未來的工作中予以改進。 活塞包膠組件樣品上端面檢測數(shù)據(jù)樣品一區(qū)目標(biāo)二區(qū)目標(biāo)三區(qū)有無目標(biāo)三區(qū)間距變化四區(qū)間距變化結(jié)果100是74/否200是41是300是159否4062///否500是00是6074///否700是11是800是31是900是42是1000是153否1100是561否12021///否13049///否1461////否150195///否16033///否17087///否18022///否19049///否208347///否2100否//否2200是41是2300是10是2400是53是2535////否2600是69/否2700是818否2800是78/否我們同樣針對活塞包膠組件的下端面和側(cè)面缺陷檢測進行了實驗。這里以同樣的方法對活塞包膠組件下端面的檢測區(qū)域進行劃分。，R1與R2之間的環(huán)帶為區(qū)域1，R2與R3之間的環(huán)帶為區(qū)域2。考慮到內(nèi)閥線掉塊在樣品整體中所占比例較小，這里僅列出檢測出缺陷的活塞包膠組件下端面數(shù)據(jù)。R11R21R3121 活塞包膠組件下端面圖像區(qū)域劃分 活塞包膠組件樣品下端面檢測缺陷