【正文】 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。 圖 41 缺陷檢測過 程 4. 1 圖像實(shí)時采集模塊 為了準(zhǔn)確、及時獲得圖像的當(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、圖像測量、缺陷檢測等等。 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 第 4 章 缺陷檢測軟件設(shè)計(jì) 由于本系統(tǒng)是一個完整、實(shí)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(yù)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(shè)計(jì)。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) 。 每個模塊意義和職責(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 。 采用 模塊化結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)為 ： 1)可修改性 。 3. 3 軟件設(shè)計(jì) 本課題中的圖像處理算法均采用 Matlab 程序語言實(shí)現(xiàn)模擬， Matlab 提供一個高度集成的、集科學(xué)計(jì)算、程序設(shè)計(jì)和可視化歸于一身的。 另一種方法是采用對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 。 使視頻輸入窗口與圖像顯示窗口相匹配 。 當(dāng)圖像顯示窗口小于視頻輸入窗口時 ， 有兩種方法可以采用 。 在 NTCS 制式為 64 X 480。 視頻輸入窗口和顯示窗口 視頻輸入窗口是指數(shù)字化后的輸入圖像尺寸 。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) ，滿足不同場合的需求 。 其工作原理如圖 32 所示 ： 圖 32 VIDEOPCIXR 圖像采集片工作原理 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/D A/D 緩存 緩存 PCI 總線 VGA 顯示卡 系統(tǒng)內(nèi)存 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 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 。 3. 2 圖像采集卡 本系統(tǒng)采用的是大恒 PCIXR 視頻捕捉卡，具 有高品質(zhì)的視頻采集性能，具備高速 PCI 總線，采集頻率為 3D 幀 /秒，顯示畫面流暢不間斷 ； 顯示分辨率640X480。 1 2 3 4 5 6 CCD 攝像頭及照明系統(tǒng) 圖像采集卡 主控 計(jì)算 機(jī) 分類機(jī)構(gòu) 工件 傳送裝置 圖 31 機(jī)器視覺 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 3. 1 CCD 攝像頭 CCD 是一種半導(dǎo)體成像器件，具有靈敏度高、抗強(qiáng)光、畸變小、體積小、壽命長，抗震動等優(yōu)點(diǎn)。其工作過程是 ： 首 先將工件送到 CCD 攝像頭視場內(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)用模式識別技術(shù)對取到得特征量進(jìn)行分類整理以完成系統(tǒng)的檢測。如利用指紋、虹膜、人臉、語音等識別技術(shù)、行為識別技術(shù)與運(yùn)動跟蹤技術(shù)、多攝像機(jī)融合技術(shù)構(gòu)成視覺監(jiān)測系統(tǒng) ， 用于信息安全、智能交通、反恐防盜、身份鑒別等。如果說基于幾何的計(jì)算機(jī)視覺主要通過幾何 ， 描述物體及其運(yùn)動的三維結(jié)構(gòu) ， 屬于結(jié)構(gòu)方法 ， 已得到較系統(tǒng)的研究 ； 而在計(jì)算機(jī)視覺中的統(tǒng)計(jì)方法除較好地用于圖像的底層處理外 ， 一直顯得不完善更不用說系統(tǒng)化了。 20 世紀(jì) 90 年代中期以來 ， 計(jì)算機(jī)視覺界將對應(yīng)與射影幾何、仿射幾何、歐幾里得幾何的描述 ， 系統(tǒng)地引進(jìn)視覺計(jì)算方法中 ， 比較完美地對應(yīng)為視覺系統(tǒng)中對物體由粗到細(xì)的描述 ， 在計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)中降低了對攝像系統(tǒng)參數(shù)了長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 解的要求 ， 提高了系統(tǒng)對噪聲的魯棒性。利用線陣 CCD 配合包裝盒的一維運(yùn)動獲取目標(biāo)圖像 ， 然后由計(jì)算機(jī)對圖像進(jìn)行處理 ，可以檢測日期編號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器件 ， 實(shí)現(xiàn)熱軋螺紋鋼幾何參數(shù)在線測量 ；在各種產(chǎn)品表面缺陷檢測方面應(yīng)用也很多。機(jī)器視覺在質(zhì)量檢測方面的應(yīng)用占整個工業(yè)應(yīng)用的近 80%， 其中最大的應(yīng)用行業(yè)為 ： 汽車、制藥、電子與電氣、制造、包裝、食品、飲料等。因此 ， 機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于圖像處理理論的發(fā)展速度。 強(qiáng)調(diào)實(shí)用性 機(jī)器視覺強(qiáng)調(diào)實(shí)用性 ， 要求有合理的性價比 ， 要有通用的工業(yè)接口 ， 能夠由普通工作來操作 ， 必須有較強(qiáng)的通用性和可移植性。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) 場景 圖像 描述 反饋 長春理工大學(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。 有不少學(xué)科的研究目標(biāo)與機(jī)器視覺相近或者相關(guān) ， 這些學(xué)科中包括圖像處理、模式識別或圖像識別、圖像理解等。而且機(jī)器視易于實(shí)現(xiàn)信息集成 ， 是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。 圖 21 機(jī)器 視覺系統(tǒng)構(gòu)成 機(jī)器視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動化程度。一般采用 CCD 攝像頭攝取檢測圖像并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號 ， 再對圖像數(shù)字信號進(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)模式識別、坐標(biāo)計(jì)算、灰度分布圖等多種功能。 機(jī)器視覺系統(tǒng)的組成如圖 21。 機(jī)器視覺系統(tǒng)的概念、組成及特點(diǎn) 機(jī)器視覺是將圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、模式識別、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能等眾多學(xué)科高度集成和有機(jī)結(jié)合 ， 而形成的一門綜合性的技術(shù)。機(jī)器視覺作為一種應(yīng)用系統(tǒng) ， 其功能特點(diǎn)是隨著工業(yè)自動化的發(fā)展而逐漸完長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 善和發(fā)展的。 機(jī)器視覺技術(shù) 機(jī)器視覺技術(shù)簡介 機(jī)器視覺是一個相當(dāng) 新興的 研究領(lǐng)域。 這些圖像卡包括用于圖象數(shù)字化和臨時存儲的圖像采集卡 ， 用于以視頻速度進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的算術(shù)邏輯單元 ， 以及前面提到的幀緩存 。 進(jìn)入 90 年代尤其是 21 世紀(jì)后 ， 人們設(shè)計(jì)了各種與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線兼容的可以插入微機(jī)或工作站的圖像卡 。 該方法可將一幅圖像的數(shù)據(jù)壓縮到為數(shù)不多的幾十個特傳輸 ， 在接收端再變換回去即可 。 采用預(yù)測編碼 ， 一般只需傳輸圖像數(shù)據(jù)的起始值和預(yù)測誤差 ， 因此可將 8 比特 /像 素壓縮到 2 比特 /像素 。 數(shù)據(jù)的壓縮主要通過圖像數(shù)據(jù)的編碼和變換壓縮完成 。 高信道速率意味著 投資高 普及難度 。 現(xiàn)在常用的線掃描 CCD 一般有 512 到 4096 個象素或更多 ，而 4096 X 4096 個象素的掃描 CCD 也已在使用 。 對偶數(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 。 先將奇數(shù)列感光基元的內(nèi)容順序送進(jìn)垂直傳輸寄存器 ， 然后再送進(jìn)水平傳輸寄存器 。 輸入顯示器的圖象也可以通過硬拷控制 。 電荷藕合平面陣列的工作原理與線陣相似 ， 但感光基元排列成一個矩陣形式并由傳輸門和平面掃描圖像顯示模塊的結(jié)果主要用于顯示給人看 。 這個傳感器由一行感光基元 ， 兩個定時的將感光基元中的內(nèi)容傳給傳輸寄長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 存器的傳輸門 ， 以及一個定時的將傳輸寄存器中的內(nèi)容傳給放大器的輸出門構(gòu)成 。 這樣的感光基元能產(chǎn)生與所接受的輸入光強(qiáng)成正比的輸出電壓 。 下面介紹這兩種 裝置的常用器件。 一種是對某個電磁能量譜波段敏感的物理器件 ， 它能產(chǎn)生與所接受到的電磁能量成正比的模擬電信號 。 以下對各模塊 的簡介 。 圖像通信可借助綜合業(yè)務(wù)網(wǎng) 、 計(jì)算機(jī)局網(wǎng) ，甚至普通電話網(wǎng)等 。 圖象顯示可用電視顯示器 、 隨機(jī)讀取陰極射線管和各種打印 機(jī) 等 。 為完成各自的功能每個模塊都需一些特定的設(shè)備 。圖像理解主要是高層操作 ， 基本上是對從描述抽象出來的符號進(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。圖象處理是比較低層的操作 ，它主要在圖像像素級別 上進(jìn)行處理 ， 處理的數(shù)據(jù)量非常大。圖像理解的重點(diǎn)是在圖象分析的基礎(chǔ)上 ， 進(jìn)一步研究圖像中各目標(biāo)的性質(zhì)和它們之間的相互聯(lián)系 ， 并得出對圖像內(nèi)容含義的理解以及對原來客觀場景的解釋 ， 從而指導(dǎo)和規(guī)劃行為。 圖象處理著重強(qiáng)調(diào)在圖像之間進(jìn)行的變換。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。另外 ， 圖像技術(shù)還可包括為完成上述功能而進(jìn)行的硬件設(shè)計(jì)及制長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 作等方面的技術(shù) 由于圖像技術(shù)近年來得到極大的重視和長足的進(jìn)展 ， 出現(xiàn)了許多新理論、新方法、新算法、新手段、新設(shè)備。目前人們主要研究的是數(shù)字圖象 ， 主要應(yīng)用的是計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)。本文以后主要討論數(shù)字圖象 ， 依據(jù)我們的習(xí)慣 用 ?(x， y)代表數(shù)字圖像 ， ?、 x、 y都在整數(shù)集合中取值 。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。 常見圖像是連續(xù)定義的 ， 即 ?、 x、 y 的值可以是任意實(shí)數(shù)。一幅圖像可以用一個 2D 數(shù)組 ?（ x， y） 來表示 ， 這里 x 和 y 表示 2D空間 XY 中一個坐標(biāo)點(diǎn)的位置 ， 而 ? 代表圖像在點(diǎn) (x， y)的某種性質(zhì) F 的數(shù)值。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展 ， 人們還可以人為地創(chuàng)造出色彩斑斕、千姿百態(tài)的各 種圖像。人的視覺系統(tǒng)就是一個觀測系統(tǒng) ， 通過它得到的圖像就是客觀景物在人眼中形成的影像。圖像對我們并不陌生。經(jīng)過這些處理后 ， 輸出圖像的質(zhì)量得到相當(dāng) 程度的改善 ， 既改善了圖像的視覺效果 ， 又便于計(jì)算機(jī)對圖像進(jìn)行分析、處理和識別。當(dāng)然 ， 其他領(lǐng)域如指紋檢測等等領(lǐng)域也有著很好的發(fā)展空間。其主要應(yīng)用于制藥、印刷、礦泉水瓶蓋檢測等領(lǐng)域。 而在中國 ， 以上行業(yè)本身就屬于新興的領(lǐng)域 ， 再加之機(jī)器視覺產(chǎn)品技術(shù)的普及不夠 ， 導(dǎo)致以上各行業(yè)的應(yīng)用幾乎空白 ， 即便是有 ， 也只是低端方面的應(yīng)用。機(jī)器視覺系統(tǒng)還在質(zhì)量檢測的各個方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用 ， 并且其產(chǎn)品在應(yīng)用中占據(jù)著舉足輕重的地位。再流焊機(jī)、波峰焊機(jī)及自動化生產(chǎn)線設(shè)備。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在國外 ， 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)。因此 ,機(jī)器視 覺技術(shù)在這類在線檢測任務(wù)中的應(yīng)用 ,仍然是一個難題。 針對這種現(xiàn)狀 ， 課題組決定自行開發(fā)工件表面缺陷在線檢測系統(tǒng) ， 確保各類缺陷及時準(zhǔn)確檢出 ， 從根本上解決人工檢測效率低、精度低的問題 ， 同時 ， 還可以降低原材料消耗、能耗和人力成本 ， 該課題還可以推廣到其他需要表面質(zhì)量檢測的行業(yè)中 ， 如印刷、包裝等行業(yè) ， 因此具有重要的實(shí)際應(yīng)用價值和現(xiàn)實(shí)意義?？蓪ぜ砻娴陌唿c(diǎn)、凹坑、劃痕、色差、缺損等缺陷進(jìn)行檢測。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、測量和控制。人工檢測不僅工作量大，而且易受檢測人員主觀因素的影響，容易對產(chǎn)品表面缺陷造成漏檢，尤其是變形較小、畸變 不大的夾雜缺陷漏檢，極大降低了產(chǎn)品的表面質(zhì)量，從而不能夠保證檢測的效率與精度。 image processing。 surface defect。 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。該系統(tǒng)采用面陣 CCD 和多通道圖像采集卡作為圖像采集部分，提高了檢測系統(tǒng)的速度并降低了對 CCD 的性能要求，使系統(tǒng)在現(xiàn)有的條件下比較容易實(shí)現(xiàn)實(shí)時在線檢測 ； 采用自動選取圖像分割 閾 值，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的閾值把工件信息從圖像中提取出來并掃描工件 圖像中的信息，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動測量 ； 根據(jù)掃描得到的工件信息去除掉工件邊緣的光圈，利用自動選取的 閾值 對金屬工件表面的圖像進(jìn)行二值化分割，從而實(shí)現(xiàn)各種缺陷的自動提取 及識別。長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)