【正文】 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。 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。 長春理工大學本科畢業(yè)設計 11 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。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 。 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 。 采用 模塊化結(jié)構(gòu) 設計，其特點為 ： 1)可修改性 。 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。 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(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、 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 。 其工作原理如圖 32 所示 ： 圖 32 VIDEOPCIXR 圖像采集片工作原理 復合視頻輸入 4 復合視頻輸入 1 復合視頻輸入 2 復合視頻輸入 3 多路開關 多路開關 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 長春理工大學本科畢業(yè)設計 10 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 。 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 主控計算 機 分類機構(gòu) 工件 傳送裝置 圖 31 機器視覺 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 3. 1 CCD 攝像頭 CCD 是一種半導體成像器件，具有靈敏度高、抗強光、畸變小、體積小、壽命長，抗震動等優(yōu)點。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算機內(nèi)部 ； 運用圖像處理技術(shù)對采集到的原始圖像進行預處理以改善圖像質(zhì)量，從中提取感興趣的特征量 ； 最后運用模式識別技術(shù)對取到得特征量進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)與運動跟蹤技術(shù)、多攝像機融合技術(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算機視覺主要通過幾何 ， 描述物體及其運動的三維結(jié)構(gòu) ， 屬于結(jié)構(gòu)方法 ， 已得到較系統(tǒng)的研究 ； 而在計算機視覺中的統(tǒng)計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 90 年代中期以來 ， 計算機視覺界將對應與射影幾何 、仿射幾何、歐幾里得幾何的描述 ， 系統(tǒng)地引進視覺計算方法中 ， 比較完美地對應為視覺系統(tǒng)中對物體由粗到細的描述 ， 在計算機視覺系統(tǒng)中降低了對攝像系統(tǒng)參數(shù)了長春理工大學本科畢業(yè)設計 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動獲取目標圖像 ， 然后由 計算機對圖像進行處理 ，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用也很多。機器視覺在質(zhì)量檢測方面的應用占整個工業(yè)應用的近 80%， 其中最大的應用行業(yè)為 ： 汽車、制藥、電子與電氣、制造、包裝、食品、飲料等。因此 ， 機器視覺技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的 實際應用速度遠遠滯后于圖像處理理論的發(fā)展速度。 強調(diào)實用性 機器視覺強調(diào)實用性 ， 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 ， 必須有較強的通用性和可移植性。但是 ， 機器視覺與其他學科又有著一定的區(qū)別 ， 其成像系統(tǒng) 光源 主機 視 覺 系統(tǒng) 場景 圖像 描述 反饋 長春理工大學本科畢業(yè)設計 7 特點是 ： 綜合技術(shù) 機器視覺是一項綜合技術(shù) ， 其中包括數(shù)字圖像處理技術(shù)、機械工程技術(shù)、控制技術(shù)、電光源照明技術(shù)、光學成像技術(shù)、傳感器技術(shù)、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計算機 軟硬件技術(shù)、人機接口技術(shù)等。 有不少學科的研究目標與機器視覺相近或者相關 ， 這些學科中包括圖像處理、模式識別或圖像識別、圖像理解等。而且機器視易于 實現(xiàn)信息集成 ， 是實現(xiàn)計算機集成制造的基礎技術(shù)。 圖 21 機器 視覺系統(tǒng)構(gòu)成 機器視覺系統(tǒng)的特點是提高生產(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)字信號進行處理 ， 從而得到所需 要的各種目標圖像特征值 ， 并由此實現(xiàn)模式識別、坐標計算、灰度分布圖等多種功能。 機器視覺系統(tǒng)的組成如圖 21。 機器視覺系統(tǒng)的概念、組成及特點 機器視覺是將圖像處理、計算機圖形學、模式識別、計算機技術(shù)、人工智能等眾多學科高度集成和有機結(jié)合 ， 而形成的一門綜合性的技術(shù)。機器視覺作為一種應用系統(tǒng) ， 其功能特點是隨著工業(yè)自動化的發(fā)展而逐漸完長春理工大學本科畢業(yè)設計 6 善和發(fā)展的。 機器視覺技術(shù) 機器視覺技術(shù)簡介 機器視覺是一個相當 新興的 研究領域。 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 ， 用于以視頻速度進行算術(shù)和邏輯運算的算術(shù)邏輯單元 ， 以及前面提到的幀緩存 。 進入 90 年代尤其是 21 世紀后 ， 人們設計了各種與工業(yè)標準總線兼容的可以插入微機或工作站的圖像卡 。 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 。 采用預測編碼 ， 一般只需傳輸圖像數(shù)據(jù)的起始值和預測誤差 ， 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)容順序送進垂直傳輸寄存器 ， 然后再送進水平傳輸寄存器 。 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本科畢業(yè)設計 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)務網(wǎng) 、 計算機局網(wǎng) ，甚至普通電話網(wǎng)等 。 圖象顯示可用電視顯示 器 、 隨機讀取陰極射線管和各種打印 機 等 。 為完成各自的功能每個模塊都需一些特定的設備 。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行運算 ， 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 上進行處理 ， 處理的數(shù)據(jù)量非常大。圖像理解的重點是在圖象分析的基礎上 ， 進一步研究圖像中各目標的性質(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 ， 從而指導和規(guī)劃行為。 圖象處理著重強調(diào)在圖像之間進行的變換。圖像工程學科是將數(shù)學、光學等基礎科學的原理 ， 結(jié)合在圖像應用中積累的技術(shù)經(jīng)驗而發(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行的硬件設計及制長春理工大學本科畢業(yè)設計 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展 ， 出現(xiàn)了許多新理論、新方法、新算法、新手段、新設備。目前人們主要研究的是數(shù)字圖象 ， 主要應用的是計算機圖像技術(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 中一個坐標點的位置 ， 而 ? 代表圖像在點 (x， y)的某種性質(zhì) F 的數(shù)值。隨著計算機技術(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)量得到相當程度的改善 ， 既改善了圖像的視覺效果 ， 又便于計算機對圖像進行分析、處理和識別。當然 ， 其他領域如指紋檢測等等領域也有著很好的發(fā)展空間。其 主要應用于制藥、印刷、礦泉水瓶蓋檢測等領域。 而在中國 ， 以上行業(yè)本身就屬于新興的領域 ， 再加之機器視覺產(chǎn)品技術(shù)的普及不夠 ， 導致以上各行業(yè)的應用幾乎空白 ， 即便是有 ， 也只是低端方面的應用。機器視覺系統(tǒng)還在質(zhì)量檢測的各個方面已經(jīng)得到了廣泛的應用 ， 并且其產(chǎn)品在應用中占據(jù)著舉足輕重的地位。再流焊機、波峰焊機及自動化生產(chǎn)線設備。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在國外 ， 機器視覺的應用主要體現(xiàn)在半導體及電子行業(yè) ， 其中大概 40%50%都集中在半導體行業(yè)。因此 ,機器視覺技術(shù)在這類在線檢測任務中的應用 ,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) ， 因此具有重要的實際應用價值和現(xiàn)實意義。可對工件表面的斑點、凹坑、劃痕、色差、缺損等缺陷進行檢測。機器視覺主要是采用計算機來模擬人的視覺功能，從客觀事物的圖像中提取信息，進行處理并加以理解，最終用于實際檢測、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現(xiàn)實時在線檢測 ； 采用自動選取圖像分割 閾 值，根據(jù)實際應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行二值化分割，從而實現(xiàn)各種缺陷的自動提取 及識別。長春理工大