CN103543157A - 离线带材表面图像模拟动态采集方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种离线带材表面图像模拟动态采集装置，包括输入端口、I/O接口、图像数据整合装置、输出端口、Camlink输出接口和存储器。输入端口与上位计算机连接，通过输入端口从上位计算机获取带材表面图像和参数。I/O接口接收速度脉冲信号。图像数据整合装置连接到输入端口和I/O接口，图像数据整合装置从输入端口接收带材表面图像和参数，从I/O接口接收速度脉冲信号，图像数据整合装置依据处理速度脉冲控制信号和参数对带材表面图像进行整合并控制带材表面图像的采集速度和输出速度。输出端口连接到图像数据整合装置。Camlink输出接口连接到图像数据整合装置，Camlink输出接口包括数个基础Camlink接口和一个全Camlink接口。存储器连接到图像数据整合装置。

Description

离线带材表面图像模拟动态采集方法及装置

技术领域

本发明涉及检测技术，尤其涉及一种基于机器视觉的带材表面缺陷自动检测技术。

背景技术

随着社会化大生产的分工不断细化和机器视觉的技术的不断发展，基于机器视觉带材表面缺陷自动检测技术逐渐取代人工检测，成为了在线带材表面缺陷检测系统的主流应用技术。同时，由于带材的生产速度不断提高；产品工艺要求检测的最小缺陷尺寸要求不断提高；要求检测缺陷数量、种类不断增加；产品质量信息化综合评价要求不断提高，在线带材表面缺陷自动检测技术还需不断地发展来满足实际生产的需要。

基于机器视觉的带材表面缺陷自动检测系统以图像为重要媒介，围绕着图像的采集、传输、处理和分析展开。系统调试和运行过程中，图像信息来自对已经存储的带材表面图片或者通过从相机直接采集。如图1a和图1b揭示了现有技术中经常使用的两种检测流程。图1a揭示了检测系统工作时通过图像传感器获得实时图像，并进行处理的流程。如图1a所示，基于实时图像处理的流程大致如下：由图像传感器获取速度脉冲信号、实时采集图像、实施检测系统图像处理算法、输出缺陷检测结果。图1b揭示了采用离线图像直接测试，用来优化系统参数配置的流程。如图1b所示，利用离线图片进行测试的流程大致如下：获取离线图像、实施检测系统图像处理算法、进行参数调整及优化、输出缺陷检测结果。有效利用离线图片调试和测试系统是十分有意义的事情，对于减少上线调试和准确评估系统性能有很大帮助。

随着硬件技术的发展，基于硬件实现实时图像采集和处理的专用机器视觉检测平台得到了研究和应用，该平台借助硬件计算资源的数据处理速度优势，通过流水线的图像处理模式实现图像的实时处理。图2揭示了现有技术中使用的一种基于硬件实现的检测流程。如图2所示，该检测流程大致如下：由图像传感器获取速度脉冲信号、实时采集图像、实施基于板卡的处理算法、进行参数调整及优化、输出缺陷检测结果。图2的流程只能应用于实时在线检测，而不能用于离线检测。由于硬件图像处理平台直接与图像传感器接口，采用离线图像无法直接对该类平台测试。若通过软件来模式硬件平台的功能，虽然容易实现与离线图片数据的对接，但是软件模式平台难于实现，也不能很好地测试硬件平台的实际性能。

发明内容

本发明旨在提出一种利用带材表面离线图像动态模拟在线带材表面质量图像采集的装置，该装置能够将已有的带材表面图像作为输入，将这些图像数据以一定的格式和接口方式进行输出。由此，可以将具有典型特征的带材表面缺陷图像输出到带材表面检测的软件或者硬件测试平台，实现对软件或者硬件图像检测平台的性能测试，进而能够达到优化图像处理算法、参数和整个系统性能的目的。

根据本发明的一实施例，提出一种离线带材表面图像模拟动态采集装置，包括输入端口、I/O接口、图像数据整合装置、输出端口、Camlink输出接口和存储器。输入端口与上位计算机连接，通过输入端口从上位计算机获取带材表面图像和参数。I/O接口接收速度脉冲信号。图像数据整合装置连接到输入端口和I/O接口，图像数据整合装置从输入端口接收带材表面图像和参数，从I/O接口接收速度脉冲信号，图像数据整合装置依据处理速度脉冲控制信号和参数对带材表面图像进行整合并控制带材表面图像的采集速度和输出速度。输出端口连接到图像数据整合装置。Camlink输出接口连接到图像数据整合装置，Camlink输出接口包括数个基础Camlink接口和一个全Camlink接口。存储器连接到图像数据整合装置。

在一个实施例中，参数包括带材表面图像的宽度和高度。

在一个实施例中，图像数据整合装置包括高度调整器、宽度调整器和队列缓存器。高度调整器依据参数调节带材表面图像的高度。宽度调整器依据调节带材表面图像的宽度。队列缓存器以张为单位将经过高度和宽度调整的图像排列呈缓存队列。速度控制器依据速度脉冲信号调节图像采集和输出速度。

在一个实施例中，存储器是SRAM存储器和SDRAM存储器，输入端口和输出端口都是千兆网络接口。

根据本发明的一实施例，提出一种离线带材表面图像模拟动态采集方法，包括：获得参数、速度脉冲信号和带材表面图像；依据参数和速度脉冲信号对带材表面图像进行整合，将整合后的图像以张为单位存储到图像缓存队列中，速度脉冲信号控制图像采集的速度；依据速度脉冲信号确定图像的输出速度；依据参数选择输出接口输出图像。

在一个实施例中，参数包括带材表面图像的宽度和高度。

在一个实施例中，依据参数对带材表面图像进行整合包括将带材表面图像缩放成设定的宽度和高度。

在一个实施例中，依据速度脉冲信号确定图像的输出速度包括对速度脉冲信号计数，计数达到一张图像的高度时输出一张图像。

在一个实施例中，依据参数选择输出接口输出图像包括依据参数选择Camlink接口或者千兆网络接口输出图像。

本发明提出的离线带材表面图像模拟动态采集装置和采集方法使无论是基于软件还是硬件的带材表面检测系统的离线调试过程更加方便，离线调试过程能够测试更加全面。尤其是对基于硬件处理的图像采集和处理平台，依托本发明的装置并通过输入典型缺陷图像，硬件处理平台的算法和参数设置可以进行测试和优化。本发明的装置使整个带材表面检测系统的测试工作更加完善，该装置的利用能够达到事半功倍的效果。

附图说明

图1a揭示了现有技术中通过图像传感器获得实时图像并进行处理的流程。

图1b揭示了现有技术中采用离线图像直接测试并进行优化系统参数配置的流程。

图2揭示了现有技术中使用的一种基于硬件实现的检测流程，该流程只能应用于实时在线检测，不能用于离线检测。

图3揭示了使用本发明的离线带材表面图像模拟动态采集装置的检测流程。

图4揭示了根据本发明的一实施例的离线带材表面图像模拟动态采集装置的结构图。

图5揭示了根据本发明的一实施例的离线带材表面图像模拟动态采集装置中图像数据整合装置的结构框图。

图6揭示了根据本发明的一实施例的离线带材表面图像模拟动态采集方法的流程图。

图7揭示了根据本发明的一实施例的离线带材表面图像模拟动态采集装置与其他设备的连接关系图。

具体实施方式

本发明设计的离线带材图像的在线采集模拟装置能够很好的解决现有技术中的问题。图3揭示了使用本发明的离线带材表面图像模拟动态采集装置的检测流程。如图3所示，本发明的装置以及由该装置实现的方法相当于一个中间环节，实现离线图像对硬件图像处理平台的输入。如图3所示，结合本发明的装置和方法所实现的检测流程大致如下：获取离线图像、离线图像的在线采集模拟、实时采集图像、实施基于板卡的处理算法、进行参数调整及优化、输出缺陷检测结果。

参考图4所示，图4揭示了根据本发明的一实施例的离线带材表面图像模拟动态采集装置100的结构图。如图4所示，该离线带材表面图像模拟动态采集装置100包括输入端口102、I/O接口104、图像数据整合装置106、输出端口108、Camlink输出接口110和存储器112。

输入端口102与上位计算机连接，通过输入端口102从上位计算机获取带材表面图像和参数。在图4所示的实施例中，输入端口102由千兆网络接口实现。I/O接口104接收速度脉冲信号。图像数据整合装置106连接到输入端口102和I/O接口106，图像数据整合装置106从输入端口102接收带材表面图像和参数，从I/O接口104接收速度脉冲信号，图像数据整合装置106依据处理速度脉冲控制信号和参数对带材表面图像进行整合并控制带材表面图像的采集速度和输出速度。输出端口108连接到图像数据整合装置106。在图4所示的实施例中，输出端口108也由千兆网络接口实现。Camlink输出接口110连接到图像数据整合装置106，Camlink输出接口110包括数个，比如图示的三个基础Camlink接口Base CL和一个全Camlink接口Full CL。存储器112连接到图像数据整合装置106，在图示的实施例中，存储器112是SRAM存储器和SDRAM存储器。

图5进一步揭示了图像数据整合装置的结构框图。在一个实施例中，通过输入端口102从上位计算机接收的参数包括带材表面图像的宽度和高度。图像数据整合装置106包括高度调整器160、宽度调整器161、队列缓存器162和速度控制器163。在图5所示的实施例中，还包括脉冲分/组频器164和模拟编码器165。高度调整器160依据参数调节带材表面图像的高度。宽度调整器161依据调节带材表面图像的宽度。队列缓存器162以张为单位将经过高度和宽度调整的图像排列呈缓存队列。速度控制器163依据速度脉冲信号调节图像采集和输出速度。如果速度脉冲信号精度较高，则速度控制器163直接使用速度脉冲信号进行速度控制。如果由外部编码器提供的速度脉冲信号的精度不能匹配图像采集速度，则使用脉冲分/组频器164对原始的速度信号进行分频或者组频处理，然后装置对速度脉冲信号计数，计数达到一张图像的高度时输出一张图像。如果采用模拟速度信号，则由模拟编码器165输出模拟速度信号控制图像的采集和输出速度，直接实现对图像队列数据的输出速度控制。

图6揭示了根据本发明的一实施例的离线带材表面图像模拟动态采集装置与其他设备的连接关系图。如图6所示，该离线带材表面图像模拟动态采集方法200包括如下的步骤：

202.获得参数、速度脉冲信号和带材表面图像。在一个实施例中，该参数包括带材表面图像的宽度和高度。

204.依据参数和速度脉冲信号对带材表面图像进行整合，将整合后的图像以张为单位存储到图像缓存队列中，速度脉冲信号控制图像采集的速度。在一个实施例中，步骤204中依据参数对带材表面图像进行整合包括将带材表面图像缩放成设定的宽度和高度。

206.依据速度脉冲信号确定图像的输出速度。在一个实施例中，步骤206实现如下：如果速度脉冲信号精度较高，则直接使用速度脉冲信号进行速度控制。如果由外部编码器提供的速度脉冲信号的精度不能匹配图像采集速度，则对原始的速度信号进行分频或者组频处理，然后对速度脉冲信号计数，计数达到一张图像的高度时输出一张图像。如果采用模拟速度信号，则由模拟编码器输出模拟速度信号控制图像的采集和输出速度，直接实现对图像队列数据的输出速度控制。

208.依据参数选择输出接口输出图像。在一个实施例中，该步骤208中依据参数选择输出接口输出图像包括依据参数选择Camlink接口或者千兆网络接口输出图像。

下面介绍本发明的一个实实施实例。图7揭示了该实例中本发明的离线带材表面图像模拟动态采集装置与其他设备的连接关系图。保存有离线带材表面图像的离线图像数据源向本发明的离线带材表面图像模拟动态采集装置输出图像数据。该离线图像数据源可以是计算机或者数据存储模块。速度编码器向该离线带材表面图像模拟动态采集装置输出速度信号。离线带材表面图像模拟动态采集装置向检测系统图像处理平台输出经处理后的模拟动态图像。检测系统图像处理平台得到缺陷数据并输出给检测系统服务器，检测系统服务器输出缺陷检测结果。

本发明的离线带材表面图像模拟动态采集装置以存储在计算机的图像为输入，在装置内部对数据进行重组，按照给定的图像高度和宽度、按着设定的输出传输速度进行数据输出。

该装置通过千兆网络接口与上位计算机相连，以此作为装置主要的数据输入通道，存储在计算机上的带材表面缺陷图像可以通过该通道上传到图像采集模拟装置。同时，借助该接口可以对装置进行参数设置。通过I/O接口能够接受并处理速度脉冲信号，或者配置设备自身产生速度脉冲信号，该速度脉冲信号用来整合存贮在图像采集装置内的图像数据，即直接控制模拟带材图像数据的采集速度和输出速度。该装置配置千兆网络输出接口和CamLink输出接口，使其输出模式可以分别适用于网络接口和CamLink接口的图像采集和处理系统。通过配置标准通讯协议，该装置能完全替代图像采集传感器，利用离线图像模拟检测系统的图像采集工作。

该装置内部图像数据整合采用FPGA电路逻辑实现，该电路逻辑与本发明装置的图像输入、I/O控制输入连接，实现图像数据的读入和处理，最后将图像数据输出到装置的输出接口。

该装置所执行的采集方法的过程如下：

第一步，从上位机通过输入接口获得参数配置和图像数据，参数配置包括图像的宽度和高度尺寸、图像的输出速度控制参数。

第二步，将图像数据进行整理，按着配置参数，将图像缩放成所需要的高度和宽度，将整理好的图像数据以张为单位存储到图像缓存队列当中。

第三步，确定图像的输出速度。图像输出速度可以分别由I/O脉冲速度信号或者装置模拟速度信号来控制。其中对于由外部编码器产生的速度脉冲信号，如果其精度不能匹配图像采集速度，则需要对原始的速度信号进行分频或者组频处理，然后装置对速度脉冲信号计数，计数达到一张图像的高度时输出一张图像。采用模拟速度信号控制图像速度时，直接实现对图像队列数据的输出速度控制。

第四步，实现数据的输出。根据参数配置选择的输出接口模式，采用Camlink数据输出或者千兆网络数据输出。

在带材表面质量检测系统研制和实施过程中，进行离线图像测试是非常重要的。该方法依靠离线图像模拟在线图像采集装置和方法，能够实现离线图像有序的输出到带材表面质量检测系统，进行检测系统的性能、功能测试和参数配置。该方法将离线图片（一般是具有典型缺陷的带材表面图像）存储在计算机或者其他存储装置上，该存储装置与本发明提出的装置的输入端口连接，将离线图片上传到本发明提出的装置中。本发明提出的装置的下游输出与检测系统的图像传感器接口相连接，能够将图像输出到检测系统中。使用离线图像模拟图像在线采集的图像采集速度是通过发明提出的装置的I/O接口来控制，具体是通过该接口接收或者配置产生速度脉冲信号来同步图像数据输出来实现的。由此本发明装置可以完成离线图像输出到检测系统，对检测系统来讲，本发明提出的装置和方法模拟了在线图像采集的功能。

本发明提出的离线带材表面图像模拟动态采集装置和采集方法使无论是基于软件还是硬件的带材表面检测系统的离线调试过程更加方便，离线调试过程能够测试更加全面。尤其是对基于硬件处理的图像采集和处理平台，依托本发明的装置并通过输入典型缺陷图像，硬件处理平台的算法和参数设置可以进行测试和优化。本发明的装置使整个带材表面检测系统的测试工作更加完善，该装置的利用能够达到事半功倍的效果。

Claims (9)

1.一种离线带材表面图像模拟动态采集装置，其特征在于，包括：

输入端口，输入端口与上位计算机连接，通过输入端口从上位计算机获取带材表面图像和参数；

I/O接口，I/O接口接收速度脉冲信号；

图像数据整合装置，连接到输入端口和I/O接口，图像数据整合装置从输入端口接收带材表面图像和参数，从I/O接口接收速度脉冲信号，图像数据整合装置依据处理速度脉冲控制信号和所述参数对带材表面图像进行整合并控制带材表面图像的采集速度和输出速度；

输出端口，连接到图像数据整合装置；

Camlink输出接口，连接到图像数据整合装置，所述Camlink输出接口包括数个基础Camlink接口和一个全Camlink接口；

存储器，连接到图像数据整合装置。

2.如权利要求1所述的离线带材表面图像模拟动态采集装置，其特征在于，所述参数包括带材表面图像的宽度和高度。

3.如权利要求2所述的离线带材表面图像模拟动态采集装置，其特征在于，所述图像数据整合装置包括：

高度调整器，依据参数调节带材表面图像的高度；

宽度调整器，依据调节带材表面图像的宽度；

队列缓存器，以张为单位将经过高度和宽度调整的图像排列呈缓存队列；

速度控制器，依据速度脉冲信号调节图像采集和输出速度。

4.如权利要求1所述的离线带材表面图像模拟动态采集装置，其特征在于，所述存储器是SRAM存储器和SDRAM存储器，所述输入端口和输出端口都是千兆网络接口。

5.一种离线带材表面图像模拟动态采集方法，其特征在于，包括：

获得参数、速度脉冲信号和带材表面图像；

依据所述参数和速度脉冲信号对带材表面图像进行整合，将整合后的图像以张为单位存储到图像缓存队列中，速度脉冲信号控制图像采集的速度；

依据速度脉冲信号确定图像的输出速度；

依据所述参数选择输出接口输出图像。

6.如权利要求5所述的离线带材表面图像模拟动态采集方法，其特征在于，所述参数包括带材表面图像的宽度和高度。

7.如权利要求6所述的离线带材表面图像模拟动态采集方法，其特征在于，依据所述参数对带材表面图像进行整合包括将带材表面图像缩放成设定的宽度和高度。

8.如权利要求5所述的离线带材表面图像模拟动态采集方法，其特征在于，依据速度脉冲信号确定图像的输出速度包括：

对速度脉冲信号计数，计数达到一张图像的高度时输出一张图像。

9.如权利要求5所述的离线带材表面图像模拟动态采集方法，其特征在于，依据所述参数选择输出接口输出图像包括依据所述参数选择Camlink接口或者千兆网络接口输出图像。

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