CN106546598A - 带钢表面检测系统光源自适应控制方法 - Google Patents

带钢表面检测系统光源自适应控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种适合于检测各类带钢表面图像的光源自适应控制方法，以解决在检测带钢表面图像时，由于不同类型钢板因感光特性不同，导致采集图像不理想问题，同时不受带钢表面纹理、色差、光照不均、缺陷等情况的影响。适用于工业生产运行环境，工作可靠，算法简单，易于实现，处理效果好，运行速度快。该方法适用于各类型光源的在线光源强度调节。

Description

带钢表面检测系统光源自适应控制方法
技术领域
本发明涉及工业机器视觉技术领域，特别涉及一种带钢表面检测系统光源自适应控制方法。
背景技术
在钢铁生产企业,基于机器视觉的带钢表面质量检测系统应用越来越广泛,面对不同的生产线条件，要求表面质量检测系统对于任何特性的带钢产品都能够稳定、高效的运行,这就要求表面质量检测系统在各种情况下都能够配置合适的光照,进而采集到合适的图像。同时光源控制系统还要克服带钢表面缺陷对系统的影响。并且要求响应速度要快，以符合生产线的检测需求。
目前常规的光源控制方法是通过对目标照明效果的检测来进行光源的控制，但针对带钢表面图像采集的目标照明效果的判定，尚没有较为合适的方法。
发明内容
针对上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是本发明提出一种适合于检测各类带钢表面图像的光源自适应控制方法，以解决在检测带钢表面图像时，由于不同类型钢板因感光特性不同，导致采集图像不理想问题，同时不受带钢表面纹理、色差、光照不均、缺陷等情况的影响。
为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种带钢表面检测系统光源自适应控制方法，包括光照效果判定和光源调节两部分，具体步骤如下：
(1)带钢表面图像获取
获取系统直接采集的带钢表面灰度图象，彩色图像可转灰度图象；
(2)带钢表面图像处理
对获取的带钢图像进行拼接、边部检测、切边处理操作，最终获取整个带钢宽度范围内的全幅图像F；如为单相机则可省略拼接步骤；对于多相机不执行拼接的情况，后续步骤拼接位置计为图像边界；此步操作同时记录图像拼接位置；
(3)子图分割
以拼接位置为分界点将全幅图像F横向分割为Ni个子图Fi，Ni为拼接前图像个数；再将每一个子图Fi横向分割为Nj个子图Fij；
(4)基板灰度计算
计算每个子图Fij的基板平均灰度JMVij；
其中，Nij为子图Fij内基板像素点个数，fij(x,y)为子图Fij内像点(x,y)的灰度值；
Fij(基板范围)＝{(x,y)|fij(x,y)≥AVGij-SDVij并且fij(x,y)≤AVGij+SDVij}
其中，AVGij为子图Fij的灰度平均值，SDVij为子图Fij的灰度标准差；
再计算整体基板灰度JMV；
(5)调节判定
如果上一判定周期基板灰度JMV处于理想范围，当前判定周期基板灰度JMV处于不理想范围，则执行步骤(6)首次调节；如果上一判定周期基板灰度JMV处于不理想范围，当前判定周期基板灰度JMV也处于不理想范围，则执行步骤(7)持续调节；如果当前判定周期基板灰度JMV处于理想范围，则不调节；
其中，理想范围是{V|V>GGV-GVR并且V<GGV+GVR},GGV为理想灰度中心值，GVR为理想灰度半径；
(6)首次调节
对光源强度进行首次调节，首次调节是按基板灰度JMV与理想灰度中心值GGV的偏差层次进行直接调节，首次调节量为ONECV，计算方法如下：
其中LLENV为光源强度调节值的可调节变化量，即最大调节值与最小调节值的差；
(7)持续调节
持续调节是按上一次调节的结果，计算即时基板灰度调节变化率JMCV，然后按线性模型继续调节，线性模型如下：
LCV0＝JMCV×(GGV-JMV0)×K
其中，LCV0为本次光源强度调节量，LCV-1为上次光源强度调节量，JMV0为当前基板灰度，JMV-1为上次调节时计算的基板灰度，K为调整系数，取值范围是0到1；
(8)按检测周期重复步骤(1)到(5)。
对于一般的带传动系统的板形测量辊来说，由于板形辊自身的刚度较好，挠曲对板形测量信号造成的影响较小。但是对于从动式板形测量辊来说，由于需要降低自身的转动惯量，必然导致板形测量辊自身的刚度受到影响，此时板形辊挠曲对板形测量信号将造成较大影响，挠曲补偿成为板形信号处理过程中不可缺少的一部分。
综上所述，本发明的特点是：1、适用于工业生产运行环境，工作可靠，算法简单，易于实现。2、针对各类相机设计，处理效果好，运行速度快。3、该方法适用于计算机及单片机等各种计算设备。4、该方法不受带钢表面纹理、色差、光照不均、缺陷等情况的影响。5、该方法适用于各类型光源的在线光源强度调节。
附图说明
图1为本发明的系统构成图；
图2本发明的光源控制流程图；
图3为本发明的光源调整过程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细的说明。
本方法的系统设备构成如图1所示：系统通过图像采集设备2对运动带钢1进行实时采集，通过照明装置3进行照明。图像采集设备2可以是单个或多个照相机或其他图像采集设备。照明装置3可以是普光灯、LED集成灯、激光扫描等多种光源。照明装置3投射到带钢表面形成光带4，图像采集范围被完全包裹在光带4中。相机的触发装置可配备同步装置，也可非同步触发。系统通过图像采集单元采集在线图像，通讯方式可以是数字式或模拟式。系统通过图像处理单元对图像进行预处理，计算单元负责对图像进行分析,对光照效果及光强调节值进行计算。计算单元可以是独立单元(如单片机设备等)或集成单元(如计算机中的程序模块)。系统通过光源控制器5接收光强调整量设定并对光源照明强度进行调整。
本方法的具体实施方式如图2所示，包括以下几个步骤：
步骤1：带钢表面图像获取。获取系统直接采集的带钢表面灰度图象，彩色图像可转灰度图象。
步骤2：带钢表面图像处理。对获取的带钢图像进行拼接、边部检测、切边处理等操作，最终获取整个带钢宽度范围内的全幅图像F。如为单相机则可省略拼接步骤。对于多相机不执行拼接的情况，后续步骤拼接位置计为图像边界。此步操作同时记录图像拼接位置。
步骤3：子图分割。以拼接位置为分界点将全幅图像F横向分割为Ni个子图Fi，Ni为拼接前图像个数。再将每一个子图Fi横向分割为Nj个子图Fij，Nj一般取4。
步骤4：基板灰度计算。此步骤为了消除带钢表面纹理、色差、光照不均、缺陷等情况的影响，采取如下方案,首先计算每个子图Fij的基板平均灰度JMVij。
其中，Nij为子图Fij内基板像素点个数，fij(x,y)为子图Fij内像点(x,y)的灰度值。
Fij(基板范围)＝{(x,y)|fij(x,y)≥AVGij-SDVij并且fij(x,y)≤AVGij+SDVij}
其中，AVGij为子图Fij的灰度平均值，SDVij为子图Fij的灰度标准差。
再计算整体基板灰度JMV。
步骤5：调节判定。如果上一判定周期基板灰度JMV处于理想范围，当前判定周期基板灰度JMV处于不理想范围，则执行步骤6首次调节；如果上一判定周期基板灰度JMV处于不理想范围，当前判定周期基板灰度JMV也处于不理想范围，则执行步骤7持续调节；如果当前判定周期基板灰度JMV处于理想范围，则不调节。
其中，理想范围是{V|V>GGV-GVR并且V<GGV+GVR},GGV为理想灰度中心值，GVR为理想灰度半径。
步骤6：首次调解。对光源强度进行首次调节，首次调节是按基板灰度JMV与理想灰度中心值GGV的偏差层次进行直接调节，首次调节量为ONECV，计算方法如下。
其中LLENV为光源强度调节值的可调节变化量，即最大调节值与最小调节值的差。
步骤7：持续调节。持续调节是按上一次调节的结果，计算即时基板灰度调节变化率JMCV，然后按线性模型继续调节,线性模型如下：
LCV0＝JMCV×(GGV-JMV0)×K
其中，LCV0为本次光源强度调节量，LCV-1为上次光源强度调节量，JMV0为当前基板灰度，JMV-1为上次调节时计算的基板灰度，K为调整系数，取值范围是0到1，一般取0.75。此步骤基于曲线的分段线性原理,进行目标值的快速调节。
步骤8：按检测周期重复步骤1到5，检测周期一般可取1秒。
本方法的光源强度调整过程图例如图3所示，当采集带钢品种发生变化时，带钢整体灰度发生变化，为达到最佳的分析效果，进行快速调整，最终获得理想图像。

Claims (1)

1.一种带钢表面检测系统光源自适应控制方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)带钢表面图像获取
获取系统直接采集的带钢表面灰度图象；
(2)带钢表面图像处理
对获取的带钢图像进行拼接、边部检测、切边处理操作，最终获取整个带钢宽度范围内的全幅图像F；如为单相机则可省略拼接步骤；对于多相机不执行拼接的情况，后续步骤拼接位置计为图像边界；此步操作同时记录图像拼接位置；
(3)子图分割
以拼接位置为分界点将全幅图像F横向分割为Ni个子图Fi，Ni为拼接前图像个数；再将每一个子图Fi横向分割为Nj个子图Fij；
(4)基板灰度计算
计算每个子图Fij的基板平均灰度JMVij；
其中，Nij为子图Fij内基板像素点个数，fij(x,y)为子图Fij内像点(x,y)的灰度值；
Fij(基板范围)＝{(x,y)|fij(x,y)≥AVGij-SDVij并且fij(x,y)≤AVGij+SDVij}
其中，AVGij为子图Fij的灰度平均值，SDVij为子图Fij的灰度标准差；
再计算整体基板灰度JMV；
J M V = &Sigma; i = 1 N i &Sigma; j = 1 N j JMV i j N i &times; N j
(5)调节判定
如果上一判定周期基板灰度JMV处于理想范围，当前判定周期基板灰度JMV处于不理想范围，则执行步骤(6)首次调节；如果上一判定周期基板灰度JMV处于不理想范围，当前判定周期基板灰度JMV也处于不理想范围，则执行步骤(7)持续调节；如果当前判定周期基板灰度JMV处于理想范围，则不调节；
其中，理想范围是{V|V>GGV-GVR并且V<GGV+GVR},GGV为理想灰度中心值，GVR为理想灰度半径；
(6)首次调节
对光源强度进行首次调节，首次调节是按基板灰度JMV与理想灰度中心值GGV的偏差层次进行直接调节，首次调节量为ONECV，计算方法如下：
O N E C V = L L E N V / 16 ( G G V - J M V > G V R &times; 3 ) L L E N V / 32 ( G V R &times; 3 &GreaterEqual; G G V - J M V > G V R &times; 2 ) L L E N V / 64 ( G V R &times; 2 &GreaterEqual; G G V - J M V > G V R ) - 1 &times; L L E N V / 64 ( G V R &times; 2 &GreaterEqual; J M V - G G V > G V R ) - 1 &times; L L E N V / 32 ( G V R &times; 3 &GreaterEqual; J M V - G G V > G V R &times; 2 ) - 1 &times; L L E N V / 16 ( G G V - J M V > G V R &times; 3 )
其中LLENV为光源强度调节值的可调节变化量，即最大调节值与最小调节值的差；
(7)持续调节
持续调节是按上一次调节的结果，计算即时基板灰度调节变化率JMCV，然后按线性模型继续调节，线性模型如下：
LCV0＝JMCV×(GGV-JMV0)×K
J M C V = LCV - 1 JMV 0 - JMV - 1
其中，LCV0为本次光源强度调节量，LCV-1为上次光源强度调节量，JMV0为当前基板灰度，JMV-1为上次调节时计算的基板灰度，K为调整系数，取值范围是0到1；
(8)按检测周期重复步骤(1)到(5)。
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