CN109886911B - 一种基于图像处理技术的水准泡刻线缺陷检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像处理技术的水准泡刻线缺陷检测方法，具体实施内容为：本发明方法对获取的水准泡刻线灰度图像进行二值化、中值滤波获得二值滤波图像；接着在二值滤波图像中进行轮廓检测，若水准泡刻线轮廓数为2，则对刻线轮廓进行旋转摆正处理；然后获取摆正后的刻线最小外接矩形，求取刻线轮廓连通域面积与其最小外接矩形面积的比值并在矩形内逐行获取刻线行程长度，排除干扰后求取两刻线宽度并计算两刻线宽度偏差；最后通过对刻线连通域面积、刻线连通域面积与其最小外接矩形面积的比值和刻线宽度偏差的限制来判断刻线缺陷存在与否。该方法可用于机器替代人工对刻线缺陷进行检测，解决了人工测量费时费力，效率低下的问题。

Description

一种基于图像处理技术的水准泡刻线缺陷检测方法

技术领域

本发明涉及机器视觉测量技术领域，尤其涉及一种基于图像处理技术的水准泡刻线缺陷检测方法。

背景技术

在众多工业制造生产活动中，人们常常需要对物体表面进行水平度和垂直度的检测，因此通常会借助一些带有水准泡的计量器具(例如：水平尺等)来完成此类精密测量。目前使用最为广泛的计量器具是水平尺。水平尺主要由水准泡和尺身两部分组成，其中水准泡是其检测功能的核心，它内部有刻线和气泡。在测量过程中，水平尺水准泡中的气泡与刻线发生相对偏移，通过测量气泡相对于刻线的偏移量来判断被测物体表面是否水平或垂直。

人工检测水准泡刻线缺陷是传统的检测方式，但由于水准泡刻线在水准泡内部，且刻线相对较小，导致人工检测的方式耗时较长，工人容易疲劳且检测结果的准确率较低。而且，当今世界对于这些信息的处理方式也要求要更加地智能化，尽量减少人工的干预，提高自动化程度和工作效率。但到目前为止，国内外对水准泡刻线缺陷的视觉检测方法的研究成果非常少。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于图像处理技术的水准泡刻线缺陷检测方法，该方法对获取的水准泡刻线灰度图像进行二值化、中值滤波获得二值滤波图像；接着在二值滤波图像中进行轮廓检测，若水准泡刻线轮廓数为2，则对刻线轮廓进行旋转摆正处理并计算刻线轮廓所包围的面积；然后获取摆正后的水准泡刻线最小外接矩形，求取最小外接矩形面积，计算刻线轮廓所包围的面积和其最小外接矩形面积的面积比值并在矩形范围内逐行获取刻线行程长度，排除干扰后求取水准泡刻线宽度并计算两刻线宽度偏差。最后通过对水准泡刻线轮廓所包围面积、刻线轮廓所包围的面积与其最小外接矩形面积的面积比值和水准泡刻线宽度偏差的限制来判断水准泡刻线缺陷存在与否。该方法可用于机器替代人工对刻线缺陷进行判定检测，解决了人眼识别、人工测量费时费力，效率低下的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于图像处理技术的水准泡刻线缺陷检测方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：读取水准泡刻线原始灰度图像并对其进行二值化与中值滤波处理；

步骤2：对中值滤波后水准泡刻线图像进行轮廓检测，计算各轮廓所包围区域的面积；

步骤3：通过对各轮廓所包围区域的面积的限制，来判断图像中是否存在2个刻线轮廓，若存在2个刻线轮廓，则求取刻线轮廓的最小外接矩形的倾角与中心点；

步骤4：根据步骤3得到的刻线轮廓最小外接矩形倾角和中心点对刻线图像进行摆正处理，使得刻线的短边平行于x轴，并提取出摆正刻线；

步骤5：对步骤4得到的处理后图像进行轮廓检测，寻找摆正图像中的2个水准泡刻线轮廓，计算刻线轮廓所包围的面积，求取水准泡刻线轮廓的最小外接矩形顶点坐标、最小外接矩形宽度和最小外接矩形面积并计算刻线轮廓所包围的面积与其最小外接矩形面积的比值；

步骤6：根据步骤5所得的刻线最小外接矩形左上角点和右下角点，在摆正后刻线图像中刻线最小外接矩形区域内进行从左往右、从上往下的逐行扫描，获取每行相邻像素像素值均为1的刻线短1行程，再将得到的刻线短1行程除以步骤5得到的刻线轮廓最小外接矩形宽度，得到行程占比；如果刻线短1行程在刻线轮廓最小外接矩形中的行程占比小于某个阈值，则判定该刻线短1行程为水准泡刻线的不规则边缘，将其剔除；反之，如果刻线短1行程在刻线轮廓最小外接矩形中的行程占比大于等于某个阈值，则该刻线短1行程为水准泡刻线内宽度的有效行程；将n行有效刻线短1行程进行累加后求取平均值得到像素平面的水准泡刻线宽度，并计算2条刻线的宽度偏差。

步骤7：通过对水准泡刻线轮廓所包围面积、刻线轮廓所包围的面积与其最小外接矩形面积的比值以及水准泡刻线宽度偏差的限制，来判断水准泡刻线是否存在缺陷，若存在缺陷则给出缺陷类型；

至此，实现了基于图像处理技术的水准泡刻线缺陷的检测。

本发明的有益效果是，通过图像处理技术对水准泡刻线图像进行二值化、滤波、刻线检测和旋转矫正，最后通过对水准泡刻线轮廓所包围面积、刻线轮廓所包围的面积与其最小外接矩形面积的比值以及水准泡刻线宽度偏差的限制，实现了水准泡刻线缺陷的检测。本发明方法可用于机器视觉中，机器代替人类对水准泡刻线的缺陷进行检测，极大提高检测效率和检测正确率，降低相关企业的用工成本。

附图说明

图1是本发明方法的步骤流程图；

图2是本发明方法获取的水准泡刻线原始灰度图像；

图3是本发明方法获取的水准泡刻线二值化图像；

图4是本发明方法获取的水准泡刻线中值滤波图像；

图5是本发明方法提取的水准泡刻线轮廓图像；

图6是本发明方法获取的刻线轮廓最小外接矩形图像；

图7是本发明方法获取的线缺刻线轮廓图像；

图8是本发明方法获取的刻线轮廓旋转摆正图像；

图9是本发明方法获取的未车划线缺陷刻线轮廓图像；

图10是本发明方法获取的线粗缺陷刻线轮廓图像；

图11是本发明方法获取的线暗缺陷刻线轮廓图像；

图12是本发明方法获取的线两头不匀缺陷刻线轮廓图像；

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明方法的步骤是：

步骤1：读取原始灰度图像，并对其进行二值滤波处理

读取待进行水准泡刻线宽度测量的水准泡刻线原始灰度图像，得到的原始灰度图像如图2所示；对原始图像采用OTSU法进行二值化分割得到二值化图像I₁，如图3所示；对二值化图像I₁进行5×5窗口中值滤波去除噪声，得到滤波后图像I_filt，如图4所示。

步骤2：对中值滤波后水准泡刻线图像进行轮廓检测，计算各轮廓所包围区域的面积

对滤波后图像I_filt进行轮廓检测，得到轮廓检测图像，如图5所示，计算滤波后图像I_filt中每个轮廓C_i(i＝1,2,3,…,N)的包围区域面积S_i(i＝1,2,3,…,N)，N为滤波后图像I_filt中检测得到的轮廓个数。

步骤3：通过对各轮廓所包围区域的面积的限制，来判断图像中是否存在两个刻线轮廓，若存在两个刻线轮廓，则求取刻线轮廓的最小外接矩形的倾角与中心点

对步骤2得到的各轮廓包围区域面积S_i(i＝1,2,3,…,N)进行限制，当轮廓包围面积S_i在设定的刻线轮廓面积阈值范围[S_l,S_h]内时，即：

S_l<S_i<S_h (1)

则判定中值滤波后图像I_filt中轮廓C_i为水准泡刻线轮廓：若滤波后图像I_filt中水准泡刻线轮廓数为2，求取2个刻线轮廓的最小外接矩形，如图6所示，然后分别计算水准泡刻线的最小外接矩形rRect1的倾角θ₁和中心点center1以及另一条水准泡刻线的最小外接矩形rRect2的倾角θ₂和中心点center2；若滤波后图像I_filt中水准泡刻线轮廓数小于2，则判定刻线存在线缺缺陷，如图7所示，不再进行后续处理。

步骤4：根据步骤3得到的刻线轮廓最小外接矩形倾角和中心点对刻线图像进行摆正处理，使得刻线的短边平行于x轴，并提取出摆正刻线

在滤波后图像I_filt中，判断水准泡刻线最小外接矩形rRect1的宽度为长边或短边：若为短边，则以中心点center1为旋转中心，顺时针旋转角度|θ₁|；若为长边，则以中心点center1为旋转中心，逆时针旋转角度|90°+θ₁|，提取相对应的摆正后刻线到图像I_rotated中，如图8所示；再在滤波后图像I_filt中，判断水准泡刻线最小外接矩形rRect2的宽度为长边或短边：若为短边，则以中心点center2为旋转中心，顺时针旋转角度|θ₂|；若为长边，则以中心点center2为旋转中心，逆时针旋转角度|90°+θ₂|，提取相对应的摆正后刻线到图像I_rotated中，如图8所示。

步骤5：根据步骤4得到处理后图像进行轮廓检测，寻找摆正图像中的两水准泡刻线轮廓，计算刻线轮廓所包围的面积，求取水准泡刻线轮廓的最小外接矩形顶点坐标、最小外接矩形宽度和最小外接矩形面积并计算刻线轮廓所包围的面积和其最小外接矩形面积的面积比值

在摆正后刻线图像I_rotated中进行轮廓检测，寻找两水准泡刻线轮廓并计算刻线轮廓所包围面积S_i(i＝1,2)，并求取其最小外接矩形顶点坐标(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)、(x₄,y₄)，最小外接矩形宽度b和最小外接矩形面积S_r，计算刻线轮廓所包围的面积和其最小外接矩形面积的面积比值k_i(i＝1,2)，即：

k_i＝S_i/S_r (2)

步骤6：在步骤5中得到的两最小外接矩形范围内寻找水平刻线短1行程，通过对最小外接矩形内刻线短1行程的长度与最小外接矩形宽度的比值的限制，对刻线短1行程进行筛选，计算水准泡刻线宽度并求取两刻线宽度的偏差

根据步骤5所得的刻线最小外接矩形左上角点(x₁,y₁)和右下角点(x₄,y₄)，对摆正后刻线图像I_rotated中(x₁,y₁)至(x₄,y₄)矩形区域进行从左往右、从上往下的逐行扫描，获取每行相邻像素像素值均为1的刻线短1行程d_i(i＝1,2,3,…,N)，再将得到的刻线短1行程除以步骤5得到的刻线轮廓最小外接矩形宽度b，得到行程占比p_i(i＝1,2,3,…,N)；如果刻线短1行程在刻线轮廓最小外接矩形中的行程占比p_i小于某个阈值A，即：

p_i<A (3)

则判定该刻线短1行程为水准泡刻线的不规则边缘，将其剔除；反之，如果刻线短1行程在刻线轮廓最小外接矩形中的行程占比p_i大于等于某个阈值A，即：

p_i≥A (4)

则该刻线短1行程为水准泡刻线内宽度的有效行程；将n行有效刻线短1行程进行累加后求取平均值得到像素平面的水准泡刻线宽度d_I(I＝1,2)，即：

由于刻线轮廓数为2，得到2条刻线的宽度分别为d₁、d₂，计算两刻线偏差Δd，即：

Δd＝|d₁-d₂| (6)

步骤7：通过对水准泡刻线轮廓所包围面积、刻线轮廓所包围的面积与其最小外接矩形面积的比值以及水准泡刻线宽度偏差的限制，来判断水准泡刻线是否存在缺陷，若存在缺陷则给出缺陷类型

根据步骤5中所得水准泡刻线所包围面积S_i(i＝1,2)，刻线轮廓所包围的面积与其最小外接矩形面积的比值k_i(i＝1,2)和步骤6中所得两刻线宽度的偏差Δd，设定水准泡刻线所包围面积阈值S，刻线轮廓所包围的面积与其最小外接矩形面积的面积比值阈值K和两刻线宽度的偏差阈值b；若S_i和k_i满足S_i≥S且k_i<K，则判定刻线存在未车划线缺陷，如图9所示；若S_i和k_i满足S_i≥S且k_i≥K,则判定刻线存在线粗缺陷，如图10所示；若S_i和k_i满足S_i<S且k_i<K，则判定刻线存在线暗缺陷，如图11所示；若S_i和k_i满足S_i<S且k_i≥K，则继续对Δd进行判断；若Δd≥b，则判定刻线存在线两头不匀缺陷，如图12所示；若Δd<b，则判定刻线无缺陷。

至此，实现了基于图像处理技术的水准泡刻线缺陷的检测，即成。

Claims (7)

1.一种基于图像处理技术的水准泡刻线缺陷检测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1：读取水准泡刻线原始灰度图像并对其进行二值化与中值滤波处理；

步骤2：对中值滤波后水准泡刻线图像进行轮廓检测，计算各轮廓所包围区域的面积；

步骤3：通过对各轮廓所包围区域的面积的限制，来判断图像中是否存在2个刻线轮廓，若存在2个刻线轮廓，则求取刻线轮廓的最小外接矩形的倾角与中心点；

步骤4：根据步骤3得到的刻线轮廓最小外接矩形倾角和中心点对刻线图像进行摆正处理，使得刻线的短边平行于x轴，并提取出摆正刻线；

步骤5：对步骤4得到的处理后图像进行轮廓检测，寻找摆正图像中的2个水准泡刻线轮廓，计算刻线轮廓所包围的面积，求取水准泡刻线轮廓的最小外接矩形顶点坐标、最小外接矩形宽度和最小外接矩形面积并计算刻线轮廓所包围的面积和其最小外接矩形面积的比值；

步骤6：根据步骤5所得的刻线最小外接矩形左上角点(x₁,y₁)和右下角点(x₄,y₄)，在摆正后刻线图像中(x₁,y₁)至(x₄,y₄)矩形区域内进行从左往右、从上往下的逐行扫描，获取每行相邻像素像素值均为1的刻线短1行程d_i(i＝1,2,3,…,N)，再将得到的刻线短1行程除以步骤5得到的刻线轮廓最小外接矩形宽度，得到行程占比p_i(i＝1,2,3,…,N)；如果刻线短1行程在刻线轮廓最小外接矩形中的行程占比p_i小于某个阈值A，即：

p_i<A (1)

则判定该刻线短1行程为水准泡刻线的不规则边缘，将其剔除；反之，如果刻线短1行程在刻线轮廓最小外接矩形中的行程占比p_i大于等于某个阈值A，即：

p_i≥A (2)

则该刻线短1行程为水准泡刻线内宽度的有效行程；将n行有效刻线短1行程进行累加后求取平均值得到像素平面的水准泡刻线宽度d_I(I＝1,2)，即：

由于刻线轮廓数为2，得到2条刻线的宽度分别为d₁、d₂，计算2条刻线的宽度偏差Δd，即：

Δd＝|d₁-d₂| (4)

步骤7：通过对水准泡刻线轮廓所包围面积、刻线轮廓所包围的面积与其最小外接矩形面积的比值以及水准泡刻线宽度偏差的限制，来判断水准泡刻线是否存在缺陷，若存在缺陷则给出缺陷类型；

至此，实现了水准泡刻线缺陷的检测，即成。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理技术的水准泡刻线缺陷检测方法，其特征在于，所述的步骤1中，具体按照以下过程实施：

对原始灰度图像src采用OTSU法进行二值化分割得到二值化图像I₁，对I₁进行5×5窗口中值滤波去除噪声，得到滤波后图像I_filt。

3.根据权利要求1所述的一种基于图像处理技术的水准泡刻线缺陷检测方法，其特征在于，所述的步骤2中，具体按照以下过程实施：

对滤波后图像I_filt进行轮廓检测，计算滤波后图像I_filt中每个轮廓C_i(i＝1,2, 3,…,N)的包围区域面积S_i(i＝1,2,3,…,N)，N为滤波后图像I_filt中检测得到的轮廓个数。

4.根据权利要求1所述的一种基于图像处理技术的水准泡刻线缺陷检测方法，其特征在于，所述的步骤3中，具体按照以下过程实施：

对步骤2得到的各轮廓包围区域面积S_i(i＝1,2,3,…,N)进行限制，当轮廓包围面积S_i在设定的刻线轮廓面积阈值范围[S_l,S_h]内时，即：

S_l<S_i<S_h (5)

则判定滤波后图像I_filt中轮廓C_i为水准泡刻线轮廓：若滤波后图像I_filt中水准泡刻线轮廓数为2，则求取2个刻线轮廓的最小外接矩形，分别计算水准泡刻线最小外接矩形rRect1的倾角θ₁和中心点center1与水准泡刻线最小外接矩形rRect2的倾角θ₂和中心点center2；若滤波后图像I_filt中水准泡刻线轮廓数小于2，则判定刻线存在线缺缺陷，不再进行后续处理。

5.根据权利要求1所述的一种基于图像处理技术的水准泡刻线缺陷检测方法，其特征在于，所述的步骤4中，具体按照以下过程实施：

在滤波后图像I_filt中，判断水准泡刻线最小外接矩形rRect1的宽度为长边或短边：若为短边，则以中心点center1为旋转中心，顺时针旋转角度|θ₁|；若为长边，则以中心点center1为旋转中心，逆时针旋转角度|90°+θ₁|，提取相对应的摆正后刻线到图像I_rotated中；再在滤波后图像I_filt中，判断水准泡刻线最小外接矩形rRect2的宽度为长边或短边：若为短边，则以中心点center2为旋转中心，顺时针旋转角度|θ₂|；若为长边，则以中心点center2为旋转中心，逆时针旋转角度|90°+θ₂|，提取相对应的摆正后刻线到图像I_rotated中。

6.根据权利要求1所述的一种基于图像处理技术的水准泡刻线缺陷检测方法，其特征在于，所述的步骤5中，具体按照以下过程实施：

在摆正后刻线图像I_rotated中进行轮廓检测，寻找两水准泡刻线轮廓并计算刻线轮廓所包围面积S_i(i＝1,2)，并求取其最小外接矩形顶点坐标(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)、(x₄,y₄)，最小外接矩形宽度b和最小外接矩形面积S_r，计算刻线轮廓所包围的面积与其最小外接矩形面积的比值k_i(i＝1,2)，即：

k_i＝S_i/S_r (6)。

7.根据权利要求1所述的一种基于图像处理技术的水准泡刻线缺陷检测方法，其特征在于，所述的步骤7中，具体按照以下过程实施：

根据步骤5中所得水准泡刻线所包围面积S_i(i＝1,2)，刻线轮廓所包围的面积与其最小外接矩形面积的比值k_i(i＝1,2)和步骤6中所得2条刻线宽度的偏差Δd，设定水准泡刻线所包围面积阈值S，刻线轮廓所包围的面积与其最小外接矩形面积的比值阈值K和2条刻线宽度的偏差阈值b；若S_i和k_i满足S_i≥S且k_i<K，则判定刻线存在未车划线缺陷；若S_i和k_i满足S_i≥S且k_i≥K，则判定刻线存在线粗缺陷；若S_i和k_i满足S_i<S或k_i<K，则判定刻线存在线暗缺陷；若S_i和k_i满足S_i<S且k_i≥K，则继续对Δd进行判断；若Δd≥b，则判定刻线存在线两头不匀缺陷；若Δd<b，则判定刻线无缺陷。

Images