CN111862055A - 一种基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测方法。本发明先对采集的水准泡原始图像进行中值滤波，针对车削空腔弧段采用固定阈值进行二值化，确定弧段感兴趣区域轮廓并进行摆正，利用最小二乘法分别将空腔上下弧段拟合成二次曲线并作差得到距离函数，计算距离函数的极值点横坐标。同时，在中值滤波图像中针对刻线采用固定阈值进行二值化并摆正及截取刻线部分的感兴趣区域，通过遍历每行刻线宽度的方法计算左右刻线宽度之差，再获取刻线间距中心点横坐标，与上述距离函数的极值点横坐标作差，得到中心距。最后，根据刻线宽度差和中心距评判被测件的合格性。本发明可替代人工对水准泡车削空腔缺陷进行在线检测，大幅提高检测效率和准确率，同时也减少了人力成本，能够适用于工业大规模生产。

Description

一种基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测方法

技术领域

本发明涉及一种在工业流水线生产领域中使用的缺陷检测方法，尤其涉及一种基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测方法。

背景技术

水准泡是水平尺中的核心部件，水平尺以水准泡内气泡与刻线的相对偏移量来显示被测表面的水平度或垂直度，为保证水平尺的合格性，在生产过程中，需要对水准泡的相关参数进行检测。当水准泡经过车削工序后，其处于空腔状态，即未填充液体和气泡时的状态，空腔中刻线宽度之差以及刻线中心与空腔圆弧中心的中心距都是空腔缺陷检测的重要技术指标。目前，水准泡空腔缺陷检测以人工方式为主，人工检测方式存在成本高、效率低、可信度低等缺点，难以满足工业生产的需求。

图像处理技术提供了一种低成本、高效率、高精度的水准泡车削空腔缺陷检测方法，该方法将待测工件转化为图像的形式，结合图像处理技术，实现自动化检测。该方法将解决人工检测存在的问题，能够适用于工业大规模生产。目前，国内外还没有相对成熟的基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测方法。

因此，本发明提出了一种基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测方法。

发明内容

本发明针对现有的问题，提供了一种基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测方法，具体按以下步骤实施：

步骤1：读取水准泡原始图像，并对原始图像进行中值滤波；

步骤2：在中值滤波后的图像中，针对水准泡车削空腔弧段采用固定阈值进行二值化，遍历二值图中的轮廓，根据轮廓的特征确定感兴趣区域的轮廓；

步骤3：作感兴趣区域轮廓的最小外接矩形，利用最小外接矩形倾角摆正感兴趣区域轮廓，并利用摆正后轮廓的最小外接矩形截取弧段部分的感兴趣区域；

步骤4：利用最小二乘法分别拟合弧段部分感兴趣区域中的上下2个弧段，得到2条二次曲线，对二次曲线作差得到距离函数，求距离函数的极值点X横坐标；

步骤5：在步骤1中所述的中值滤波图像中，针对水准泡刻线采用另一固定阈值进行二值化，得到针对刻线的二值图像；

步骤6：利用步骤3中所述的最小外接矩形的倾角摆正针对刻线的二值图像，再利用步骤3中所述的摆正后轮廓的最小外接矩形截取刻线部分的感兴趣区域；

步骤7：遍历刻线部分的感兴趣区域中每行左右刻线宽度，并分别对左右刻线宽度排序，舍去部分较大宽度和较小宽度，取剩余宽度的均值作为最终刻线宽度，再对左右刻线宽度作差，得到刻线宽度之差；

步骤8：分别取左右刻线内边界X横坐标的均值，以内边界X横坐标均值的均值作为刻线间距中心点X横坐标，刻线间距中心点X横坐标与步骤4中所述的距离函数的极值点X横坐标作差，得到中心距；

步骤9：根据步骤7中的刻线宽度之差和步骤8中的中心距，对被测水准泡的车削空腔是否存在缺陷进行评判；

至此，实现了基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测。

本发明的有益效果是：本发明所公开的一种基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测方法，通过工业黑白相机实时采集水准泡灰度图像，结合图像处理技术，对空腔进行缺陷检测，检测参数主要包括左右刻线宽度、刻线宽度之差以及左右刻线中心与空腔圆弧中心的中心距，解决了人工检测成本高、效率低、精度低的问题，应用于工业流水线产生中，可大程度地提高水准泡合格性检测效率。

附图说明

图1是本发明的水准泡车削空腔缺陷检测方法整体流程图；

图2是本发明获取的水准泡原始图像；

图3是本发明获取的中值滤波图像；

图4是本发明获取的针对弧段二值图像；

图5是本发明初步确定的感兴趣区域轮廓标记图像；

图6是本发明最终确定的感兴趣区域轮廓图像；

图7是本发明获取的感兴趣区域轮廓最小外接矩形标记图像；

图8是本发明获取的摆正并截取后的弧段部分感兴趣区域图像；

图9是本发明获取的针对刻线二值图像；

图10是本发明获取的摆正并截取后的刻线部分感兴趣区域图像；

图11是本发明获取的检测结果标记效果图像。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明方法的步骤是：

步骤1：读取工业黑白相机采集到的原始图像I_src，如图2所示，对其进行5×5窗口中值滤波，去除椒盐噪声，得到滤波后图像I_filt，如图3所示。

步骤2：在中值滤波图像I_filt中，针对水准泡空腔弧段采用固定阈值T₁二值化，T₁设置为240，得到的二值图像I_arcBin如图4所示。

在二值图像I_arcBin中搜索感兴趣区域轮廓，遍历每个轮廓C_i(i＝1,2,3,...,n)，计算每个轮廓的最小外接矩形的面积S_i(i＝1,2,3,...,n)与长宽比R_i(i＝1,2,3,...,n)，面积阈值设置为[37000,70000]，长宽比阈值设置为[0.50,0.86]，初步确定在阈值范围内的感兴趣区域轮廓；若初步确定的轮廓数n₂大于等于2，再比较这n₂个轮廓的面积与其最小外接矩形面积之比r_i(i＝1,2,…,n₂)，r_i取最大值时对应的轮廓确定为感兴趣区域轮廓C_roi。如图5所示，初步确定的感兴趣区域轮廓数为2(灰色轮廓曲线标记)，最终确定的感兴趣区域轮廓C_roi如图6所示。

步骤3：作感兴趣区域轮廓C_roi的最小外接矩形(灰色矩形框标记)，如图7所示，获取矩形的倾角θ_rect，利用倾角θ_rect摆正感兴趣区域轮廓C_roi，再作摆正后轮廓的最小外接矩形R_roi，其中心点固定不变，并将其长度左右各拉伸35个像素单位，其宽度上下各拉伸10个像素单位，以截取水准泡空腔弧段部分的感兴趣区域I_arcROI，如图8所示。

步骤4：利用最小二乘法分别拟合水准泡空腔弧段部分的感兴趣区域I_arcROI中的上下2个弧段，得到2条二次曲线，上弧二次曲线f_top(x)和下弧二次曲线f_bottom(x)分别为：

f_top(x)＝a₁x²+b₁x+c₁ (1)

f_bottom(x)＝a₂x²+b₂x+c₂ (2)

在图11中，5和6处两条曲线分别为上下2个弧段二次拟合结果。

弧段距离函数f_arcD(x)为：

f_arcD(x)＝f_bottom(x)-f_top(x)＝(a₂-a₁)x²+(b₂-b₁)x+c₂-c₁ (3)

距离函数的极值点横坐标X₁为：

在图11中，8处垂直线为距离函数的极值点X横坐标所在的垂直线。

步骤5：在中值滤波图像I_filt中，针对水准泡刻线采用固定阈值T₂进行二值化，T₂设置为120，得到的二值图像I_lineBin如图9所示；

步骤6：利用步骤3中所述的矩形倾角θ_rect摆正二值图像I_lineBin，再利用步骤3中所述的最小外接矩形R_roi，其中心点固定不变，并将其长度左右各拉伸35个像素单位，其宽度上下各缩短8个像素单位，截取刻线部分的感兴趣区域I_lineROI，如图10所示；

步骤7：在刻线部分感兴趣区域I_lineROI中遍历每行左右刻线的宽度，左刻线每行宽度记为LW_i(i＝1,2,3,...,n)，右刻线每行宽度记为RW_j(j＝1,2,3,...,m)，再分别对左右刻线宽度从小到大排序，得到排序后的左右刻线宽度分别为LW_i'(i＝1,2,3,...,n)，RW_j'(j＝1,2,3,...,m)，舍去前10％的较小宽度和后10％的较大宽度，得到最终左刻线宽度

和右刻线宽度

分别为：

在图11中，1和2处填充部分分别为左右刻线检测到的每行宽度填充结果。

左右刻线宽度之差WD为：

步骤8：在刻线部分的感兴趣区域I_lineROI中获取左右刻线内边界X横坐标，左刻线内边界X横坐标记为LX_i(i＝1,2,3,...,n),右刻线内边界X横坐标记为RX_j(j＝1,2,3,...,m)，分别计算左刻线内边界X横坐标均值

和右刻线内边界X横坐标均值

中心点X横坐标X_c为：

在图11中，3和4处两条垂直线分别为左右刻线内边界X横坐标均值所在的垂直线；7处垂直线为中心点X横坐标所在的垂直线；

中心点X横坐标X_c与步骤4中所述的距离函数的极值点X横坐标X₁作差，计算得到中心距D:

D＝|X_c-X₁| (11)

步骤9：如果左右刻线宽度之差WD处于一个范围[th₁,th₂]内，则刻线宽度之差合格；如果中心距D小于等于一个阈值th₃，则中心距合格；左右刻线宽度之差WD处和中心距D二者均合格时，被测水准泡的车削空腔才能被认定为合格。

至此，实现了基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测方法，其特征在于：具体按照以下步骤实施：

步骤1：读取水准泡原始图像，并对原始图像进行中值滤波；

步骤2：在中值滤波后的图像中，针对水准泡车削空腔弧段采用固定阈值进行二值化，遍历二值图中的轮廓，根据轮廓的特征确定感兴趣区域的轮廓；

步骤3：作感兴趣区域轮廓的最小外接矩形，利用最小外接矩形倾角摆正感兴趣区域轮廓，并利用摆正后轮廓的最小外接矩形截取弧段部分的感兴趣区域；

步骤4：利用最小二乘法分别拟合弧段部分感兴趣区域中的上下2个弧段，得到2条二次曲线，对二次曲线作差得到距离函数，求距离函数的极值点X坐标；

步骤5：在步骤1中所述的中值滤波图像中，针对水准泡刻线采用另一固定阈值进行二值化，得到针对刻线的二值图像；

步骤6：利用步骤3中所述的最小外接矩形的倾角摆正针对刻线的二值图像，再利用步骤3中所述的摆正后轮廓的最小外接矩形截取刻线部分的感兴趣区域；

步骤7：遍历刻线部分的感兴趣区域中每行左右刻线宽度，并分别对左右刻线宽度排序，舍去部分较大宽度和较小宽度，取剩余宽度的均值作为最终刻线宽度，再对左右刻线宽度作差，得到刻线宽度之差；

步骤8：分别取左右刻线内边界X横坐标的均值，以内边界X横坐标均值的均值作为刻线间距中心点X横坐标，刻线间距中心点X横坐标与步骤4中所述的距离函数的极值点X横坐标作差，得到中心距；

步骤9：根据步骤7中的刻线宽度之差和步骤8中的中心距，对被测水准泡的车削空腔是否存在缺陷进行评判；

至此，实现了基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测方法，其特征在于：所述的步骤1中，具体按照以下过程实施：

读取工业黑白相机采集到的原始图像I_src，对其进行5×5窗口中值滤波，去除椒盐噪声，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的水准泡车削空腔缺陷检测方法，其特征在于：所述的步骤2中，具体按照以下过程实施：

在中值滤波图像I_filt中，针对水准泡空腔弧段采用固定阈值T₁进行二值化，得到二值图像I_arcBin；

在二值图像I_arcBin中搜索感兴趣区域轮廓，遍历每个轮廓C_i(i＝1,2,3,...,n)，计算每个轮廓的最小外接矩形的面积S_i(i＝1,2,3,...,n)与长宽比R_i(i＝1,2,3,...,n)，面积阈值设置为[A_low,A_high]，长宽比阈值设置为[r_low,r_high]，初步确定在阈值范围内的感兴趣区域轮廓；若初步确定的轮廓数n₂大于等于2，再比较这n₂个轮廓的面积与其最小外接矩形面积之比r_i(i＝1,2,…,n₂)，r_i取最大值时对应的轮廓确定为感兴趣区域轮廓C_roi。

4.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测方法，其特征在于：所述的步骤3中，具体按照以下过程实施：

作感兴趣区域轮廓C_roi的最小外接矩形，获取矩形的倾角θ_rect，利用倾角θ_rect摆正感兴趣区域轮廓C_roi，再作摆正后轮廓的最小外接矩形R_roi，其中心点固定不变，并将其向外扩展一定宽度，以截取水准泡空腔弧段部分的感兴趣区域I_arcROI。

5.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测方法，其特征在于：所述的步骤4中，具体按照以下过程实施：

利用最小二乘法分别拟合水准泡空腔弧段部分的感兴趣区域I_arcROI中的上下2个弧段，得到2条二次曲线，上弧二次曲线f_top(x)和下弧二次曲线f_bottom(x)分别为：

f_top(x)＝a₁x²+b₁x+c₁ (1)

f_bottom(x)＝a₂x²+b₂x+c₂ (2)

弧段距离函数f_arcD(x)为：

f_arcD(x)＝f_bottom(x)-f_top(x)＝(a₂-a₁)x²+(b₂-b₁)x+c₂-c₁ (3)

距离函数的极值点横坐标X₁为：

6.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测方法，其特征在于：所述的步骤5中，具体按照以下过程实施：

在权利要求2所述的中值滤波图像I_filt中，针对水准泡刻线采用固定阈值T₂进行二值化，得到二值图像I_lineBin。

7.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测方法，其特征在于：所述的步骤6中，具体按照以下过程实施：

利用权利要求4所述的矩形倾角θ_rect摆正二值图像I_lineBin，再利用权利要求4所述的最小外接矩形R_roi，其中心点固定不变，并将其向外扩展一定宽度，截取刻线部分的感兴趣区域I_lineROI。

8.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测方法，其特征在于：所述的步骤7中，具体按照以下过程实施：

在刻线部分感兴趣区域I_lineROI中遍历每行左右刻线的宽度，左刻线每行宽度记为LW_i(i＝1,2,3,...,n)，右刻线每行宽度记为RW_j(j＝1,2,3,...,m)，再分别对左右刻线宽度从小到大排序，得到排序后的左右刻线宽度分别为LW_i'(i＝1,2,3,...,n)，RW′_j(j＝1,2,3,...,m)，舍去前10％的较小宽度和后10％的较大宽度，得到最终左刻线宽度

和右刻线宽度

分别为：

左右刻线宽度之差WD为：

9.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测方法，其特征在于：所述的步骤8中，具体按照以下过程实施：

在刻线部分的感兴趣区域I_lineROI中获取左右刻线内边界X横坐标，左刻线内边界X横坐标记为LX_i(i＝1,2,3,...,n),右刻线内边界X横坐标记为RX_j(j＝1,2,3,...,m)，分别计算左刻线内边界X横坐标均值

和右刻线内横边界X坐标均值

中心点X横坐标X_c为：

中心点X横坐标X_c与权利要求5所述的距离函数的极值点X横坐标X₁作差，计算得到中心距D:

D＝|X_c-X₁| (11)

10.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的水准泡车削空腔缺陷检测方法，其特征在于：所述的步骤9中，具体按照以下过程实施：

如果左右刻线宽度之差WD处于一个范围[th₁,th₂]内，则刻线宽度之差合格；如果中心距D小于等于一个阈值th₃，则中心距合格；左右刻线宽度之差WD处和中心距D二者均合格时，被测水准泡的车削空腔才能被认定为合格。

Images