CN113447381B - 一种布氏硬度检测方法及检测系统 - Google Patents

一种布氏硬度检测方法及检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种布氏硬度检测方法及检测系统，该方法包括以下步骤：S10、获取待测金属样品上包含布氏圆形压痕的图像；S20、对图像进行中值滤波；S30、对滤波后的图像进行二值化处理；S40、利用K‑means聚类算法识别并标记图像中布氏圆形压痕的圆心大致位置；S50、根据圆心大致位置利用Hough变换圆检测定位法定位最契合布氏圆形压痕的霍尔圆；S60、通过换值算法得到布氏圆形压痕在待测金属样品上的真实直径，并根据布氏硬度对照表得出待测样品金属的硬度。本发明的布氏硬度检测方法及检测系统自动化程度高，可以实现对待测金属样品的硬度检测，可以取代人工操作，避免随机误差，具有检测效率高、检测精度高的优点。

Description

一种布氏硬度检测方法及检测系统
技术领域
本发明涉及硬度检测技术领域，特别涉及一种布氏硬度检测方法及检测系统。
背景技术
在现代工业上，经常需要对目标金属或者合金的硬度进行检测，进而判断其适不适合加工目标产品，目前广泛采用的是布氏硬度计来测量金属或者合金的硬度，因此布氏硬度计的的行业市场规模庞大且有一定增长速度。
布氏硬度计是使用规定好的钢球对样品金属进行按压，形成圆形压痕，该压痕的大小反映材料抵抗局部变形的能力，然后通过测量圆形压痕的直径大小，再查阅布氏硬度对照表，从而得到样品金属的硬度。传统操作上，基本是人工使用读数显微镜进行圆形压痕的测量，这种方式通常会因为各种环境因素和人为因素产生较大的随机误差，因此，需要一种新的硬度检测方式来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种检测效率高、检测精度高的布氏硬度检测方法。其包括以下技术方案：
一种布氏硬度检测方法，包括以下步骤：
S10、获取待测金属样品上包含布氏圆形压痕的图像；
S20、对图像进行中值滤波；
S30、对滤波后的图像进行二值化处理；
S40、利用K-means聚类算法识别并标记图像中布氏圆形压痕的圆心大致位置；
S50、根据所述圆心大致位置利用Hough变换圆检测定位法定位最契合布氏圆形压痕的霍尔圆；
S60、通过换值算法得到布氏圆形压痕在待测金属样品上的真实直径，并根据布氏硬度对照表得出待测样品金属的硬度。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S50具体包括：利用Hough变换圆检测定位法根据原图的像素点分布搜寻出多个霍尔圆，所述多个霍尔圆包括一个最契合契合布氏圆形压痕的霍尔圆若干多余的杂霍尔圆，选取圆心与标记的圆心大致位置最近的霍尔圆即为最契合布氏圆形压痕的霍尔圆。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S40具体包括：
S41、给定要生成簇的数目k；
S42、在二值化处理后的图像中，随机选取k个像素点作为初始的k个聚类中心；
S43、计算剩余像素点到各聚类中心的距离，并把该像素点归到距离它最近的聚类中心所在的类中；
S44、对每个类中的像素点使用平均值的方法计算新的聚类中心；
S45、重复步骤S43和步骤S44直至聚类中心收敛至一个固定的值，即为图像中布氏圆形压痕的圆心大致位置。
本发明的目的还在于提供一种检测效率高、检测精度高的布氏硬度检测系统。其采用以下技术方案：
一种布氏硬度检测系统，其包括图像采集设备和计算机，所述图像采集设备用于获取待测金属样品上包含布氏圆形压痕的图像；所述计算机包括滤波模块、二值化处理模块、聚类模块、定位模块和换值模块，所述滤波模块用于对图像进行中值滤波，所述二值化处理用于对滤波后的图像进行二值化处理，所述聚类模块用于利用K-means聚类算法识别并标记图像中布氏圆形压痕的圆心大致位置，所述定位模块用于根据所述圆心大致位置利用Hough变换圆检测定位法定位最契合布氏圆形压痕的霍尔圆，所述换值模块用于通过换值算法得到布氏圆形压痕在待测金属样品上的真实直径，并根据布氏硬度对照表得出待测样品金属的硬度。
作为本发明的进一步改进，该系统还包括显示器，所述显示器用于显示所述图像采集设备获取的图像原图以及经过计算机处理后的图像。
作为本发明的进一步改进，所述显示器上设有两个显示框，一个显示框用于装载所述图像采集设备获取的画面并显示获取的图像原图，另一个显示框用于装载经过计算机处理后的图像。
作为本发明的进一步改进，所述显示器上设有两个文本框和一个列表，所述两个文本框分别用于显示布氏圆形压痕的直径以及对应得到的硬度，所述列表用于记录和查阅得到的历史直径和硬度。
作为本发明的进一步改进，所述图像采集设备为相机，所述相机的镜头在拍摄时紧贴待测金属样品，保证拍摄到的图片上的像素点距离与实际距离有固定不变的比例常数m。
作为本发明的进一步改进，根据所述圆心大致位置利用Hough变换圆检测定位法定位最契合布氏圆形压痕的霍尔圆，具体包括：利用Hough变换圆检测定位法根据原图的像素点分布搜寻出多个霍尔圆，所述多个霍尔圆包括一个最契合契合布氏圆形压痕的霍尔圆若干多余的杂霍尔圆，选取圆心与标记的圆心大致位置最近的霍尔圆即为最契合布氏圆形压痕的霍尔圆。
作为本发明的进一步改进，所述利用K-means聚类算法识别并标记图像中布氏圆形压痕的圆心大致位置，具体包括：
S41、给定要生成簇的数目k；
S42、在二值化处理后的图像中，随机选取k个像素点作为初始的k个聚类中心；
S43、计算剩余像素点到各聚类中心的距离，并把该像素点归到距离它最近的聚类中心所在的类中；
S44、对每个类中的像素点使用平均值的方法计算新的聚类中心；
S45、重复步骤S43和步骤S44直至聚类中心收敛至一个固定的值，即为图像中布氏圆形压痕的圆心大致位置。
本发明的有益效果：
本发明的布氏硬度检测方法及检测系统自动化程度高，可以实现对待测金属样品的硬度检测，可以取代人工操作，避免随机误差，具有检测效率高、检测精度高的优点。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明优选实施例中布氏硬度检测方法的示意图；
图2是本发明优选实施例中经过二值化处理后的图像；
图3是本发明优选实施例中标记过布氏圆形压痕的圆心大致位置的图像；
图4是本发明优选实施例中参数空间的圆锥演示图；
图5是本发明优选实施例中利用Hough变换圆检测定位法根据原图的像素点分布搜寻出多的个霍尔圆图像；
图6是本发明优选实施例中利用Hough变换圆检测定位法定位的最契合布氏圆形压痕的霍尔圆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，为本发明优选实施例中的布氏硬度检测方法，该布氏硬度检测方法包括以下步骤：
S10、获取待测金属样品上包含布氏圆形压痕的图像。
S20、对图像进行中值滤波。
其中，中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术，中值滤波的基本原理是把数字图像或数字序列中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替，让周围的像素值接近的真实值，从而消除孤立的噪声点。具体是用某种结构的二维滑动模板，将模板内像素按照像素值的大小进行排序，生成单调上升(或下降)的为二维数据序列。
通过中值滤波可以消除图像上的孤立噪点，以免这些孤立噪点对后续的图像处理造成影响。
S30、对滤波后的图像进行二值化处理。
其中，在二值化处理中，通过设置灰度值的大小(即阈值)，根据每个像素点的灰度值与阈值的大小比较，将经过中值滤波法消去孤立噪点的图像上的像素点的灰度值设置为0或255，也就是将整个图像呈现出明显的黑白效果，如图2所示。阈值是由利用加权平均法按照一定的权值对红、绿、蓝三个分量的值加权平均而得到的，图片上的圆形压痕再被处理过后变成了一大团的黑色圆形，虽然间杂些许白色点或者直接白了一小块，但是无伤大雅，这些小的白色区域不影响后续步骤的识别、进行和完成。
S40、利用K-means聚类算法识别并标记图像中布氏圆形压痕的圆心大致位置。
在本实施例中，步骤S40具体包括以下步骤：
S41、给定要生成簇的数目k；
S42、在二值化处理后的图像中，随机选取k个像素点作为初始的k个聚类中心；
S43、计算剩余像素点到各聚类中心的距离，并把该像素点归到距离它最近的聚类中心所在的类中；
S44、对每个类中的像素点使用平均值的方法计算新的聚类中心；
S45、重复步骤S43和步骤S44直至聚类中心收敛至一个固定的值，即为图像中布氏圆形压痕的圆心大致位置。其中，这个收敛的固定的值的实际表现就是布氏圆形压痕的圆心的坐标或一个离圆心点很近的点的坐标，该点将为下一步骤提供位置索引，参照图3。
S50、根据所述圆心大致位置利用Hough变换圆检测定位法定位最契合布氏圆形压痕的霍尔圆。具体包括：利用Hough变换圆检测定位法根据原图的像素点分布搜寻出多个霍尔圆，参照图5，所述多个霍尔圆包括一个最契合契合布氏圆形压痕的霍尔圆若干多余的杂霍尔圆，选取圆心与标记的圆心大致位置最近的霍尔圆即为最契合布氏圆形压痕的霍尔圆，参照图6。
其中，Hough变换的基本思想是将图像从原图像空间变换到参数空间，在参数空间中，使用大多数边界点都满足的某种参数形式作为图像中的曲线的描述，它通过设置累加器对参数进行累积，其峰值对应的点就是所需要的信息。在圆检测的应用中，对于一个半径为r，圆心为(a,b)的圆，我们将其表示为：(x-a)2+(y-b)2＝r2
此时x＝[x，y]T，a＝[a，b，r]T，其参数空间为三维。显然，图像空间上的一点(x,y)，在参数空间中对应着一个圆锥，参照图4。
图像空间的一个圆就对应着这一簇圆锥相交的一个点，这个特定点在参数空间的三维参数一定，就表示一定半径一定圆心坐标的图像空间的那个圆。
S60、通过换值算法得到布氏圆形压痕在待测金属样品上的真实直径，并根据布氏硬度对照表得出待测样品金属的硬度。
具体的，通过换值算法对得到的最契合布氏圆形压痕的霍尔圆的位置方程进行分析，得到该霍尔圆在图片上的直径，然后乘以拍摄到的图片上的像素点距离与实际距离有固定不变的比例常数m，便可得到布氏圆形压痕的真实直径。然后将真实直径与布氏硬度对照表进行对比，进而得到待测金属样品的硬度。
进一步地，布氏硬度HB的计算式为：
Figure BDA0003138584570000061
其中，布氏硬度单位是kgf/mm2；d为压痕直径/mm；h为压痕深度/mm；
因此，只要测出压痕直径，即可通过内置布氏硬度对照表求出HB值。
本发明实施例还公开了一种布氏硬度检测系统，其包括图像采集设备和计算机，图像采集设备用于获取待测金属样品上包含布氏圆形压痕的图像；计算机包括滤波模块、二值化处理模块、聚类模块、定位模块和换值模块，滤波模块用于对图像进行中值滤波，二值化处理用于对滤波后的图像进行二值化处理，聚类模块用于利用K-means聚类算法识别并标记图像中布氏圆形压痕的圆心大致位置，定位模块用于根据圆心大致位置利用Hough变换圆检测定位法定位最契合布氏圆形压痕的霍尔圆，换值模块用于通过换值算法得到布氏圆形压痕在待测金属样品上的真实直径，并根据布氏硬度对照表得出待测样品金属的硬度。
在本实施例中，该系统还包括显示器，显示器用于显示图像采集设备获取的图像原图以及经过计算机处理后的图像。
在其中一实施例中，显示器上设有两个显示框，一个显示框用于装载图像采集设备获取的画面并显示获取的图像原图，另一个显示框用于装载经过计算机处理后的图像。
在其中一实施例中，显示器上设有两个文本框和一个列表，两个文本框分别用于显示布氏圆形压痕的直径以及对应得到的硬度，列表用于记录和查阅得到的历史直径和硬度。
在本实施例中，图像采集设备为相机，相机的镜头在拍摄时紧贴待测金属样品，保证拍摄到的图片上的像素点距离与实际距离有固定不变的比例常数m，便于检测直径和真实直径的换算。
具体的，根据所述圆心大致位置利用Hough变换圆检测定位法定位最契合布氏圆形压痕的霍尔圆，具体包括：利用Hough变换圆检测定位法根据原图的像素点分布搜寻出多个霍尔圆，所述多个霍尔圆包括一个最契合契合布氏圆形压痕的霍尔圆若干多余的杂霍尔圆，选取圆心与标记的圆心大致位置最近的霍尔圆即为最契合布氏圆形压痕的霍尔圆。
具体的，利用K-means聚类算法识别并标记图像中布氏圆形压痕的圆心大致位置，具体包括：
S41、给定要生成簇的数目k；
S42、在二值化处理后的图像中，随机选取k个像素点作为初始的k个聚类中心；
S43、计算剩余像素点到各聚类中心的距离，并把该像素点归到距离它最近的聚类中心所在的类中；
S44、对每个类中的像素点使用平均值的方法计算新的聚类中心；
S45、重复步骤S43和步骤S44直至聚类中心收敛至一个固定的值，即为图像中布氏圆形压痕的圆心大致位置。
本发明的布氏硬度检测方法及检测系统自动化程度高，可以实现对待测金属样品的硬度检测，可以取代人工操作，避免随机误差，具有检测效率高、检测精度高的优点。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种布氏硬度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、获取待测金属样品上包含布氏圆形压痕的图像；
S20、对图像进行中值滤波；
S30、对滤波后的图像进行二值化处理；
S40、利用K-means聚类算法识别并标记图像中布氏圆形压痕的圆心大致位置；
S50、根据所述圆心大致位置利用Hough变换圆检测定位法定位最契合布氏圆形压痕的霍尔圆；
S60、通过换值算法得到布氏圆形压痕在待测金属样品上的真实直径，并根据布氏硬度对照表得出待测样品金属的硬度；
所述步骤S40具体包括：
S41、给定要生成簇的数目k；
S42、在二值化处理后的图像中，随机选取k个像素点作为初始的k个聚类中心；
S43、计算剩余像素点到各聚类中心的距离，并把该像素点归到距离它最近的聚类中心所在的类中；
S44、对每个类中的像素点使用平均值的方法计算新的聚类中心；
S45、重复步骤S43和步骤S44 直至聚类中心收敛至一个固定的值，即为图像中布氏圆形压痕的圆心大致位置；
所述步骤S50具体包括：利用Hough变换圆检测定位法根据原图的像素点分布搜寻出多个霍尔圆，所述多个霍尔圆包括一个最契合布氏圆形压痕的霍尔圆和若干多余的杂霍尔圆，选取圆心与标记的圆心大致位置最近的霍尔圆即为最契合布氏圆形压痕的霍尔圆。
2.一种布氏硬度检测系统，其特征在于，包括图像采集设备和计算机，所述图像采集设备用于获取待测金属样品上包含布氏圆形压痕的图像；所述计算机包括滤波模块、二值化处理模块、聚类模块、定位模块和换值模块，所述滤波模块用于对图像进行中值滤波，所述二值化处理用于对滤波后的图像进行二值化处理，所述聚类模块用于利用K-means聚类算法识别并标记图像中布氏圆形压痕的圆心大致位置，所述定位模块用于根据所述圆心大致位置利用Hough变换圆检测定位法定位最契合布氏圆形压痕的霍尔圆，所述换值模块用于通过换值算法得到布氏圆形压痕在待测金属样品上的真实直径，并根据布氏硬度对照表得出待测样品金属的硬度；
所述利用K-means聚类算法识别并标记图像中布氏圆形压痕的圆心大致位置，具体包括：
S41、给定要生成簇的数目k；
S42、在二值化处理后的图像中，随机选取k个像素点作为初始的k个聚类中心；
S43、计算剩余像素点到各聚类中心的距离，并把该像素点归到距离它最近的聚类中心所在的类中；
S44、对每个类中的像素点使用平均值的方法计算新的聚类中心；
S45、重复步骤S43和步骤S44 直至聚类中心收敛至一个固定的值，即为图像中布氏圆形压痕的圆心大致位置；
根据所述圆心大致位置利用Hough变换圆检测定位法定位最契合布氏圆形压痕的霍尔圆，具体包括：利用Hough变换圆检测定位法根据原图的像素点分布搜寻出多个霍尔圆，所述多个霍尔圆包括一个最契合布氏圆形压痕的霍尔圆和若干多余的杂霍尔圆，选取圆心与标记的圆心大致位置最近的霍尔圆即为最契合布氏圆形压痕的霍尔圆。
3.如权利要求2所述的布氏硬度检测系统，其特征在于，该系统还包括显示器，所述显示器用于显示所述图像采集设备获取的图像原图以及经过计算机处理后的图像。
4.如权利要求3所述的布氏硬度检测系统，其特征在于，所述显示器上设有两个显示框，一个显示框用于装载所述图像采集设备获取的画面并显示获取的图像原图，另一个显示框用于装载经过计算机处理后的图像。
5.如权利要求3所述的布氏硬度检测系统，其特征在于，所述显示器上设有两个文本框和一个列表，所述两个文本框分别用于显示布氏圆形压痕的直径以及对应得到的硬度，所述列表用于记录和查阅得到的历史直径和硬度。
6.如权利要求2所述的布氏硬度检测系统，其特征在于，所述图像采集设备为相机，所述相机的镜头在拍摄时紧贴待测金属样品，保证拍摄到的图片上的像素点距离与实际距离有固定不变的比例常数m。
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