CN114074294B - 一种用于圆钢修磨质量检测系统的抑制炫光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于圆钢修磨质量检测系统的抑制炫光方法，所述圆钢修磨质量检测系统包括用以提供光照的照明光源，用以获取圆钢表面图像的工业相机，及用以处理图像信息的数据处理模块，所述抑制炫光方法包括以下步骤：1)在所述照明光源上接入可调驱动模块，所述数据处理模块接入可调驱动模块；2)所述照明光源发出光源照射到圆钢表面；3)所述工业相机获取圆钢表面图像；4)所述数据处理模块根据采集到的图像像素亮度的情况，进行炫光判别和抑制炫光计算，并将计算所得的设定值传至所述可调驱动模块；5)所述可调驱动模块根据所述设定值调节所述照明光源的亮度。本发明提高检测准确性，减少检测系统的误判。

Description

一种用于圆钢修磨质量检测系统的抑制炫光方法

技术领域

本发明涉及圆钢表面修磨技术，更具体地说，涉及一种圆钢修磨质量检测系统的抑制炫光方法。

背景技术

在圆钢修磨工序中，操作人员需要对圆钢表面上按照之前探伤工序中标记出来的缺陷，对该缺陷进行修磨，然后使用人工或者机器视觉确认缺陷已经消除，则完成修磨作业，如果缺陷未消除，则再次进行修磨直到缺陷消除。通常情况下，钢坯表面的缺陷比较细小，需要在较强的光照下进行识别，但在另一方面，钢坯特别是修磨过的钢坯表面呈现高反光的银亮色，在强光照射下很容易产生炫光现象，这给缺陷识别造成了很大困难。相对于人工操作，还可以调整观察角度，但固定机位的机器视觉检测更需要解决这个问题。

目前，已经出现了一些抑制图像炫光的方法和装置，比如中国专利“防炫光处理方法、装置和电子设备”(CN 106210555A)，提出根据像素亮度来摄像模组位置的方法，找到合适的拍摄角度来避免炫光。该方法需要摄像头进行旋转，以寻找最佳的拍摄位置，这在工业现场实现比较困难。由于工况条件较差，工业相机都需要加装防护装置，如果需要把整套机构旋转起来，需要考虑防护装置的重量，供水，供气，供电等一系列问题，成本高昂，维护量也大。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种用于圆钢修磨质量检测系统的抑制炫光方法，提高检测准确性，减少检测系统的误判。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于圆钢修磨质量检测系统的抑制炫光方法，所述圆钢修磨质量检测系统包括用以提供光照的照明光源、用以获取圆钢表面图像的工业相机、可调驱动模块、及用以处理图像信息的数据处理模块，所述抑制炫光方法包括以下步骤：

1)在所述照明光源上接入可调驱动模块，所述数据处理模块接入可调驱动模块；

2)所述照明光源发出光源照射到圆钢表面；

3)所述工业相机获取圆钢表面图像；

4)所述数据处理模块根据采集到的图像像素亮度的情况，进行炫光判别和抑制炫光计算，并将计算所得的校正值传至所述可调驱动模块；

5)所述可调驱动模块根据所述校正值调节所述照明光源的亮度。

较佳的，所述炫光判别和抑制炫光计算包括标定、计算和自学习。

较佳的，所述标定包括炫光检测窗口标定、亮度阀值标定、计数阀值标定和照明光源驱动电流调整量标定。

较佳的，所述炫光检测窗口标定包括在圆钢表面图像上标识出修磨区域，记录下该区域的外接矩形，即为标定好的炫光检测窗口。

较佳的，所述亮度阀值标定包括修磨掉圆钢表面缺陷部位表面黑皮，将所述照明光源调至最暗，然后逐渐调亮，直至发生炫光为止，计算所述炫光检测窗口内像素的平均亮度P_M，计算除所述炫光检测窗口外圆钢表面像素的平均亮度P_B，那么亮度阀值P_L计算为：

P_L＝P_M-P_B。

较佳的，所述计数阀值标定包括对于炫光现象长时间存在，需调整所述照明光源方向抑制炫光，此时对删除掉的炫光帧进行计数，然后设一个计数阀值C_P来进行判断，计数阀值C_P计算如下：

公式中，F表示所述工业相机的帧率，ω表示圆钢的转速，数字8表示圆钢旋转一周所需8个角度进行检测。

较佳的，所述照明光源驱动电流调整量标定包括修磨掉圆钢表面缺陷部位表面黑皮，将所述照明光源调至最暗，然后逐渐调亮，直至能够辨别缺陷纹路时，记录下此时的驱动电流I₁，然后继续调亮，直至修磨区域产生炫光，记录下此时的驱动电流I₂，驱动电流调整量△I为：

较佳的，所述计算如下：

a)在圆钢表面图像上读取圆钢直径D，将图像中圆钢横向中心线上下

范围内为判定区域；

b)将所述炫光检测窗口位于所述判定区域内，并把所述炫光检测窗口所有像素亮度求平均值，计算得到所述炫光检测窗口的亮度P_m；

c)将所述判定区域内除所述炫光检测窗口的所有像素亮度求平均值，计算得到背景亮度P_b；

d)炫光判定，若所述炫光检测窗口的亮度P_m与背景亮度P_b之差小于亮度阀值P_L，判定无炫光发生，清零炫光计数器C₁，流程结束；若所述炫光检测窗口的亮度P_m与背景亮度P_b之差大于亮度阀值P_L，判定炫光发生，进入步骤e)；

e)删除当前帧，用前一未产生炫光帧替代本帧，炫光计数器C₁加一，炫光计数器C₁若小于计数阀值C_P，则流程结束；炫光计数器C₁若大于计数阀值C_P，进入步骤f)；

f)调整所述照明光源亮度，减小驱动电流调整量△I，原设定驱动电流为I₀，调整后的驱动电流为I′₀：

I′₀＝I₀-△I；

在一根圆钢检测完毕后会被重置为I₀-I_k，公式中，I_k表示电流校正参数，其初始值为0。

较佳的，所述自学习包括照明光源驱动电流减小校正和照明光源驱动电流增大校正。

较佳的，所述照明光源驱动电流减小校正包括设置校正计数器C₂，记录连续出现炫光的圆钢数量，当校正计数器C₂大于阀值M时，需要增大电流校正参数I_k来降低初始照明：

I_k＝I₀+△I_k(C₂>M,I_k<I₀)

公式中，△I_k表示驱动电流调整量，其取值为0.05I₀，M取值≥3。

较佳的，所述照明光源驱动电流增大校正包括设置校正计数器C₃，记录连续无炫光的圆钢数量，当连续检测N根圆钢无炫光发生时，可以逐渐增大驱动电流：

I_k＝I₀-△I_k(C₃>N,I_k>0)

公式中，N取值≥10。

较佳的，所述圆钢修磨质量检测系统还包括用以显示炫光抑制处理后的画面和相关处理信息的显示模块，所述显示模块与所述数据处理模块相连。

本发明所提供的一种用于圆钢修磨质量检测系统的抑制炫光方法，光源发出一定强度的光，照射到圆钢之上提供照明条件；圆钢表面图像被工业相机捕捉；数据处理模块根据采集到的图像像素亮度情况，进行炫光判别和抑制炫光计算，根据计算结果发送新的设定值到可调光源驱动模块；可调驱动模块调节光源亮度，达到数据处理模块设定的光照强度；炫光抑制处理后的画面和相关处理信息发送到显示模块。通过电气和软件调整的方法抑制圆钢修磨质量检测系统炫光现象，提高检测准确性，减少检测系统的误判。

附图说明

图1是圆钢修磨质量检测系统的现场布置示意图；

图2是本发明抑制炫光方法的流程示意图；

图3是本发明抑制炫光方法中在圆钢表面图像上规划判断区域、炫光检测窗口的示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合图1所示，本发明所提供的一种用于圆钢修磨质量检测系统的抑制炫光方法，圆钢修磨质量检测系统包括用以对圆钢2表面提供光照的照明光源1，用以获取圆钢表面图像的工业相机3，用以处理图像信息的数据处理模块4，及与数据处理模块4相连的显示模块。

照明光源1发出一定强度的光，照射到圆钢2表面上提供照明条件，圆钢表面图像被工业相机3捕捉，数据处理模块4根据采集到的图像像素亮度情况，进行炫光判别和抑制炫光计算，根据计算结果发送新的设定值到可调驱动模块6，可调驱动模块6调节照明光源1亮度，达到数据处理模块4设定的光照强度，炫光抑制处理后的画面和相关处理信息发送到显示模块5。

请结合图2所示，数据处理模块4根据圆钢表面图像情况进行炫光判别和抑制炫光计算包括标定、计算和自学习。

A，标定

标定在离线状态下进行，离线检测精度高，是确定的参考值的最好方式，在离线方式下标定系统的特性可以为后续计算提供稳定、合适的初始参数。包括如下步骤：

A1，炫光检测窗口标定

未经过修磨的圆钢2表面反射率低，修磨区域反射率明显偏高，对应在图像上就是未修磨的区域暗淡，修磨区白亮。炫光通常发生在修磨区域，考虑到提高处理速度，减少误判，炫光判定只需要关注修磨区域即可。对于修磨区域可以在图像处理中用边界提取的方法判定，也可以预先进行离线标定。如果修磨线上各圆钢2工况相似，修磨区域位置变化不大的情况下，推荐使用离线标定的方法，提高处理速度，区域划分准确。

取一根缺陷较大的圆钢2，进行修磨之后，手动在图像上标识出修磨区域。记录下区域的简单外接矩形，即为标定好的炫光检测窗口7。

A2，亮度阀值标定

炫光是由于修磨区域和背景区域亮度对比过大产生的，判定对比过大的亮度阈值是炫光检测的标准。取一根典型圆钢2，置于修磨工位，修磨掉圆钢2表面缺陷部位表面黑皮，将照明光源1调至最暗，然后逐渐调亮，直至发生炫光为止，计算炫光检测窗口7内像素的平均亮度P_M，计算除炫光检测窗口7外圆钢表面像素的平均亮度P_B，那么亮度阀值P_L计算为：

P_L＝P_M-P_B。

A3，计数阀值标定

在发生炫光之后，考虑到圆钢2是在不断旋转的，转过一定角度之后，炫光有可能自行消失，那么只需要删除掉炫光的帧，用正常帧来替代，总体上并不会影响缺陷的识别。但是若炫光现象长时间存在，那么必须要调整照明光源1方向抑制炫光，此时对删除掉的炫光帧进行计数，然后设一个计数阀值C_P来进行判断，计数阀值C_P计算如下：

公式中，F表示工业相机的帧率，ω表示圆钢的转速，数字8表示圆钢旋转一周所需8个角度进行检测。

A4，照明光源驱动电流调整量标定

如果依靠圆钢修磨质量检测系统调整无法消除炫光的话，就必须要调整照明光源1亮度，也就是减小驱动电流来降低工件表面反光。电流调整量太小则作用不明显，太大则影响缺陷识别。合理的取值方法是，取一根典型圆钢2，修磨掉圆钢2表面缺陷部位表面黑皮，将照明光源1调至最暗，然后逐渐调亮，直至能够辨别缺陷纹路时，记录下此时的驱动电流I₁，然后继续调亮，直至修磨区域产生炫光，记录下此时的驱动电流I₂，驱动电流调整量△I为：

B，计算

请结合图3所示，在圆钢修磨质量检测系统上线运行后，在数据处理模块4中，计算过程如下：

B1)在一帧新的圆钢表面图像100上读取圆钢2直径D，工业相机3中捕获到的一帧图像并非所有像素都要判定，只需要关注工件表面即可，将图像中圆钢横向中心线200上下

范围内为判定区域8；

B2)将炫光检测窗口7位于判定区域8内，并把炫光检测窗口7所有像素亮度求平均值，计算得到炫光检测窗口7的亮度P_m；

B3)将判定区域8内除炫光检测窗口7的所有像素亮度求平均值，计算得到背景亮度P_b；

B4)炫光判定，若炫光检测窗口7的亮度P_m与背景亮度P_b之差小于亮度阀值P_L，判定无炫光发生，清零炫光计数器C₁，流程结束；若炫光检测窗口7的亮度P_m与背景亮度P_b之差大于亮度阀值P_L，判定炫光发生，进入步骤B5)；

B5)删除当前帧，用前一未产生炫光帧替代本帧送到显示模块5，炫光计数器C₁加一，炫光计数器C₁若小于计数阀值C_P，则流程结束；炫光计数器C₁若大于计数阀值C_P，进入步骤B6)；

B6)调整照明光源亮度，减小驱动电流调整量△I，原设定驱动电流为I₀，调整后的驱动电流为I′₀：

I′₀＝I₀-△I；

降低亮度会影响图像质量，所以光源亮度在一根圆钢2检测完毕后会被重置为I₀-I_k，公式中，I_k表示电流校正参数，其初始值为0。

C，自学习

实际使用中，照明光源1的老化，环境光的变化，工业相机3镜头积灰等因素都会使得利用离线标定数据计算出的数据与实际之间发生偏差，这种偏差通常会随着使用时间不断增大，最后甚至累计到用户不可接受的程度。所以通过在线自学习，校正偏差是非常必要的。本发明抑制炫光方法中，圆钢修磨质量检测系统在使用中需要不断自学习来校正参数。

C1，照明光源驱动电流减小校正

对于偶尔发生的炫光，只需要个别圆钢2处理即可；对于频发的炫光，需要统一调整照明光源1驱动电流。设置校正计数器C₂，记录连续出现炫光的圆钢数量，当校正计数器C₂大于阀值M时，需要增大电流校正参数I_k来降低初始照明：

I_k＝I₀+△I_k(C₂>M,I_k<I₀)

公式中，△I_k表示驱动电流调整量，其取值为0.05I₀，M取值≥3。

C2，照明光源驱动电流增大校正

照明光源驱动电流如果只有减小方向的校正，那么只会越来越暗，直至影响画面质量，所以同样需要有增大机制。设置校正计数器C₃，记录连续无炫光的圆钢数量，当连续检测N根圆钢无炫光发生时，可以逐渐增大驱动电流：

I_k＝I₀-△I_k(C₃>N,I_k>0)

公式中，N取值≥10。

实施例

本发明抑制炫光方法的一个实施例如图1所示，照明光源1选用高亮LED面光源，使用电流可调的开光电源驱动；工业相机3选用工业CCD相机；数据处理模块4选用工控机，自带显示器作为显示模块5。

A，标定

A1，炫光检测窗口7标定

取一根缺陷较大的圆钢2，进行修磨之后，手动在图像上标识出修磨区域。在图像中这个区域就是一个点集{(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃),…}，以这个点集中横坐标最大最小值x_MIN,x_MAX，纵坐标最大最小值y_MIN,y_MAX，组合四个顶点(x_MIN,y_MIN),(x_MAX,y_MIN),(x_MAX,y_MAX),(x_MIN,y_MAX)构成的矩形即为炫光检测窗口7。

A2，亮度阈值标定

取一根典型圆钢2，置于修磨工位，修磨掉缺陷部位表面黑皮；把照明光源1调至最暗，然后逐渐调亮，直到发生炫光为止，计算炫光检测窗口7内像素的平均亮度P_M＝160，计算除炫光检测窗口7外圆钢2表面像素的平均亮度P_B＝60。那么亮度阀值可计算为：

P_L＝P_M-P_B＝100。

A3，计数阈值标定

工业相机3的帧率F和圆钢2的转速ω＝0.2r/s。那么向下取整：

A4，照明光源驱动电流调整量标定

取一根典型圆钢2，修磨掉缺陷部位表面黑皮；把照明光源1调至最暗，然后逐渐调亮，直到能够清晰地辨别缺陷纹路时，记录下此时的驱动电流I₁＝3A；然后继续调亮，直到修磨区域产生炫光，记录下此时的驱动电流I₂＝5A。那么驱动电流调整量为△I：

B，计算

上线运行之后，在数据处理模块4中，计算过程如下：

B1)在一帧新的画面捕捉到以后，读取圆钢2直径D＝0.4m，那么图像中心线上下0.2m范围内为判定区域8；

B2)把炫光检测窗口7所有像素亮度求平均值，计算得到炫光检测窗口的亮度P_m＝150；

B3)把判定区域8除开炫光检测窗口7的所有像素亮度求平均值，计算得到背景亮度P_b＝40；

B4)炫光判定：

当前炫光检测窗口7的亮度P_m＝150与背景亮度P_m＝150之差大于亮度阈值P_L，那么可以判定炫光发生，进入步骤B5)处理；

B5)删除当前帧，用前一未产生炫光帧替代本帧送到屏幕上。炫光计数器C₁加一。当前C₁＝40大于计数阈值C_P，需要进入步骤B6)处理；

B6)减小照明光源驱动电流△I。原驱动电流为I₀＝4.8A，那么调整以后的驱动电流I′₀为：

I′₀＝I₀-△I＝3.8A

当前I_k＝0.1I₀，在一根圆钢2检测完毕之后照明驱动电流会被重置为I₀-I_k＝4.32A。

C，自学习

C1，照明光源驱动电流减小校正

M取为3，△I_k取为0.05I₀，当连续发生炫光的圆钢2数达到3根以上时，进行照明光源驱动电流减小校正：

I_k＝I₀+△I_k＝0.15I₀。

C2，照明光源驱动电流增大校正

N取为10，当连续检测10根以上圆钢2，无炫光发生时，可以逐渐增大驱动电流：

I_k＝I₀-△I_k＝0.05I₀。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (5)

1.一种用于圆钢修磨质量检测系统的抑制炫光方法，所述圆钢修磨质量检测系统包括用以提供光照的照明光源、用以获取圆钢表面图像的工业相机、可调驱动模块、及用以处理图像信息的数据处理模块，其特征在于，所述抑制炫光方法包括以下步骤：

1)在所述照明光源上接入可调驱动模块，所述数据处理模块接入可调驱动模块；

2)所述照明光源发出光源照射到圆钢表面；

3)所述工业相机获取圆钢表面图像；

4)所述数据处理模块根据采集到的图像像素亮度的情况，进行炫光判别和抑制炫光计算，并将计算所得的校正值传至所述可调驱动模块；

5)所述可调驱动模块根据所述校正值调节所述照明光源的亮度，

所述炫光判别和抑制炫光计算包括标定、计算和自学习，

所述标定包括炫光检测窗口标定、亮度阈值标定、计数阈值标定和照明光源驱动电流调整量标定，

所述炫光检测窗口标定包括在圆钢表面图像上标识出修磨区域，记录下该区域的外接矩形，即为标定好的炫光检测窗口，

所述亮度阈值标定包括修磨掉圆钢表面缺陷部位表面黑皮，将所述照明光源调至最暗，然后逐渐调亮，直至发生炫光为止，计算所述炫光检测窗口内像素的平均亮度P_M，计算除所述炫光检测窗口外圆钢表面像素的平均亮度P_B，那么亮度阈值P_L计算为：

P_L＝P_M-P_B，

所述计数阈值标定包括对于炫光现象长时间存在，需调整所述照明光源方向抑制炫光，此时对删除掉的炫光帧进行计数，然后设一个计数阈值C_P来进行判断，计数阈值C_P计算如下：

公式中，F表示所述工业相机的帧率，ω表示圆钢的转速，数字8表示圆钢旋转一周所需8个角度进行检测，

所述照明光源驱动电流调整量标定包括修磨掉圆钢表面缺陷部位表面黑皮，将所述照明光源调至最暗，然后逐渐调亮，直至能够辨别缺陷纹路时，记录下此时的驱动电流I₁，然后继续调亮，直至修磨区域产生炫光，记录下此时的驱动电流I₂，驱动电流调整量ΔI为：

所述炫光判别和抑制炫光计算中的计算如下：

a)在圆钢表面图像上读取圆钢直径D，将图像中圆钢横向中心线上下

范围内为判定区域；

b)将所述炫光检测窗口位于所述判定区域内，并把所述炫光检测窗口所有像素亮度求平均值，计算得到所述炫光检测窗口的亮度P_m；

c)将所述判定区域内除所述炫光检测窗口的所有像素亮度求平均值，计算得到背景亮度P_b；

d)炫光判定，若所述炫光检测窗口的亮度P_m与背景亮度P_b之差小于亮度阈值P_L，判定无炫光发生，清零炫光计数器C₁，流程结束；若所述炫光检测窗口的亮度P_m与背景亮度P_b之差大于亮度阈值P_L，判定炫光发生，进入步骤e)；

e)删除当前帧，用前一未产生炫光帧替代本帧，炫光计数器C₁加一，炫光计数器C₁若小于计数阈值C_P，则流程结束；炫光计数器C₁若大于计数阈值C_P，进入步骤f)；

f)调整所述照明光源亮度，减小驱动电流调整量ΔI，原设定驱动电流为I₀，调整后的驱动电流为I₀′：

I′₀＝I₀-ΔI；

在一根圆钢检测完毕后会被重置为I₀-I_k，公式中，I_k表示电流校正参数，其初始值为0。

2.如权利要求1所述的抑制炫光方法，其特征在于：所述自学习包括照明光源驱动电流减小校正和照明光源驱动电流增大校正。

3.如权利要求2所述的抑制炫光方法，其特征在于：所述照明光源驱动电流减小校正包括设置校正计数器C₂，记录连续出现炫光的圆钢数量，当校正计数器C₂大于阈值M时，需要增大电流校正参数I_k来降低初始照明：

I_k＝I₀+ΔI_k(C₂＞M,I_k＜I₀)

公式中，ΔI_k表示驱动电流调整量，其取值为0.05I₀，M取值≥3。

4.如权利要求2所述的抑制炫光方法，其特征在于：所述照明光源驱动电流增大校正包括设置校正计数器C₃，记录连续无炫光的圆钢数量，当连续检测N根圆钢无炫光发生时，逐渐增大驱动电流：

I_k＝I₀-ΔI_k(C₃＞N,I_k＞0)

公式中，N取值≥10。

5.如权利要求1所述的抑制炫光方法，其特征在于：所述圆钢修磨质量检测系统还包括用以显示炫光抑制处理后的画面和相关处理信息的显示模块，所述显示模块与所述数据处理模块相连。

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