CN115082485B - 一种注塑制品表面气泡缺陷检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种注塑制品表面气泡缺陷检测方法及系统，该方法包括：获取注塑制品的表面图像及其灰度图，对灰度图分别进行顶帽变换和底帽变换，根据顶帽变换图像与灰度图得到第一增强图像，根据底帽变换图像和第一增强图像得到第二增强图像，根据顶帽变换图像和底帽变换图像对应的二值图像与灰度图得到目标图像并获取阈值，对第二增强图像进行阈值分割得到初始气泡缺陷区域，对初始气泡缺陷区域进行膨胀得到目标区域，获取目标区域中像素点之间的连线，计算连线的法线方向与两个像素点的平均梯度方向的夹角，根据夹角与夹角阈值确定目标边缘像素点并确定最终气泡缺陷区域，本发明方法实现了对气泡缺陷区域精确检测。

Description

一种注塑制品表面气泡缺陷检测方法及系统

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种注塑制品表面气泡缺陷检测方法及系统。

背景技术

近年来，随着塑料制品应用领域的不断拓展，塑料加工成型过程特别是注塑成型过程的相关技术、设备的革新受到了普遍关注，并取得了长足的进步，而注塑成型过程作为一种重要的塑料制品加工过程，在塑料加工成型工业中占有十分重要的地位，塑料制品的产量也连年大幅增长，这就给注塑生产工艺和过程控制的完善和创新提出了更高的要求。

在现有的工艺和设备条件下，注塑制品的质量检测通常采用在线人工检测和离线抽样分析相结合的方式进行，这种方式费时费力，而机器视觉能够高效准确地完成这项任务。

在采用机器视觉对注塑制品的质量检测时，当注塑工件表面是曲面状和其表面气泡会造成光照不均匀的现象，受光照不均匀的现象的影响，使得在对注塑工件表面气泡缺陷检测和定位时难以区分图像中的噪声点和边缘点，从而导致利用阈值分割的方式分割出来的缺陷区域准确度低，从而影响注塑制品的合格性判断。

因此，需要提供一种注塑制品表面气泡缺陷检测方法及系统，予以解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种注塑制品表面气泡缺陷检测方法及系统，以解决现有的问题。

本发明的一种注塑制品表面气泡缺陷检测方法采用如下技术方案：该方法包括：

获取注塑制品的表面图像及其灰度图；

对灰度图进行顶帽变换得到顶帽变换图像，根据顶帽变换图像与灰度图得到背景亮度均匀的第一增强图像，对灰度图进行底帽变换得到底帽变换图像，根据底帽变换图像和第一增强图像获取背景亮度均匀的第二增强图像；

分别获取顶帽变换图像和底帽变换图像对应的二值图像，将两个二值图像分别与灰度图相乘得到对应的目标图像，将底帽变换图像对应的目标图像中的最大灰度值作为第一阈值，将顶帽变换图像对应的目标图像中的最小灰度值作为第二阈值；

根据第一阈值与第二阈值对第二增强图像进行阈值分割得到初始气泡缺陷区域；

对初始气泡缺陷区域进行膨胀处理得到目标区域，获取目标区域内每个像素点与其邻域内像素点的连线；获取每个连线朝向初始气泡缺陷区域的法线及法线方向，获取每个连线的两个像素点的平均梯度方向，计算法线方向与平均梯度方向的夹角；

根据夹角与预设的夹角阈值确定目标区域中的目标边缘像素点，根据目标区域中的目标边缘像素点确定最终气泡缺陷区域。

优选的，将顶帽变换图像与灰度图中对应位置的像素点的灰度值相加得到背景亮度均匀的第一增强图像。

优选的，将第一增强图像中像素点的灰度值减去底帽变换图像中对应位置像素点的灰度值并得到背景亮度均匀的第二增强图像。

优选的，根据第一阈值与第二阈值对第二增强图像进行阈值分割得到初始气泡缺陷区域的步骤包括：

根据第一阈值与第二阈值设定阈值区间；

将阈值区间内的像素点记为初始缺陷像素点；

对所有初始缺陷像素点进行位置聚类，将每个聚类作为一个初始气泡缺陷区域。

优选的，对初始气泡缺陷区域进行膨胀处理得到目标区域的步骤包括：

获取初始气泡缺陷区域的最小外接矩形；

最小外接矩形的长宽各扩展两倍得到的区域记为目标区域。

优选的，计算法线方向与平均梯度方向的夹角的步骤包括：

设定法线的法线模长；

根据法线的法线模长及法线方向获取法线向量；

根据连线上两个像素点的梯度向量获取两个像素点的平均梯度向量；

根据法线向量及平均梯度向量计算法线方向与平均梯度方向的夹角。

优选的，根据夹角与预设的夹角阈值确定目标区域中的目标边缘像素点的步骤包括：

获取法线方向与平均梯度方向的夹角小于夹角阈值对应的连线，并记为目标连线；

将目标连线连接的两个像素点记为目标边缘像素点。

一种注塑制品表面气泡缺陷检测系统，该系统包括：

图像采集模块，用于获取注塑制品的表面图像及其灰度图；

图像处理模块，用于对灰度图进行顶帽变换得到顶帽变换图像，根据顶帽变换图像与灰度图得到背景亮度均匀的第一增强图像，对灰度图进行底帽变换得到底帽变换图像，根据底帽变换图像和第一增强图像获取背景亮度均匀的第二增强图像；

阈值设定模块，用于分别获取顶帽变换图像和底帽变换图像对应的二值图像，将两个二值图像分别与灰度图相乘得到对应的目标图像，将底帽变换图像对应的目标图像中的最大灰度值作为第一阈值，将顶帽变换图像对应的目标图像中的最小灰度值作为第二阈值；

阈值分割模块，用于根据第一阈值与第二阈值对第二增强图像进行阈值分割得到初始气泡缺陷区域；

参数计算模块，用于对初始气泡缺陷区域进行膨胀处理得到目标区域，获取目标区域内每个像素点与其邻域内像素点的连线，获取每个连线朝向初始气泡缺陷区域的法线及法线方向，获取每个连线的两个像素点的平均梯度方向，计算法线方向与平均梯度方向的夹角；

缺陷确定模块，用于根据夹角与预设的夹角阈值确定目标区域中的目标边缘像素点，根据目标区域中的目标边缘像素点确定最终气泡缺陷区域。

本发明的有益效果是：本发明的一种注塑制品表面气泡缺陷检测方法及系统，通过形态学的顶帽底帽变换对图像进行共同处理使得图像的灰度分布更为均匀，并提高图像轮廓周围受光照影响的噪声点与边缘点的差异，然后对处理后的图像进行阈值分割得到初始气泡缺陷区域，再根据始气泡边缘区域中边缘点处的梯度方向与边缘点的法线方向的相似性，确定目标边缘像素点从而确定气泡缺陷区域的准确的边缘，进而确定精确的最终气泡缺陷区域，本发明去除了曲面或者气泡导致的不均匀光照对气泡检测的影响，实现了气泡缺陷的精确检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种注塑制品表面气泡缺陷检测方法及系统的实施例总体步骤的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一种注塑制品表面气泡缺陷检测方法的实施例，本实施例应用场景是曲面状的塑工件表面是和其表面气泡缺陷的情况下，进行气泡缺陷检测，如图1所示，该方法包括：

具体的，本实施例中当注塑制品的表面是曲面状或者存在气泡缺陷，该注塑制品在图像采集过程中，不可避免地造成图像光照不均匀问题，影响气泡缺陷检测。

S1、获取注塑制品的表面图像及其灰度图，具体的，在输送机上方安置相机采集注塑制品图像，然后对注塑制品图像进行语义分割得到只包含注塑制品的表面图像。

S2、对灰度图进行顶帽变换得到顶帽变换图像，根据顶帽变换图像与灰度图得到背景亮度均匀的第一增强图像，对灰度图进行底帽变换得到底帽变换图像，根据底帽变换图像和第一增强图像获取背景亮度均匀的第二增强图像。

具体的，为了使得灰度图处于一个均匀的灰度分布，对受曲面影响或者气泡影响的使得光照不均匀的制品的灰度图使用基于灰度形态学的顶帽变换和底帽变换共同处理，并提高图像轮廓周围光照影响的噪声点与边缘点的差异，即对灰度图进行顶帽变换得到顶帽变换图像，根据顶帽变换图像与灰度图得到背景亮度均匀的第一增强图像。

其中，顶帽变换为对灰度图进行开运算，即用边长为3，高度为0的正方形结构元素a对灰度图f进行腐蚀运算，再进行膨胀运算，遍历方式为结构元素a从左至右逐行遍历，步长为1，得到开运算结果图像，灰度图f减去开运算结果图像就可以得到灰度图中灰度较亮的区域，灰度较亮的区域即为本实施例的顶帽变换图像，然后根据顶帽变换图像与灰度图得到背景亮度均匀的第一增强图像，其中，获取第一增强图像的公式：

式中，表示灰度图；

表示开运算符号；

表示开运算时的结构元素；

表示第一增强图像；

其中，底帽变换为对灰度图进行闭运算，即用边长为3，高度为0的正方形结构元素a对灰度图f进行腐蚀运算，再进行膨胀运算，遍历方式为结构元素a从左至右逐行遍历，步长为1，得到闭运算结果图像，然后再用闭运算结果图像减去灰度图即得到底帽变换的底帽变换图像，即底帽变换图像为灰度图中灰度较暗的区域，根据底帽变换图像和第一增强图像获取背景亮度均匀的第二增强图像，其中，获取背景亮度均匀的第二增强图像的公式：

式中，表示灰度图；

表示闭运算符号；

表示闭运算时的结构元素；

表示第一增强图像；

表示第二增强图像；

基于S2步骤中形态学的顶帽变换和底帽变换处理后得到的第二增强图像气泡缺陷更加明显，同时也对一些不均匀光照产生的噪声点进行了增强。

S3、具体的，开运算和闭运算都会平滑物体的边界，因此基于形态学去除光照度不均方法对消除光照不均匀的影响有较好的效果，但会造成图像边缘细节信息的缺失，使边缘变得模糊，故为了先进行阈值分割得到初始的缺陷边界，即分别获取顶帽变换图像和底帽变换图像对应的二值图像，将两个二值图像分别与灰度图相乘得到对应的目标图像，将底帽变换图像对应的目标图像中的最大灰度值作为第一阈值，将顶帽变换图像对应的目标图像中的最小灰度值作为第二阈值。

S4、根据第一阈值与第二阈值对第二增强图像进行阈值分割得到初始气泡缺陷区域。

具体的，由于第二增强图像使灰度图的暗区域内的缺陷部分的亮度增强，使亮区域内的缺陷部分亮度减小，因此，根据第一阈值与第二阈值设定阈值区间；设第一阈值为、第二阈值为/>，则阈值区间为[/>]，将阈值区间[/>]内的像素点记为初始缺陷像素点；对所有初始缺陷像素点进行位置聚类，将每个聚类作为一个初始气泡缺陷区域。

S5、对初始气泡缺陷区域进行膨胀处理得到目标区域，获取目标区域内每个像素点与其邻域内像素点的连线；获取每个连线朝向初始气泡缺陷区域的法线及法线方向，获取每个连线的两个像素点的平均梯度方向，计算法线方向与平均梯度方向的夹角。

具体的，对初始气泡缺陷区域进行膨胀处理得到目标区域的步骤包括：获取初始气泡缺陷区域的最小外接矩形；最小外接矩形的长宽各扩展两倍得到的区域记为目标区域，以目标区域左上角为第一个像素点为中心点开始遍历，获取每一个中心点与其8邻域内像素点的连线，第一行遍历完成之后遍历第二行，得到每个像素点与其8邻域内像素点的连线，获取每个连线朝向初始气泡缺陷区域的法线及法线方向，获取每个连线的两个像素点的平均梯度方向，即根据法线方向设定法线的法线模长，根据法线的法线模长及法线方向获取法线向量，根据连线上的两个像素点的梯度向量获取两个像素点的平均梯度向量，根据平均梯度向量与法线向量计算法线方向与平均梯度方向的夹角，设每个连线朝向初始气泡缺陷区域的法线的法线向量为，设该连线上对应的两像素点的梯度的平均梯度向量/>，其中计算法线方向与平均梯度方向的夹角的公式：

式中，表示每个连线朝向初始气泡缺陷区域的法线的法线向量；

表示每个连线上对应的两像素点的梯度的平均梯度向量；

表示法线向量的模长；

表示平均梯度向量的模长；

表示法线方向与平均梯度方向的夹角；

其中需要说明的是，气泡缺陷为类圆形，其边缘点的法向量应指向圆心，而工件表面的气泡缺陷区域内的灰度值应从中心点到边缘点的灰度值逐渐减小，因此，气泡缺陷区域的边缘点的梯度方向也应指向圆心，而工件表面孤立的噪声点通常没有特定的梯度方向，其梯度方向有可能指向圆心，为了边缘点检测的精度，取相邻两像素点的梯度向量的均值与其法线向量的夹角，即将该夹角作为判断平均梯度方向与法线方向的方向相似度，并以此来判断连线上的两个像素点是否属于气泡缺陷轮廓边缘，从而进一步精确确定缺陷区域。

S6、根据夹角与预设的夹角阈值确定目标区域中的目标边缘像素点，根据目标区域中的目标边缘像素点确定最终气泡缺陷区域。

具体的，设定夹角阈值为，/>取经验值3°，当夹角/>小于夹角阈值/>时，说明平均梯度方向与法线方向在方向上相似，即确定夹角/>小于夹角阈值/>时的直线对应的两个像素点为目标区域中的目标边缘像素点，按照连通性原则将目标边缘像素点与其相邻的目标边缘像素点连接得到最终气泡缺陷区域，本步骤需要说明的是，对于不均匀光照产生的噪声点经过步骤S1到步骤S2进行变换增强，噪声点与相邻像素点梯度差异变大，故其对应的平均梯度方向和法线方向的夹角/>会比较大，因此，该步骤就将初始旗袍缺陷中的噪声点进行了去除，从而得到了气泡缺陷区域精确的边缘。

具体的，还可以对最终气泡缺陷区域分析其形成原因，由于在工艺方面使注塑制品产生气泡的参数有料温、注射压力和注射速度，加料段温度过高，会使一部分塑料过早熔融充满螺槽，空气无法从加料口排出；注射压力小，保压时间短，会使熔料与型腔表面不密贴；注射速度太快，使熔融塑料受大剪切作用而分解，产生分解气，因此，可以根据产生的原因调整对应的设备参数，即通过调整料温、注射压力和注射速度，改善注塑工件表面气泡缺陷，从而获得表面质量合格的注塑制品。

本发明的一种注塑制品表面气泡缺陷检测系统的实施例，该系统包括：图像采集模块、图像处理模块、阈值设定模块、阈值分割模块、参数计算模块及缺陷确定模块，其中，图像采集模块用于获取注塑制品的表面图像及其灰度图；图像处理模块用于对灰度图进行顶帽变换得到顶帽变换图像，根据顶帽变换图像与灰度图得到背景亮度均匀的第一增强图像，对灰度图进行底帽变换得到底帽变换图像，根据底帽变换图像和第一增强图像获取背景亮度均匀的第二增强图像；阈值设定模块用于分别获取顶帽变换图像和底帽变换图像对应的二值图像，将两个二值图像分别与灰度图相乘得到对应的目标图像，将底帽变换图像对应的目标图像中的最大灰度值作为第一阈值，将顶帽变换图像对应的目标图像中的最小灰度值作为第二阈值；阈值分割模块用于根据第一阈值与第二阈值对第二增强图像进行阈值分割得到初始气泡缺陷区域；参数计算模块用于对初始气泡缺陷区域进行膨胀处理得到目标区域，获取目标区域内每个像素点与其邻域内像素点的连线，获取每个连线朝向初始气泡缺陷区域的法线及法线方向，获取每个连线的两个像素点的平均梯度方向，计算法线方向与平均梯度方向的夹角；缺陷确定模块用于根据夹角与预设的夹角阈值确定目标区域中的目标边缘像素点，根据目标区域中的目标边缘像素点确定最终气泡缺陷区域。

综上所述，本发明提供一种注塑制品表面气泡缺陷检测方法及系统，通过形态学的顶帽底帽变换对图像进行共同处理使得图像的灰度分布更为均匀，并提高图像轮廓周围受光照影响的噪声点与边缘点的差异，然后对处理后的图像进行阈值分割得到初始气泡缺陷区域，再根据始气泡边缘区域中边缘点处的梯度方向与边缘点的法线方向的相似性，确定目标边缘像素点从而确定气泡缺陷区域的准确的边缘，进而确定精确的最终气泡缺陷区域，本发明去除了曲面或者气泡导致的不均匀光照对气泡检测的影响，实现了气泡缺陷的精确检测。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种注塑制品表面气泡缺陷检测方法，其特征在于，该方法包括：

获取注塑制品的表面图像及其灰度图；

对灰度图进行顶帽变换得到顶帽变换图像，根据顶帽变换图像与灰度图得到背景亮度均匀的第一增强图像，对灰度图进行底帽变换得到底帽变换图像，根据底帽变换图像和第一增强图像获取背景亮度均匀的第二增强图像；

分别获取顶帽变换图像和底帽变换图像对应的二值图像，将两个二值图像分别与灰度图相乘得到对应的目标图像，将底帽变换图像对应的目标图像中的最大灰度值作为第一阈值，将顶帽变换图像对应的目标图像中的最小灰度值作为第二阈值；

根据第一阈值与第二阈值对第二增强图像进行阈值分割得到初始气泡缺陷区域；

对初始气泡缺陷区域进行膨胀处理得到目标区域，获取目标区域内每个像素点与其邻域内像素点的连线；获取每个连线朝向初始气泡缺陷区域的法线及法线方向，获取每个连线的两个像素点的平均梯度方向，计算法线方向与平均梯度方向的夹角，计算法线方向与平均梯度方向的夹角的步骤包括：设定法线的法线模长；根据法线的法线模长及法线方向获取法线向量；根据连线上两个像素点的梯度向量获取两个像素点的平均梯度向量；根据法线向量及平均梯度向量计算法线方向与平均梯度方向的夹角；

根据夹角与预设的夹角阈值确定目标区域中的目标边缘像素点，根据目标区域中的目标边缘像素点确定最终气泡缺陷区域；

根据第一阈值与第二阈值对第二增强图像进行阈值分割得到初始气泡缺陷区域的步骤包括：

根据第一阈值与第二阈值设定阈值区间；

将阈值区间内的像素点记为初始缺陷像素点；

对所有初始缺陷像素点进行位置聚类，将每个聚类作为一个初始气泡缺陷区域；

对初始气泡缺陷区域进行膨胀处理得到目标区域的步骤包括：

获取初始气泡缺陷区域的最小外接矩形；

最小外接矩形的长宽各扩展两倍得到的区域记为目标区域；

根据夹角与预设的夹角阈值确定目标区域中的目标边缘像素点的步骤包括：

获取法线方向与平均梯度方向的夹角小于夹角阈值对应的连线，并记为目标连线；

将目标连线连接的两个像素点记为目标边缘像素点。

2.根据权利要求1所述的一种注塑制品表面气泡缺陷检测方法，其特征在于，将顶帽变换图像与灰度图中对应位置的像素点的灰度值相加得到背景亮度均匀的第一增强图像。

3.根据权利要求1所述的一种注塑制品表面气泡缺陷检测方法，其特征在于，将第一增强图像中像素点的灰度值减去底帽变换图像中对应位置像素点的灰度值并得到背景亮度均匀的第二增强图像。

4.基于权利要求1-3任意一项所述缺陷检测方法实施的一种注塑制品表面气泡缺陷检测系统，其特征在于，该系统包括：

图像采集模块，用于获取注塑制品的表面图像及其灰度图；

图像处理模块，用于对灰度图进行顶帽变换得到顶帽变换图像，根据顶帽变换图像与灰度图得到背景亮度均匀的第一增强图像，对灰度图进行底帽变换得到底帽变换图像，根据底帽变换图像和第一增强图像获取背景亮度均匀的第二增强图像；

阈值设定模块，用于分别获取顶帽变换图像和底帽变换图像对应的二值图像，将两个二值图像分别与灰度图相乘得到对应的目标图像，将底帽变换图像对应的目标图像中的最大灰度值作为第一阈值，将顶帽变换图像对应的目标图像中的最小灰度值作为第二阈值；

阈值分割模块，用于根据第一阈值与第二阈值对第二增强图像进行阈值分割得到初始气泡缺陷区域；

参数计算模块，用于对初始气泡缺陷区域进行膨胀处理得到目标区域，获取目标区域内每个像素点与其邻域内像素点的连线，获取每个连线朝向初始气泡缺陷区域的法线及法线方向，获取每个连线的两个像素点的平均梯度方向，计算法线方向与平均梯度方向的夹角，计算法线方向与平均梯度方向的夹角的步骤包括：设定法线的法线模长；根据法线的法线模长及法线方向获取法线向量；根据连线上两个像素点的梯度向量获取两个像素点的平均梯度向量；根据法线向量及平均梯度向量计算法线方向与平均梯度方向的夹角；

缺陷确定模块，用于根据夹角与预设的夹角阈值确定目标区域中的目标边缘像素点，根据目标区域中的目标边缘像素点确定最终气泡缺陷区域。