CN115375688A - 一种用于带式输送设备的自动检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及图像处理技术领域,具体涉及一种用于带式输送设备的自动检测方法,包括:获取疑似缺陷区域,根据每个疑似缺陷区域的边缘上相邻像素点间的特征距离得到对应疑似缺陷区域的边缘毛边率,获取每个疑似缺陷区域边缘像素点及边缘外围多圈像素点的灰度序列,利用每个灰度序列中像素点的灰度值得到对应灰度序列的突变程度,根据每个灰度序列的突变程度和灰度突变点个数得到每个疑似缺陷区域边缘像素点的扩张程度,根据每个疑似缺陷区域边缘像素点的扩张程度及对应疑似缺陷区域的边缘毛边率判断该疑似缺陷区域是否为真实缺陷区域。本发明提高了传送带裂缝检测的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域,具体涉及一种用于带式输送设备的自动检测方法。
背景技术
传送带在工业生产中应用极为广泛,是一种物料搬运系统机械化和自动化传送用具,具有高效运输,使用简易等特点,能极大的节省人工成本,但是在长时间的使用过程中,会因为物料摩擦使传送带受到的张力过大,长时间处于较大的负重状态,导致传送带的表面出现裂缝等异常情况,严重时会造成传送带横向拉断,影响安全生产,因此,需要对传送带的裂缝进行检测。
现有技术是根据传送带局部区域图像的获取可靠程度值和各个疑似裂缝连通域所对应的撕裂像素个数,确定各个疑似裂缝连通域对应的霍夫变换阈值,进而确定各个疑似裂缝连通域是否为裂缝区域,从而判断传送带是否存在裂缝,该方法通过对疑似缺陷的区域的分割得到疑似缺陷的区域,再对疑似缺陷的区域进行霍夫直线检测得到裂缝;但是该方法没有考虑到传送带在长时间的使用过程中,表面会形成与裂缝特征较为相似的污染物,造成对裂缝缺陷的识别的不准确,从而导致传送带裂缝检测不准确。
发明内容
本发明提供一种用于带式输送设备的自动检测方法,以解决现有的传送带裂缝检测不准确的问题。
本发明的一种用于带式输送设备的自动检测方法,采用如下技术方案:
S1、获取传送带表面的灰度图像,根据Otsu阈值分割法对灰度图像进行分割得到疑似缺陷区域;
S2、获取每个疑似缺陷区域的边缘上每个像素点的灰度值的黑塞矩阵,获取每个黑塞矩阵对应的特征向量及特征值,根据每个黑塞矩阵对应的特征向量及特征值得到每个像素点的特征量;
S3、根据每个像素点的特征量得到每个疑似缺陷区域的边缘上相邻像素点间的特征距离,根据每个疑似缺陷区域的边缘上相邻像素点间的特征距离和对应疑似缺陷区域的边缘像素点的个数得到对应疑似缺陷区域的边缘毛边率;
S4、分别获取每个疑似缺陷区域边缘像素点及边缘外围多圈像素点的灰度序列,利用每个灰度序列得到每个疑似缺陷区域边缘像素点的扩张程度;
S5、根据每个疑似缺陷区域边缘像素点的扩张程度及对应疑似缺陷区域的边缘毛边率判断该疑似缺陷区域是否为真实缺陷区域。
进一步的,所述每个像素点的特征量是按如下方法确定的:
获取每个黑塞矩阵中两个对应的特征向量和特征值的乘积;
根据每个黑塞矩阵中两个对应的特征向量和特征值的乘积得到每个像素点的特征量。
进一步的,所述相邻像素点间的特征距离的具体表达式为:
式中:表示相邻两个像素点 , 之间的特征距离,、均表示分配的权重,表示两个像素点的欧式距离,表示像素点的在黑塞矩阵中的特征量,表示像素点的在黑塞矩阵中的特征量,表示像素点 , 在黑塞矩阵中的特征距离。
进一步的,所述疑似缺陷区域的边缘毛边率是按如下方法确定的:
对疑似缺陷区域边缘上相邻像素点之间的特征距离求和得到特征距离累加和;
对特征距离累加和求平均得到该疑似缺陷区域的边缘毛边率。
进一步的,所述疑似缺陷区域边缘外围多圈像素点的灰度序列是按如下方法确定的:
获取疑似缺陷区域边缘外围多圈像素点的灰度序列。
进一步的,所述灰度序列的突变程度是按如下方法确定的:
获取每个灰度序列中像素点的灰度均值和像素点个数;
对每个灰度序列中每个像素点的灰度值与对应灰度序列中像素点的灰度均值的差值求和得到累加和;
对该累加和求平均得到该灰度序列的突变程度。
进一步的,所述疑似缺陷区域边缘像素点的扩张程度是按如下方法确定的:
获取每个灰度序列中像素点的灰度均值和像素点个数;
对每个灰度序列中每个像素点的灰度值与对应灰度序列中像素点的灰度均值的差值求和得到累加和;
对该累加和求平均得到该灰度序列的突变程度;
获取每个灰度序列中灰度值突变像素点的个数,根据每个灰度序列的突变程度和每个灰度序列中灰度值突变像素点的个数得到该疑似缺陷区域边缘像素点的扩张程度。
进一步的,所述判断该疑似缺陷区域是否为真实缺陷区域的方法是:
根据每个疑似缺陷区域边缘像素点的扩张程度及对应疑似缺陷区域的边缘毛边率得到该疑似缺陷区域的异常程度;
设置异常程度阈值,当疑似缺陷区域的异常程度大于异常程度阈值该疑似缺陷区域为真实缺陷区域。
进一步的,所述疑似缺陷区域是按如下方法确定的:
获取Otsu阈值分割法分割灰度图像的分割阈值,将灰度图像划分为多个区域,获取小于分割阈值的所有区域,将小于分割阈值的所有区域作为疑似缺陷区域。
本发明的有益效果是:本发明首先利用大津阈值分割法获取了疑似缺陷区域,缩小了识别裂缝缺陷的范围,对疑似缺陷区域进行判断,提高了检测效率的同时,保证了检测的准确性;其次,本发明获取了疑似缺陷区域的毛边率和边缘像素点的扩张程度,其中,传送带在传送过程中如果出现裂缝,则裂缝区域的毛边率和扩张程度都会较大,因此,结合毛边率和扩张程度判断疑似缺陷区域是否为真实缺陷区域,使最终得到的结果更加准确。
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为本发明的一种用于带式输送设备的自动检测方法的实施例的结构示意图;
图2为本发明的一种用于带式输送设备的自动检测方法的实施例中图像采集装置示意图。
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。
本发明的一种用于带式输送设备的自动检测方法的实施例,如图1所示,包括:
S1、获取传送带启动时表面的灰度图像,获取Otsu阈值分割法分割灰度图像的分割阈值,将灰度图像划分为多个区域,获取小于分割阈值的所有区域,将小于分割阈值的所有区域作为疑似缺陷区域。
获取传送带启动时表面的灰度图像的具体步骤为:如图2所示,在传送带一侧的正上方设置相机,利用相机采集多张传送带表面图像,采集的图像的长宽比例为,将每张传送带表面图像转化为灰度图像得到多张灰度图像,本发明以其中一张灰度图像为例。
得到疑似缺陷区域的具体步骤为:将灰度图像均分为N个区域,对各个区域进行标号,标号序列为,标号的目的是为了方便后续缺陷位置的确定。获取Otsu阈值分割法分割灰度图像的分割阈值,获取小于分割阈值的所有区域,将小于分割阈值的所有区域作为疑似缺陷区域。
S2、获取每个疑似缺陷区域的边缘上每个像素点的黑塞矩阵,获取每个黑塞矩阵对应的特征向量及特征值,根据每个黑塞矩阵对应的特征向量及特征值得到每个像素点的特征量。
获得每一个像素点的黑塞矩阵,进一步求得黑塞矩阵的两个特征向量,以及对应的特征值,;因为在黑塞矩阵中,最大的特征值及其特征向量表示曲线最大的曲率以及曲率方向,同样最小的特征值表示曲线最小的曲率以及曲率方向,可以反映该像素点邻域范围内的纹理走向;因此根据每一个像素点的两个特征值与特征向量作为该像素点的特征量,则像素点的特征量可表示为。
S3、根据每个像素点的特征量得到每个疑似缺陷区域的边缘上相邻像素点间的特征距离,根据每个疑似缺陷区域的边缘上相邻像素点间的特征距离和对应疑似缺陷区域的边缘像素点的个数得到对应疑似缺陷区域的边缘毛边率。
得到每个疑似缺陷区域的边缘上相邻像素点间的特征距离的具体步骤为:利用每个像素点的特征量得到每个疑似缺陷区域的边缘上相邻像素点间的特征距离,具体表达式为:
式中:表示相邻两个像素点 , 之间的特征距离,、均表示分配的权重,,,表示两个像素点的欧式距离,表示像素点的在黑塞矩阵中的特征量,表示像素点的在黑塞矩阵中的特征量,表示像素点 , 在黑塞矩阵中的特征距离。
其中,根据相邻边缘像素点之间的特征距离来表示边缘的变化程度,因为如果边缘越不平整,则相邻两个像素点之间的距离就会越远,因此黑塞矩阵中特征值与特征向量的乘积就会越大,边缘的曲率就会越大,并且根据边缘曲率可以判断边缘像素点的变化程度,因此通过像素点的欧式距离与黑塞矩阵中的特征距离来表示两个边缘相似点的特征距离,是一个综合特征值;根据像素点的空间距离与和黑塞矩阵中的特征距离计算得到相邻两个边缘像素点的特征距离,若特征距离越大,则表明相邻两个像素点之间的跨度越大,则表示此处的边缘的越不平整,存在毛刺的可能越大,并且当的值越大时,表示边缘曲线的曲率越大,进而也能得到边缘越不平整。
得到疑似缺陷区域的边缘毛边率的具体步骤为:获取每个疑似缺陷区域的边缘像素点的个数,根据每个疑似缺陷区域的边缘上相邻像素点间的特征距离和对应疑似缺陷区域的边缘像素点的个数得到对应疑似缺陷区域的边缘毛边率,具体表达式为:
S4、获取每个疑似缺陷区域边缘像素点及边缘外围多圈像素点的灰度序列,利用每个灰度序列中像素点的灰度值得到对应灰度序列的突变程度和灰度突变像素点个数,根据每个灰度序列的突变程度和灰度突变像素点个数得到每个疑似缺陷区域边缘像素点的扩张程度。
获得疑似缺陷区域边缘的毛边率对该疑似缺陷区域进行判断会存在误差,因为脏污区域也会形成毛边,因此仅根据毛边率进行区分不够准确,因此在边缘毛边率的基础上,再进行污染物的特征区分。当传送带出现裂缝后,在传送带的运动过程中,受到张力的作用,裂缝会变大,但是污染物的大小不会随着传送带出现变化,所以通过计算疑似缺陷的边缘扩张程度,将污染物与裂纹缺陷进行区分。因为有裂缝的传送带在运动的过程中会受到张力的作用,随着运动的进行,裂缝会有逐渐增大的趋势,虽然在短时间的运动中其变化不是特别的明显,但是裂缝的边缘会出现拉丝状散开的线条,就相当于处于过拉状态后,横向的线条之间的空隙增大了。因此根据疑似裂缝缺陷处的扩张程度来判断是否裂痕缺陷。当出现拉丝状的线条时,原本纹理之间就会掺杂不属于该区域的像素点,并且根据先验知识,传送带表面像素点的灰度值比空隙间的像素点的灰度大,根据相邻像素点之间的灰度的变化来判断是否出现上述的拉丝状的线条。
获取每个疑似缺陷区域边缘像素点及边缘外围多圈像素点的灰度序列的具体步骤为:首先获得疑似缺陷像素点区域边缘像素点的灰度序列,然后再沿着边缘向外延伸的圈的像素点,其灰度序列为。因为是描述像素点的扩张程度,因此的截止条件应为最外圈相邻像素点之间的距离不再发生变化,获取最外侧圈层像素点的灰度序列后停止向外延伸圈层,因此计算同一圈的灰度相似的相邻像素点之间的距离,当距离为0时,即截止,即当,表示第圈相同灰度像素点之间的距离,表示第圈的像素点,上述表达式的逻辑为:当相同灰度的像素点之间的距离为0时,传送带不再出现扩张,即该圈的像素点为截止像素点。
利用每个灰度序列中像素点的灰度值得到对应灰度序列的突变程度的具体步骤为:获取每个灰度序列中像素点的灰度均值,根据每个灰度序列中像素点的灰度均值,每个像素点的灰度值得到每个灰度序列的突变程度,具体表达式为:
其中,该公式由方差公式转化而来,利用灰度序列像素点的灰度值与灰度均值的差值的平均值反映该该灰度序列中灰度值的离散程度,即表征了每个灰度序列的突变程度。
获得每个灰度序列中像素点的灰度值的突变个数,即获取每个灰度序列中相邻像素点灰度值的差值,设置差值阈值,根据具体情况设定,本发明不给出经验参考值,当相邻像素点灰度值的差值大于差值阈值时,相邻的两个像素点为突变像素点,灰度序列中每个像素点只统计一次,因此可得到每个灰度序列中灰度值突变像素点的个数。
利用每个灰度序列中像素点的灰度值得到对应灰度序列的突变程度的具体步骤为:根据每个灰度序列中像素点的灰度值获取每个灰度序列中灰度值突变像素点的个数,根据每个灰度序列中灰度值突变像素点的个数、每个灰度序列的突变程度得到疑似缺陷区域边缘像素点的扩张程度,具体表达式如下:
其中,根据每一条灰度序列中发生灰度突变的像素点的个数与灰度的突变程度得到边缘的扩散程度,因为边缘出现灰度突变点越多,灰度的变化程度越大,说明此区域的边缘像素点在运动的过程中出现了变化,因此能够判断此区域的异常,边缘出现灰度突变点越多,灰度的变化程度越大,则边缘像素点的扩张程度越大,该疑似缺陷区域越有可能是真实缺陷区域。
S5、根据每个疑似缺陷区域边缘像素点的扩张程度及对应疑似缺陷区域的边缘毛边率判断该疑似缺陷区域是否为真实缺陷区域。
根据每个疑似缺陷区域边缘像素点的扩张程度及对应疑似缺陷区域的边缘毛边率得到该疑似缺陷区域的异常程度,具体表达式如下:
其中,疑似缺陷区域边缘像素点的扩张程度及边缘毛边率两者的数值越大,疑似裂纹缺陷的异常程度越高,因此利用双曲正切函数将其按正比例逻辑关系归一化,即、越大,、在0-1内越大,则是利用欧几里得公式对两个归一化后的特征参数值进行整合,得到该区域疑似裂纹缺陷的异常程度。
根据每个疑似缺陷区域边缘像素点的扩张程度及对应疑似缺陷区域的边缘毛边率得到该疑似缺陷区域的异常程度,设置异常程度阈值,根据具体情况设定,本发明不给出经验参考值,当疑似缺陷区域的异常程度大于异常程度阈值该疑似缺陷区域为真实缺陷区域,将真是缺陷区域对应到灰度图像中得到传送带上的裂缝区域。
本发明的有益效果是:本发明首先利用大津阈值分割法获取了疑似缺陷区域,缩小了识别裂缝缺陷的范围,对疑似缺陷区域进行判断,提高了检测效率的同时,保证了检测的准确性;其次,本发明获取了疑似缺陷区域的毛边率和边缘像素点的扩张程度,其中,传送带在传送过程中如果出现裂缝,则裂缝区域的毛边率和扩张程度都会较大,因此,结合毛边率和扩张程度判断疑似缺陷区域是否为真实缺陷区域,使最终得到的结果更加准确。
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 (9)
1.一种用于带式输送设备的自动检测方法,其特征在于,包括:
S1、获取传送带表面的灰度图像,根据Otsu阈值分割法对灰度图像进行分割得到疑似缺陷区域;
S2、获取每个疑似缺陷区域的边缘上每个像素点的灰度值的黑塞矩阵,获取每个黑塞矩阵对应的特征向量及特征值,根据每个黑塞矩阵对应的特征向量及特征值得到每个像素点的特征量;
S3、根据每个像素点的特征量得到每个疑似缺陷区域的边缘上相邻像素点间的特征距离,根据每个疑似缺陷区域的边缘上相邻像素点间的特征距离和对应疑似缺陷区域的边缘像素点的个数得到对应疑似缺陷区域的边缘毛边率;
S4、分别获取每个疑似缺陷区域边缘像素点及边缘外围多圈像素点的灰度序列,利用每个灰度序列得到每个疑似缺陷区域边缘像素点的扩张程度;
S5、根据每个疑似缺陷区域边缘像素点的扩张程度及对应疑似缺陷区域的边缘毛边率判断该疑似缺陷区域是否为真实缺陷区域。
2.根据权利要求1所述的一种用于带式输送设备的自动检测方法,其特征在于,所述每个像素点的特征量是按如下方法确定的:
获取每个黑塞矩阵中两个对应的特征向量和特征值的乘积;
根据每个黑塞矩阵中两个对应的特征向量和特征值的乘积得到每个像素点的特征量。
4.根据权利要求1所述的一种用于带式输送设备的自动检测方法,其特征在于,所述疑似缺陷区域的边缘毛边率是按如下方法确定的:
对疑似缺陷区域边缘上相邻像素点之间的特征距离求和得到特征距离累加和;
对特征距离累加和求平均得到该疑似缺陷区域的边缘毛边率。
6.根据权利要求1所述的一种用于带式输送设备的自动检测方法,其特征在于,所述灰度序列的突变程度是按如下方法确定的:
获取每个灰度序列中像素点的灰度均值和像素点个数;
对每个灰度序列中每个像素点的灰度值与对应灰度序列中像素点的灰度均值的差值求和得到累加和;
对该累加和求平均得到该灰度序列的突变程度。
7.根据权利要求1所述的一种用于带式输送设备的自动检测方法,其特征在于,所述疑似缺陷区域边缘像素点的扩张程度是按如下方法确定的:
获取每个灰度序列中像素点的灰度均值和像素点个数;
对每个灰度序列中每个像素点的灰度值与对应灰度序列中像素点的灰度均值的差值求和得到累加和;
对该累加和求平均得到该灰度序列的突变程度;
获取每个灰度序列中灰度值突变像素点的个数,根据每个灰度序列的突变程度和每个灰度序列中灰度值突变像素点的个数得到该疑似缺陷区域边缘像素点的扩张程度。
8.根据权利要求1所述的一种用于带式输送设备的自动检测方法,其特征在于,所述判断该疑似缺陷区域是否为真实缺陷区域的方法是:
根据每个疑似缺陷区域边缘像素点的扩张程度及对应疑似缺陷区域的边缘毛边率得到该疑似缺陷区域的异常程度;
设置异常程度阈值,当疑似缺陷区域的异常程度大于异常程度阈值该疑似缺陷区域为真实缺陷区域。
9.根据权利要求1所述的一种用于带式输送设备的自动检测方法,其特征在于,所述疑似缺陷区域是按如下方法确定的:
获取Otsu阈值分割法分割灰度图像的分割阈值,将灰度图像划分为多个区域,获取小于分割阈值的所有区域,将小于分割阈值的所有区域作为疑似缺陷区域。
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