本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于機(jī)器視覺(jué)的表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(留存版)

　　

【正文】 后，就可以得到標(biāo)記后的缺陷圖像，如圖 424 所示。 利用不變矩 ， 就可以計(jì)算出缺陷區(qū)域的形心坐標(biāo) ， 判斷缺陷區(qū)域是否在工件圖像的邊緣 ， 如果在邊緣 ， 則可以確定是掉角 ； 否則 ， 是麻坑 。 實(shí)驗(yàn)分析 將反復(fù)實(shí) 驗(yàn)后各種缺陷的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并將 10 次實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行累計(jì) ，表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)軟件對(duì)圓環(huán)形工件缺陷的檢出率如下表 54 所示 。如圖428 所示，半徑的值并不是一條直線，而是一條曲線， 甚至有些地方 有凹溝，這表明工件本身不圓。 圖 420 原圖像 根據(jù)上面的三原則 ， 在第一次掃描后所有的缺陷上皆已加標(biāo)記 ， 如圖 421所示 ， 標(biāo)記以此為 1， 2， 3， 4， 這是圖像中的同一缺陷可能有幾種不同的標(biāo)記 ，因此需要第二次掃描 ， 來(lái)把同一缺陷上的標(biāo)記統(tǒng)一起來(lái) ， 只要是 4 連通的都 屬于同一缺陷 ， 其標(biāo)記都應(yīng)該為一致 ， 如圖 422 所示 。如圖414 所示，具體檢測(cè)過(guò)程如下 ： 圖 414 掃描示意圖 首先，如圖 414 所示，以工件圓心為極坐標(biāo)系原點(diǎn) O 隨著極半徑 r 和極角 ?從小到大逐個(gè)掃描每個(gè)像素點(diǎn)，極半徑 r 的范圍是從 0 到工件的外徑，極角 ? 的范圍是從 0 到 2? ； 掃描時(shí)，由于圖像相當(dāng)于一個(gè)矩陣，需要將極坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為直角坐標(biāo)系，其轉(zhuǎn)換公式為 cossin????? ??xryr 在轉(zhuǎn)化到圖像矩陣中，為 00cossin??????? ????x x ry y r 其中， 0x 和 0y 分別是工件圓心的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)。一旦發(fā)現(xiàn)含有粗大誤差的測(cè)量值，應(yīng)將其從測(cè)量結(jié)果中剔出 。 為了設(shè)計(jì)出實(shí)用有效的軟件 ， 必須按照軟件工程的理論 ， 進(jìn)行充分的分階段的分析和設(shè)計(jì) 。 由于要檢測(cè)工件的兩 個(gè)表面 ， 所以需要在硬件上使用兩路視頻輸入 ， 每路采集不同表面的圖像 。機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)是非接觸無(wú)損檢測(cè) ， 與傳統(tǒng)的檢測(cè)手段相比 ， 它具有不可替代的優(yōu)越 性 ， 因而得到了廣泛的應(yīng)用。 有 照明部分、圖像獲取部分、圖像顯示部分和圖像處理部分。 圖像數(shù)據(jù)編碼一般采用預(yù)測(cè)編碼 ， 即將圖像數(shù)據(jù)的空間變化規(guī)律和序列變化規(guī)律用一個(gè)預(yù)測(cè)公式表示 ， 如果知道了某一像素的前面各相鄰像素值之后 ， 可以用公式預(yù)測(cè)該像素值 。 固態(tài)陣列中主要元件是電荷藕合器件CCD。圖象分析則進(jìn)入了中層 ， 分割和特征提取把原來(lái)以像素描述的圖像轉(zhuǎn)變成比較簡(jiǎn)潔的非圖形式的描述。為了能用數(shù)字計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行加工處理 ， 需要把連續(xù)的圖像在坐標(biāo)空間 XY 和性質(zhì)空間 F 都進(jìn)行離散化。目前在我國(guó)隨著配套基礎(chǔ)建設(shè)的完善 ， 技術(shù)、資金的積累、各行各業(yè)對(duì)采用圖像長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的工業(yè)自動(dòng)化、智能化需求開(kāi)始廣泛出現(xiàn) ， 國(guó)內(nèi)有關(guān)大專(zhuān)院校、研究所和企業(yè)近兩年 在圖像和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了積極思索和大膽的嘗試 ，逐步開(kāi)始了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用。近年來(lái)，迅速發(fā)展的以圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)恰恰可以解決這一問(wèn)題。 secondly, according to the practical application of threshold, the system has used the segmentation threshold of selecting an image automatically to select the workpiece information from images and scan that information to realize the automatic measurement of the system。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在國(guó)外 ， 機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在半導(dǎo)體及電子行業(yè) ， 其中大概 40%50%都集中在半導(dǎo)體行業(yè)。人的視覺(jué)系統(tǒng)就是一個(gè)觀測(cè)系統(tǒng) ， 通過(guò)它得到的圖像就是客觀景物在人眼中形成的影像。圖像工程學(xué)科是將數(shù)學(xué)、光學(xué)等基礎(chǔ)科 學(xué)的原理 ， 結(jié)合在圖像應(yīng)用中積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)而發(fā)展起來(lái)的。 以下對(duì)各模塊 的簡(jiǎn)介 。 對(duì)偶數(shù)列感光基元重復(fù)以上過(guò)程就可得到另 1 幀隔行的視頻信號(hào) 。 機(jī)器視覺(jué)技術(shù) 機(jī)器視覺(jué)技術(shù)簡(jiǎn)介 機(jī)器視覺(jué)是一個(gè)相當(dāng) 新興的 研究領(lǐng)域。但是 ， 機(jī)器視覺(jué)與其他學(xué)科又有著一定的區(qū)別 ， 其成像系統(tǒng) 光源 主機(jī) 視 覺(jué) 系統(tǒng) 場(chǎng)景 圖像 描述 反饋 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 特點(diǎn)是 ： 綜合技術(shù) 機(jī)器視覺(jué)是一項(xiàng)綜合技術(shù) ， 其中包括數(shù)字圖像處理技術(shù)、機(jī)械工程技術(shù) 、控制技術(shù)、電光源照明技術(shù)、光學(xué)成像技術(shù)、傳感器技術(shù)、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)等。其工作過(guò)程是 ： 首 先將工件送到 CCD 攝像頭視場(chǎng)內(nèi) ； 然后由成像系統(tǒng)和圖像采集卡將圖像采集到計(jì)算機(jī)內(nèi)部 ； 運(yùn)用圖像處理技術(shù)對(duì)采集到的原始圖像進(jìn)行預(yù)處理以改善圖像質(zhì)量，從中提取感興趣的特征量 ； 最后運(yùn)用模式識(shí)別技術(shù)對(duì)取到得特征量進(jìn)行分類(lèi)整理以完成系統(tǒng)的檢測(cè)。 當(dāng)圖像顯示窗口小于視頻輸入窗口時(shí) ， 有兩種方法可以采用 。 圖 41 缺陷檢測(cè)過(guò) 程 4. 1 圖像實(shí)時(shí)采集模塊 為了準(zhǔn)確、及時(shí)獲得圖像的當(dāng)前狀態(tài)，需要不斷地通過(guò)圖像采集卡將 CCD攝像系統(tǒng)的圖像信息直接讀取到計(jì)算機(jī)內(nèi)存，在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中進(jìn)行其他的后續(xù)處理，如 ： 圖像濾波、圖像測(cè)量、缺陷檢測(cè)等等。下面圖 49 是經(jīng)過(guò)剔出粗大誤差之后工件圓心的 x 坐標(biāo)和 y 坐標(biāo)的曲線圖，可以明顯地看出經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)已經(jīng)比較統(tǒng)一 。 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 0 100 200 300 400 500 600 極坐標(biāo)半徑 灰度值 600 500 400 300 200 100 0 圖 418 工件內(nèi)光圈和外光圈寬度掃描曲線 檢測(cè)圖像經(jīng)過(guò)圖像預(yù)處理、去除光圈，選取合適的閾值對(duì)所得到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，再通過(guò)膨脹和腐蝕，就可以把圖像的缺陷信息提取出來(lái)，如圖 419所示。根據(jù)缺陷的形狀信息，可以用一組描述特征來(lái)表示其特性。 進(jìn)行合格限度樣品檢測(cè)的目的是為了確定區(qū)分工件合格與否的標(biāo)準(zhǔn) ， 即周長(zhǎng)和面積兩個(gè)特征的數(shù)據(jù) ， 以便將各種缺陷的面積和周長(zhǎng)與之對(duì)比 ， 從而確定判斷的依據(jù) 。 只要檢測(cè)到有裂紋缺陷 ， 則 判定為不合格品。同時(shí)，這些描述特征對(duì)于目標(biāo)缺陷大小的變化、旋轉(zhuǎn)、平移是不變的。 圖 419 閾值分割及反色后圖像 4. 5 缺陷檢測(cè)模塊 對(duì)缺陷進(jìn)行檢測(cè)，首先必須確定經(jīng)過(guò)處里后的圖像是否有缺陷，如果沒(méi)有， 則工件無(wú)缺陷 。 圖 411 x方向 和 y 方向上的半徑數(shù)據(jù)曲線 圖 411 中的數(shù)據(jù)曲線就是 x 方向和 y 方向的上的半徑數(shù)據(jù)線，兩個(gè)方向上的半徑大小基本一致，如果有一定的相差，需要及時(shí)調(diào)整攝像頭，使攝像角度垂直工件表面。 圖 42 原始圖像及灰度調(diào)整后圖像 經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，圖像的對(duì)比度增加，拉伸了圖像灰度，表現(xiàn)在灰度直 方圖上就是峰與峰之間的距離加大，便于選取分割 閾 值及后續(xù)圖像分割，如圖 43 所示。 使視頻輸入窗口與圖像顯示窗口相匹配 。 1 2 3 4 5 6 CCD 攝像頭及照明系統(tǒng) 圖像采集卡 主控 計(jì)算 機(jī) 分類(lèi)機(jī)構(gòu) 工件 傳送裝置 圖 31 機(jī)器視覺(jué) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 3. 1 CCD 攝像頭 CCD 是一種半導(dǎo)體成像器件，具有靈敏度高、抗強(qiáng)光、畸變小、體積小、壽命長(zhǎng)，抗震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。 強(qiáng)調(diào)實(shí)用性 機(jī)器視覺(jué)強(qiáng)調(diào)實(shí)用性 ， 要求有合理的性價(jià)比 ， 要有通用的工業(yè)接口 ， 能夠由普通工作來(lái)操作 ， 必須有較強(qiáng)的通用性和可移植性。機(jī)器視覺(jué)作為一種應(yīng)用系統(tǒng) ， 其功能特點(diǎn)是隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展而逐漸完長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 善和發(fā)展的。 現(xiàn)在常用的線掃描 CCD 一般有 512 到 4096 個(gè)象素或更多 ，而 4096 X 4096 個(gè)象素的掃描 CCD 也已在使用 。 一種是對(duì)某個(gè)電磁能量譜波段敏感的物理器件 ， 它能產(chǎn)生與所接受到的電磁能量成正比的模擬電信號(hào) 。 圖象處理著重強(qiáng)調(diào)在圖像之間進(jìn)行的變換。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展 ， 人們還可以人為地創(chuàng)造出色彩斑斕、千姿百態(tài)的各 種圖像。再流焊機(jī)、波峰焊機(jī)及自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)備。 surface defect。 defect inspecting 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) IV 目 錄 中文摘要 ...................................................................................................................... II Abstract ........................................................................................................................III 第 1 章 引言 .................................................................................................................. 1 研究背景及意義 ............................................................................................... 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................................................................................... 1 第 2 章 圖像技 術(shù)及機(jī)器視覺(jué)簡(jiǎn)介 .............................................................................. 3 圖像處理技術(shù) ................................................................................................... 3 圖像和數(shù)字圖像 ..................................................................................... 3 圖像技術(shù)和圖像工程 ............................................................................. 3 數(shù)字圖像處理系統(tǒng) ........................................................................................... 4 圖像處理和分析系統(tǒng) ............................................................................. 4 圖像采集模塊 ......................................................................................... 4 圖像的數(shù)據(jù)編碼和傳輸 ......................................................................... 5 機(jī)器視覺(jué)技術(shù) ................................................................................................... 5 機(jī)器視覺(jué)技術(shù)簡(jiǎn)介 ................................................................................. 5 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的概念、組成及特點(diǎn) ..................................................... 6 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展動(dòng)向 ................................................................... 7 機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)應(yīng)用 ................................................................................. 7 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的發(fā)展動(dòng)向 ................................................