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機(jī)器視覺(jué)在大型工件自動(dòng)探傷檢測(cè)中的應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2013-05-30 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
1 引言

就是用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷。系統(tǒng)是指通過(guò)產(chǎn)品將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào),再傳送給專用信息處理裝置作進(jìn)一步加工的軟、硬件設(shè)備。由于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以快速獲取大量信息,而且易于自動(dòng)處理,和便于與加工控制信息集成,因此,在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中,人們將機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的特點(diǎn)是自動(dòng)、客觀、非接觸、精度高,可方便地提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺(jué)難以滿足要求的場(chǎng)合,常用機(jī)器視覺(jué)來(lái)替代人工視覺(jué);在大批量工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,用人工視覺(jué)檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高,用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。由于機(jī)器視覺(jué)易于實(shí)現(xiàn)信息集成,是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)之一??傊S著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)自身的成熟和發(fā)展,可以預(yù)計(jì)它將在現(xiàn)代和未來(lái)制造企業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

眾所周知,工業(yè)CT技術(shù)作為一種先進(jìn)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù),它不僅可以用于工件內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷的無(wú)損檢測(cè)、質(zhì)量評(píng)定、定性分析和判斷,還可以通過(guò)對(duì)工業(yè)CT圖像的測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)工件內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸和缺陷尺寸進(jìn)行測(cè)量和定量分析,測(cè)量精度高,可重復(fù)性好。近年來(lái),從定性檢測(cè)向定量測(cè)量方向發(fā)展是工業(yè)CT技術(shù)的一個(gè)重要研究方向,并且已取得了很大的進(jìn)展。但是,目前國(guó)內(nèi)外對(duì)工業(yè)CT圖像的測(cè)量大都還依賴于手工方法進(jìn)行,不僅測(cè)量的可重復(fù)性差而且測(cè)量精確度不高,越來(lái)越難以適應(yīng)大批量的圖像處理工作的需要。因此,文章結(jié)合工程實(shí)踐,文中針對(duì)手工測(cè)量存在的一些問(wèn)題,對(duì)工業(yè)CT圖像自動(dòng)測(cè)量方法作些探討,根據(jù)工業(yè)CT圖像的自身特點(diǎn)提出了一種基于邊緣提取的自動(dòng)測(cè)量方法。

2 Canny的邊緣檢測(cè)原理簡(jiǎn)介

通過(guò)工業(yè)CT機(jī)獲得大型金屬工件的斷層圖像,然后傳輸給中央管理系統(tǒng),系統(tǒng)利用圖像處理技術(shù),對(duì)獲取的圖片進(jìn)行分析,提取工件缺陷相關(guān)尺寸信息,存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中,供圖像分析系統(tǒng)對(duì)金屬或其它材料的基體組織、雜質(zhì)含量、組織成分、缺陷大小等進(jìn)行精確、客觀地分析,為產(chǎn)品質(zhì)量提供可靠的依據(jù)。

從信號(hào)采集角度考慮,透射被測(cè)工件的光子經(jīng)探測(cè)器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后,再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),在上述過(guò)程中,原工件不同材質(zhì)區(qū)域的邊緣[1],根據(jù)CT卷積反投影重建算法[2]中的點(diǎn)擴(kuò)散原理可知,真實(shí)邊界在數(shù)字圖中的邊緣范圍3個(gè)像素。

Canny把邊緣檢測(cè)問(wèn)題轉(zhuǎn)換為檢測(cè)單位函數(shù)極大值的問(wèn)題[3]。在高斯噪聲中,一個(gè)典型的邊緣代表一個(gè)階躍的強(qiáng)度變化。

(1) 一個(gè)好的邊緣檢測(cè)算子應(yīng)具有三個(gè)指標(biāo):

低失誤概率,既要少將真正的邊緣丟失,也要少將非邊緣判為邊緣;
高定位精度,檢測(cè)出的邊緣應(yīng)在真正的邊緣位置上;
對(duì)每個(gè)邊緣有唯一的響應(yīng),得到的邊緣為單像素寬。

(2) Canny提出了判定邊緣檢測(cè)算子的三個(gè)準(zhǔn)則[4]:

良好的信噪比:良好的信噪比準(zhǔn)則即將非邊緣點(diǎn)判為邊緣點(diǎn)的概率要低,將邊緣點(diǎn)判為非邊緣點(diǎn)的概率要低。信噪比的數(shù)學(xué)表達(dá)式:

(1)

其中,f(x)是邊界為[-ω,+ω]的濾波器脈沖響應(yīng),G(-x)代表邊緣函數(shù),σ是高斯噪聲的均方差,若信噪比大,則邊緣提取質(zhì)量好。

定位精度準(zhǔn)則。定位精度是指檢測(cè)出的邊緣點(diǎn)要盡可能在實(shí)際邊緣的中心。定位精度的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

(2)

其中,G'(x)和f'(x)分別表示G(x)和f(x)的一階導(dǎo)數(shù)。如果Localization值越大,那么表明邊緣定位精度就高。

單邊響應(yīng)準(zhǔn)則。即要保證單邊緣只有一個(gè)像素響應(yīng),檢測(cè)算子的脈沖響應(yīng)導(dǎo)數(shù)的零交叉點(diǎn)平均距離D(f')應(yīng)滿足f"(x)(為f(x)的二階導(dǎo)數(shù))

(3)

最后,Canny用泛函求導(dǎo)方法推導(dǎo)出高斯函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù),此即為該最佳函數(shù)的最好近似,計(jì)算方法簡(jiǎn)便。

3 Canny邊緣檢測(cè)算法

Canny算法實(shí)際采用雙門限方法實(shí)現(xiàn)邊緣提取,其中兩個(gè)門限分別為h1與h2。Canny建議h2為h1的2~3倍。算法流程如下[5]:
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