機器視覺(jué)在布匹生產(chǎn)在線(xiàn)檢測系統應用

一、 布匹生產(chǎn)在線(xiàn)檢測概述

自動(dòng)檢測技術(shù)作為一種快速、實(shí)時(shí)、準確采集與處理信息的高新技術(shù)，已逐漸成為國民經(jīng)濟信息化、增強競爭力不可缺少的技術(shù)工具和手段。布匹在現代生產(chǎn)流水線(xiàn)上，需要判別出布匹的顏色是否合格、布匹上是否有雜質(zhì)及雜質(zhì)的數量。由于生產(chǎn)線(xiàn)運行速度較快，要求雜質(zhì)分辨直徑較小，用人工難以做到實(shí)時(shí)檢測，事后抽樣檢測效率低下，且抽檢后的產(chǎn)品仍然有存在瑕疵的可能。計算機的自動(dòng)化，正好適合于快速實(shí)時(shí)地檢測。布匹生產(chǎn)在線(xiàn)檢測系統正是基于機器視覺(jué)的技術(shù)，快速高效的檢測出布匹的顏色和存在的雜質(zhì)。機器視覺(jué)就是用機器代替人眼來(lái)做測量和判斷。機器視覺(jué)系統是指通過(guò)機器視覺(jué)產(chǎn)品(即圖像攝取裝置)將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專(zhuān)用的圖像處理系統，根據像素分布、亮度和顏色等信息，轉變成數字化信號;圖像系統對這些信號進(jìn)行各種運算來(lái)抽取目標的特征，進(jìn)而根據判別的結果來(lái)識別圖像的內容或控制現場(chǎng)的設備動(dòng)作。

二、項目要求

在布匹的生產(chǎn)過(guò)程中，像布匹質(zhì)量檢測這種有高度重復性和智能性的工作只能靠人工檢測來(lái)完成,在現代化流水線(xiàn)后面常?？煽吹胶芏嗟臋z測工人來(lái)執行這道工序,給企業(yè)增加巨大的人工成本和管理成本的同時(shí),卻仍然不能保證100 %的檢驗合格率(即“零缺陷”) 。對布匹質(zhì)量的檢測是重復性勞動(dòng)，容易出錯且效率低。

流水線(xiàn)進(jìn)行自動(dòng)化的改造，使布匹生產(chǎn)流水線(xiàn)變成快速、實(shí)時(shí)、準確、高效的流水線(xiàn)。在流水線(xiàn)上，所有布匹的顏色、及數量都要進(jìn)行自動(dòng)確認(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“布匹檢測”)?，F在采用機器視覺(jué)的自動(dòng)識別技術(shù)完成以前由人工來(lái)完成的工作。在大批量的布匹檢測中，用人工檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機器視覺(jué)檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。

三、項目方案

機器視覺(jué)是在沒(méi)有人工干預的情況下使用計算機來(lái)處理和分析圖像信息并作出結論。機器視覺(jué)的特點(diǎn)是自動(dòng)化、客觀(guān)、非接觸和高精度,與一般意義上的圖像處理系統相比,機器視覺(jué)強調的是精度和速度,以及工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境下的可靠性。

在機器視覺(jué)應用中，包括以下幾個(gè)過(guò)程：

圖像采集

通過(guò)光學(xué)系統，由相機采集圖像，圖像轉換成數字格式式并傳入計算機存儲器。

圖像處理

處理器運用不同的算法來(lái)處理對決策有重要影響的圖像要素，如對圖像進(jìn)行顏色辨識,面積、長(cháng)度測量，圖像增強，邊緣銳化，降噪等處理。

特性提取

處理器識別并量化圖像的關(guān)鍵特性，例如布匹的顏色和雜質(zhì)的形狀等等。然后這些數據傳送到控制程序。

判決和控制

處理器的控制程序根據收到的數據做出結論。例如：這些數據包括雜質(zhì)的直徑是否在要求規格之內或者布匹的顏色是否合格。

視覺(jué)系統一般包括：光源、光學(xué)系統、相機、圖像處理單元、圖像分析處理軟件、監視器、通訊/輸入輸出單元等。布匹檢測的機器視覺(jué)系統的組成如下圖所示。視覺(jué)系統的輸出是經(jīng)過(guò)運算處理之后的檢測結果——各種雜質(zhì)的數量。計算機系統實(shí)時(shí)獲得檢測結果后,指揮運動(dòng)系統或輸入輸出系統執行相應的控制動(dòng)作(如分選)。

下面就布匹檢測系統提出詳細方案設計說(shuō)明書(shū):

圖像處理軟件

機器視覺(jué)系統中，視覺(jué)信息的處理技術(shù)主要依賴(lài)于圖像處理方法，它包括圖像增強、數據編碼和傳輸、平滑、邊緣銳化、分割、特征抽取、圖像識別與理解等內容。經(jīng)過(guò)這些處理后，輸出圖像的質(zhì)量得到相當程度的改善，既改善了圖像的視覺(jué)效果，又便于計算機對圖像進(jìn)行分析、處理和識別。

特征提取辨識

一般布匹檢測(自動(dòng)識別)先利用高清晰度、高速攝像鏡頭拍攝標準圖像，在此基礎上設定一定標準;然后拍攝被檢測的圖像，再將兩者進(jìn)行對比。但是在布匹質(zhì)量檢測工程中要復雜一些：

1. 圖像的內容不是單一的圖像，每塊被測區域存在的雜質(zhì)的數量、大小、顏色、位置不一定一致。

2. 雜質(zhì)的形狀難以事先確定。

3. 由于布匹快速運動(dòng)對光線(xiàn)產(chǎn)生反射，圖像中可能會(huì )存在大量的噪聲。

4. 在流水線(xiàn)上，對布匹進(jìn)行檢測，有實(shí)時(shí)性的要求。

由于上述原因，圖像識別處理時(shí)應采取相應的算法，提取雜質(zhì)的特征，進(jìn)行模式識別，實(shí)現智能分析。

我們使用德國Stemmer公司的機器視覺(jué)軟件開(kāi)發(fā)包-CVB中的color、blob工具，它適合于開(kāi)發(fā)顏色模式識別和斑點(diǎn)的檢測。

Color檢測

一般而言，從彩色CCD相機中獲取的圖像都是RGB圖像。也就是說(shuō)每一個(gè)像素都由紅(R)綠(G)籃(B)三個(gè)成分組成，來(lái)表示RGB色彩空間中的一個(gè)點(diǎn)。問(wèn)題在于這些色差不同于人眼的感覺(jué)。即使很小的噪聲也會(huì )改變顏色空間中的位置。所以無(wú)論我們人眼感覺(jué)有多么的近似，在顏色空間中也不盡相同?；谏鲜鲈?，我們需要將RGB像素轉換成為另一種顏色空間CIELAB。目的就是使我們人眼的感覺(jué)盡可能的與顏色空間中的色差相近。

Blob檢測

根據上面得到的處理圖像，根據需求，在純色背景下檢測雜質(zhì)色斑，并且要計算出色斑的面積,以確定是否在檢測范圍之內。因此圖像處理軟件要具有分離目標，檢測目標，并且計算出其面積的功能。

Blob分析(Blob Analysis)是對圖像中相同像素的連通域進(jìn)行分析，該連通域稱(chēng)為Blob。經(jīng)二值化(Binary Thresholding)處理后的圖像中色斑可認為是blob。Blob分析工具可以從背景中分離出目標，并可計算出目標的數量、位置、形狀、方向和大小，還可以提供相關(guān)斑點(diǎn)間的拓撲結構。在處理過(guò)程中不是采用單個(gè)的像素逐一分析，而是對圖形的行進(jìn)行操作。圖像的每一行都用游程長(cháng)度編碼(RLE)來(lái)表示相鄰的目標范圍。這種算法與基于象素的算法相比，大大提高處理速度。

結果處理和控制

應用程序把返回的結果存入數據庫或用戶(hù)指定的位置，并根據結果控制機械部分做相應的運動(dòng)。

根據識別的結果，存入數據庫進(jìn)行信息管理。以后可以隨時(shí)對信息進(jìn)行檢索查詢(xún)，管理者可以獲知某段時(shí)間內流水線(xiàn)的忙閑，為下一步的工作作出安排;可以獲知近期內布匹的質(zhì)量情況等等。

四、用戶(hù)界面及操作

項目要求利用機器視覺(jué)技術(shù)，智能的識別出流水線(xiàn)上布匹的所有雜質(zhì)以及它們的數量、大小。根據項目要求，我們設計如下：

(1)圖像顯示區：實(shí)時(shí)的顯示由相機采集的彩色圖像，系統根據當前的圖像內容實(shí)時(shí)的識別布匹信息。

(2)信息顯示區：把圖像的內容——各種雜質(zhì)的數量實(shí)時(shí)的顯示到表格里。系統當前狀態(tài)(如：實(shí)時(shí)檢測，停止檢測，觸發(fā)信號狀態(tài))實(shí)時(shí)的顯示在狀態(tài)顯示欄中，以便于操作人員了解系統狀態(tài)。

(3)信息管理區：管理人員可隨時(shí)查看流水線(xiàn)的統計信息。操作人員可以靈活的配置系統的配置信息(如：數據庫的配置，控制模塊通訊配置，識別參數的校正)。權限管理控制系統使用者的操作權限，例如：只有高級操作人員才能對系統信息進(jìn)行配置;只有擁有相應權限的人員才能查看統計信息。

五、布匹顏色學(xué)習工具

我們開(kāi)發(fā)了布匹顏色學(xué)習工具，此工具界面友好，操作簡(jiǎn)單。

布匹顏色學(xué)習工具

一種顏色應該提供多個(gè)模板圖像進(jìn)行訓練，這樣可以提高識別的能力。學(xué)習完畢后要保存成CLF文件，以后模式識別就按照保存特征進(jìn)行識別。

六、總結

視覺(jué)系統涉及到光學(xué)和圖像處理算法，本身就是高度專(zhuān)業(yè)化的產(chǎn)品，尤其在整個(gè)識別控制系統中，還要與運動(dòng)控制系統配合完成后續操作。在本項目的視覺(jué)系統中提取識別對象顏色特征值，然后采用模式識別的方法，識別出不合格區域然后使用斑點(diǎn)分析判斷是否為雜質(zhì)。同時(shí)提到了整個(gè)系統中各個(gè)部件的選擇和用戶(hù)界面的設計。

總之，應用機器視覺(jué)系統能夠大幅降低檢驗成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，加快生產(chǎn)速度和效率。對于現代化企業(yè)來(lái)說(shuō)，意識到技術(shù)發(fā)展的趨勢并首先付諸實(shí)施者無(wú)疑將走在競爭的前列。