機器視覺(jué)在大型工件自動(dòng)探傷檢測中的應用

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

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1 引言

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)品將被攝取目標轉換成圖像信號，再傳送給專(zhuān)用信息處理裝置作進(jìn)一步加工的軟、硬件設備。由于機器視覺(jué)系統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，在現代自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，人們將機器視覺(jué)系統廣泛地用于工況監視、成品檢驗和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。機器視覺(jué)系統的特點(diǎn)是自動(dòng)、客觀(guān)、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)的危險工作環(huán)境或人工視覺(jué)難以滿(mǎn)足要求的場(chǎng)合，常用機器視覺(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。由于機器視覺(jué)易于實(shí)現信息集成，是實(shí)現計算機集成制造的基礎技術(shù)之一?？傊?，隨著(zhù)機器視覺(jué)技術(shù)自身的成熟和發(fā)展，可以預計它將在現代和未來(lái)制造企業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應用。

眾所周知，工業(yè)CT技術(shù)作為一種先進(jìn)的無(wú)損檢測技術(shù)，它不僅可以用于工件內部結構和缺陷的無(wú)損檢測、質(zhì)量評定、定性分析和判斷，還可以通過(guò)對工業(yè)CT圖像的測量來(lái)實(shí)現工件內部結構尺寸和缺陷尺寸進(jìn)行測量和定量分析，測量精度高，可重復性好。近年來(lái)，從定性檢測向定量測量方向發(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，目前國內外對工業(yè)CT圖像的測量大都還依賴(lài)于手工方法進(jìn)行，不僅測量的可重復性差而且測量精確度不高，越來(lái)越難以適應大批量的圖像處理工作的需要。因此，文章結合工程實(shí)踐，文中針對手工測量存在的一些問(wèn)題，對工業(yè)CT圖像自動(dòng)測量方法作些探討，根據工業(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)測量方法。

2 Canny的邊緣檢測原理簡(jiǎn)介

通過(guò)工業(yè)CT機獲得大型金屬工件的斷層圖像，然后傳輸給中央管理系統，系統利用圖像處理技術(shù)，對獲取的圖片進(jìn)行分析，提取工件缺陷相關(guān)尺寸信息，存儲在數據庫中，供圖像分析系統對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(guān)地分析，為產(chǎn)品質(zhì)量提供可靠的依據。

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

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

(1) 一個(gè)好的邊緣檢測算子應具有三個(gè)指標:

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，檢測出的邊緣應在真正的邊緣位置上;
對每個(gè)邊緣有唯一的響應，得到的邊緣為單像素寬。

(2) Canny提出了判定邊緣檢測算子的三個(gè)準則[4]:

良好的信噪比:良好的信噪比準則即將非邊緣點(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。信噪比的數學(xué)表達式：

(1)

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

定位精度準則。定位精度是指檢測出的邊緣點(diǎn)要盡可能在實(shí)際邊緣的中心。定位精度的數學(xué)表達式為:

(2)

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

單邊響應準則。即要保證單邊緣只有一個(gè)像素響應，檢測算子的脈沖響應導數的零交叉點(diǎn)平均距離D(f')應滿(mǎn)足f"(x)(為f(x)的二階導數)

(3)

最后，Canny用泛函求導方法推導出高斯函數的一階導數，此即為該最佳函數的最好近似，計算方法簡(jiǎn)便。

3 Canny邊緣檢測算法

Canny算法實(shí)際采用雙門(mén)限方法實(shí)現邊緣提取,其中兩個(gè)門(mén)限分別為h1與h2。Canny建議h2為h1的2～3倍。算法流程如下[5]: 透射電鏡相關(guān)文章:透射電鏡原理

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