專利名稱：缺陷孔圖像識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種缺陷孔圖像識(shí)別方法。
背景技術(shù)：
零件加工過(guò)程中，如焊接、鑄造、注塑等所形成的影響零件加工質(zhì)量的表面孔隙， 叫缺陷孔?，F(xiàn)有的缺陷孔如焊接表面針孔、鑄造表面氣孔的檢測(cè)方法主要還是依賴于人眼 的識(shí)別，對(duì)人眼無(wú)法辨認(rèn)的或者內(nèi)在的孔隙缺陷，主要有磁粉檢領(lǐng)U、滲透檢領(lǐng)U、超聲檢測(cè)以 及渦流檢測(cè)等方法，這些方法很操作繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種可在線檢測(cè)，精確度高、成本低的缺陷孔圖像識(shí)別方 法。 本發(fā)明的缺陷孔圖像識(shí)別方法，首先采用灰度圖像處理技術(shù)，根據(jù)缺陷孔圖像的 灰度值特征，即缺陷孔區(qū)域的灰度值與其表面周圍區(qū)域灰度值的存在差別，對(duì)缺陷孔進(jìn)行 初步判斷，并利用Matlab軟件中的regionprops()函數(shù)找出可能的缺陷孔的區(qū)域坐標(biāo)，然 后運(yùn)用三維數(shù)字圖像技術(shù)，根據(jù)缺陷孔在三維圖像中的數(shù)據(jù)特征，即缺陷孔區(qū)域在三維坐 標(biāo)(x，y，z)中的z值與其他區(qū)域的z值的差別，進(jìn)一步確定缺陷孔的存在，并分別運(yùn)用二維 和三維數(shù)字圖像處理技術(shù)計(jì)算缺陷孔的位置、大小和深度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷孔識(shí)別，達(dá)到 在線檢測(cè)零件加工表面質(zhì)量的目的。 本發(fā)明的缺陷孔圖像識(shí)別方法，所采用的系統(tǒng)包括三維激光掃描儀、報(bào)警器、控制 板卡、顯示器和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，三維激光掃描儀用于獲得被檢測(cè)表面的三維數(shù)字圖像信 息，三維激光掃描儀同時(shí)接收來(lái)自工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的指令，完成采集圖像數(shù)據(jù)的任務(wù)；報(bào)警 器通過(guò)控制板卡與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相連，當(dāng)實(shí)施系統(tǒng)檢測(cè)到缺陷孔存在時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)控制 板卡上的繼電器接通報(bào)警器電路，使報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)；顯示器從工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中接 受信號(hào)，用于顯示缺陷孔的相關(guān)數(shù)據(jù)及圖像信息。 所述的灰度圖像是由三維激光掃描儀獲得的三維圖像信息轉(zhuǎn)換成的灰度圖像。
所述的三維數(shù)字圖像信息中的高度值是指由三維激光掃描儀獲得的三維數(shù)據(jù)圖
像信息(x， y， z)中的z值，其中x， y分別為像素點(diǎn)的坐標(biāo)值。 所述的三維圖像信息中缺陷孔的高度值是指缺陷孔底部像素點(diǎn)高度值的平均值， 即三維數(shù)據(jù)信息(x，y，z)中的z值平均值Zk，其平均值Zk與缺陷孔表面周圍像素點(diǎn)的高度 值得平均值Zz的差值Dk，其中Zk、 Zz和Dk分別由下式計(jì)算得到
— in-l m—1 1 J-l A-l Z—t = —Z z = 了Z ;和Dk = Zz-Zk。 本發(fā)明的缺陷孔圖像識(shí)別方法，同時(shí)采用二維灰度圖像和三維數(shù)字圖像處理技 術(shù)，即首先利用灰度圖像找出缺陷孔的位置，即中心坐標(biāo)、缺陷孔區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)，并計(jì) 算缺陷孔的大小如面積、直徑等，然后利用三維數(shù)字圖像信息，通過(guò)比較缺陷孔區(qū)域的三維
3信息中的高度值(z值)的差別Dk，該差值是否大于設(shè)定的閥值，進(jìn)一步判斷缺陷孔的存在 與否。 本發(fā)明的缺陷孔圖像識(shí)別方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn) 1、缺陷孔監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確率更高，在二維圖像信息的缺陷孔監(jiān)測(cè)方法的基礎(chǔ)上，利用
三維數(shù)字圖像中的信息進(jìn)行判別，大大提高了判別的精確度； 2、同時(shí)采用二維和三維數(shù)字圖像技術(shù)實(shí)現(xiàn)缺陷孔的在線檢測(cè)，方法科學(xué)、合理、精 確； 3、實(shí)現(xiàn)了缺陷孔檢測(cè)的數(shù)據(jù)與信號(hào)的實(shí)時(shí)顯示與監(jiān)控；
4、所應(yīng)用的設(shè)備簡(jiǎn)單可靠，有成本優(yōu)勢(shì)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成框圖；
圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)主程序流程圖。
具體實(shí)施例方式
—種缺陷孔圖像識(shí)別方法，所采用的系統(tǒng)包括三維激光掃描儀1、報(bào)警器2、控制 板卡3、顯示器4及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)5，三維激光掃描儀1與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)5相連，三維激 光掃描儀1接受工業(yè)控制計(jì)算機(jī)5的指令采集被檢測(cè)對(duì)象的三維數(shù)字圖像信息，并將獲得 的圖像信息傳輸給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)5，報(bào)警器2通過(guò)控制板卡3與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)5相連， 當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到缺陷孔存在時(shí)，控制板卡3上的繼電器得電，接通報(bào)警器2，報(bào)警器2發(fā)出報(bào) 警，顯示器4與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)5相連，并從工業(yè)控制計(jì)算機(jī)5中接受信號(hào)，用于顯示缺陷 孔的相關(guān)數(shù)據(jù)和圖像信息。 對(duì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)5硬件要求PIII500以上的微型機(jī)及其兼容機(jī)，至少256M內(nèi) 存，推薦512M，至少2G的硬盤剩余空間，VGA、 SVGA及支持Windows 256色以上的圖形顯示 卡，本實(shí)施例采用研華IPC-610，操作系統(tǒng)為Windows XP，軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)為MATLAB 7。
程序存儲(chǔ)在工業(yè)計(jì)算機(jī)5的硬盤中，其主要作用是(1)對(duì)采集的三位數(shù)圖像轉(zhuǎn)換 為二維灰度圖像；(2)在二維灰度圖像中判斷缺陷孔的存在與否；(3)利用缺陷孔區(qū)域的三 維數(shù)字圖像信息計(jì)算缺陷孔的深度，如超過(guò)設(shè)定的閥值(該值可根據(jù)不同的精度要求進(jìn)行 設(shè)定，本實(shí)施例設(shè)定為2mm)，則最終確定為缺陷孔；(4)顯示輸出缺陷孔的存在的信號(hào)(如 本例直接在顯示器幕上設(shè)定的區(qū)域用紅色字體顯示"存在缺陷孔")及其相關(guān)信息(如位 置、大小等)；(5)通過(guò)控制板卡的繼電器控制報(bào)警器2的報(bào)警(接通報(bào)警器電路使其發(fā)出 報(bào)警信號(hào))。 缺陷孔圖像識(shí)別方法，包括以下幾個(gè)步驟 1、環(huán)境進(jìn)入被檢測(cè)狀態(tài)時(shí)，軟件初始化并開(kāi)始運(yùn)行； 2、三維激光掃描儀1按照設(shè)定的圖像采集參數(shù)采集圖像信息，并將圖像信息存入 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)5中； 3、將采集的三維圖像轉(zhuǎn)為二維灰度圖像，即根據(jù)缺陷孔所在區(qū)域的灰度值與其表 面區(qū)域灰度值的差異初步判斷缺陷孔是否存在，并用Matlab軟件中的label2rgb ()函數(shù)對(duì) 缺陷孔區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記；
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4、利用三維數(shù)字圖像信息，計(jì)算缺陷孔區(qū)域中的三維圖像信息(X， Y， Z)中的高度 (Z)值的平均值Zk與該缺陷孔區(qū)域周圍的三維圖像中的高度(Z)值的平均值(Zz)的差值 Dk，如果該差別大于設(shè)定的閥值Df(本例設(shè)定為2mm)，則認(rèn)為是缺陷孔，其中Zk、Zx和Dk分 別由下式計(jì)算得到
_ in-l m—1 — "J 乂一l A-l Z—4 = —J] ZZ,. ;Z—z = 了Z刀Z,鄰Dk = Zz_Zk。 5、根據(jù)確定為缺陷孔區(qū)域的二維數(shù)據(jù)圖像信息，計(jì)算缺陷孔的中心坐標(biāo)、面積、直 徑等參數(shù)，根據(jù)確定為缺陷孔區(qū)域的三維數(shù)據(jù)圖像信息，計(jì)算缺陷孔的深度，即Dk = Zz_Zk。
6、輸出缺陷孔實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果(報(bào)警，并輸出缺陷孔的位置、大小和深度等信息)。
權(quán)利要求
一種缺陷孔圖像識(shí)別方法，其特征在于首先采用灰度圖像處理技術(shù)，根據(jù)缺陷孔圖像的灰度值特征，即缺陷孔區(qū)域的灰度值與其表面周圍區(qū)域灰度值的存在差別，對(duì)缺陷孔進(jìn)行初步判斷，并利用Matlab軟件中的regionprops()函數(shù)找出可能的缺陷孔的區(qū)域坐標(biāo)，然后運(yùn)用三維數(shù)字圖像技術(shù)，根據(jù)缺陷孔在三維圖像中的數(shù)據(jù)特征，即缺陷孔區(qū)域在三維坐標(biāo)(x，y，z)中的z值與其他區(qū)域的z值的差別，進(jìn)一步確定缺陷孔的存在，并分別運(yùn)用二維和三維數(shù)字圖像處理技術(shù)計(jì)算缺陷孔的位置、大小和深度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷孔識(shí)別。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種缺陷孔圖像識(shí)別方法，其特征在于所采用的系統(tǒng)包括三 維激光掃描儀(1)、報(bào)警器(2)、控制板卡(3)、顯示器(4)及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(5)，三維激光 掃描儀(1)與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(5)相連，三維激光掃描儀(1)接受工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(5)的指 令采集被檢測(cè)對(duì)象的三維數(shù)字圖像信息，并將獲得的圖像信息傳輸給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(5)， 報(bào)警器(2)通過(guò)控制板卡(3)與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(5)相連，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到缺陷孔存在時(shí)，控 制板卡(3)上的繼電器得電，接通報(bào)警器(2)，顯示器()4與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(5)相連，并從 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(5)中接受信號(hào)，用于顯示缺陷孔的相關(guān)數(shù)據(jù)和圖像信息。
3. 如權(quán)利要求1所述的缺陷孔圖像識(shí)別方法，其特征在于包括下面步驟 (I)、環(huán)境進(jìn)入被檢測(cè)狀態(tài)時(shí)，軟件初始化并開(kāi)始運(yùn)行；(n)、三維激光掃描儀(1)按照設(shè)定的圖像采集參數(shù)采集圖像信息，并將圖像信息存 入工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(5)中；(III) 、將采集的三維圖像轉(zhuǎn)為二維灰度圖像，即根據(jù)缺陷孔所在區(qū)域的灰度值與其表 面區(qū)域灰度值的差異初步判斷缺陷孔是否存在，并用Matlab軟件中的label2rgb()函數(shù)對(duì) 缺陷孔區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記；(IV) 、利用三維數(shù)字圖像信息，計(jì)算缺陷孔區(qū)域中的三維圖像信息(X， Y， Z)中的高度 (Z)值的平均值Zk與該缺陷孔區(qū)域周圍的三維圖像中的高度(Z)值的平均值(Zz)的差值 Dk，如果該差別大于設(shè)定的閥值Df，則認(rèn)為是缺陷孔，其中Zk、 Zz和Dk分別由下式計(jì)算得 到<formula>formula see original document page 2</formula>(v)、根據(jù)確定為缺陷孔區(qū)域的二維數(shù)據(jù)圖像信息，計(jì)算缺陷孔的中心坐標(biāo)、面積、直徑等參數(shù)，根據(jù)確定為缺陷孔區(qū)域的三維數(shù)據(jù)圖像信息，計(jì)算缺陷孔的深度；(VI)、輸出缺陷孔實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果(報(bào)警，并輸出缺陷孔的位置、大小和深度等信息)。
全文摘要
一種缺陷孔圖像識(shí)別方法，首先采用灰度圖像處理技術(shù)，根據(jù)缺陷孔圖像的灰度值特征，對(duì)缺陷孔進(jìn)行初步判斷，并找出可能的缺陷孔的區(qū)域坐標(biāo)，然后運(yùn)用三維數(shù)字圖像技術(shù)，根據(jù)缺陷孔在三維圖像中的數(shù)據(jù)特征，進(jìn)一步確定缺陷孔的存在，并計(jì)算缺陷孔的位置、大小和深度等參數(shù)。本發(fā)明的缺陷孔圖像識(shí)別方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)缺陷孔監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確率更高，在二維圖像信息的缺陷孔監(jiān)測(cè)方法的基礎(chǔ)上，利用三維數(shù)字圖像中的信息進(jìn)行判別，大大提高了判別的精確度；同時(shí)采用二維和三維數(shù)字圖像技術(shù)實(shí)現(xiàn)缺陷孔的在線檢測(cè)，方法科學(xué)、合理、精確；實(shí)現(xiàn)了缺陷孔檢測(cè)的數(shù)據(jù)與信號(hào)的實(shí)時(shí)顯示與監(jiān)控；所應(yīng)用的設(shè)備簡(jiǎn)單可靠，有成本優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)G06K9/00GK101694472SQ20091018630
公開(kāi)日2010年4月14日 申請(qǐng)日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者郭厚焜, 郭震 申請(qǐng)人:郭震;