本發(fā)明涉及圖像識別和燃料電池膜電極生產(chǎn)制造領(lǐng)域，具體涉及一種基于圖像的氣體擴散層密封膠線完整度識別判定方法。

背景技術(shù)：

1、燃料電池作為有潛力的小型氫能消納與能量轉(zhuǎn)化裝置，在汽車、航運、固定發(fā)電裝置等多領(lǐng)域展示出了巨大的應(yīng)用潛力。膜電極是燃料電池的主要能量轉(zhuǎn)換場所，是由質(zhì)子交換膜、催化層、氣體擴散層緊密貼合而成薄層多孔結(jié)構(gòu)。涂布有催化劑的質(zhì)子交換膜脆弱且易皺，需要外部支撐保持憑證的機械結(jié)構(gòu)。同時，膜電極漏氣是燃料電池電堆的重要評價指標(biāo)，膠水的密封能夠有效避免漏氣。使用膠線對氣體擴散層合理密封能夠有效解決以上迫切需求。

2、氣體擴散層是燃料電池的重要組成部件，起到結(jié)構(gòu)支撐以及傳熱傳質(zhì)的作用。使用完整閉合的密封膠線實現(xiàn)氣體擴散層與質(zhì)子交換膜的有效貼合，能夠起到有效固定質(zhì)子交換膜的外形，提升燃料電池膜電極的密封性的作用。實際生產(chǎn)中，膠線涂布不均是影響碳紙貼合程度的重要因素之一，同時也是氣體擴散層廢棄率增加的重要原因。

3、圖像處理是近年來快速發(fā)展的技術(shù)，圖像信號獲取簡便，且處理難度低、處理速度快，已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域總獲得了廣泛應(yīng)用。比如，公開號為cn111600051a的專利申請公開了一種基于圖像處理的質(zhì)子交換膜燃料電池故障診斷方法，包括：從不同pemfc系統(tǒng)中獲取一維水淹和脫水故障電壓數(shù)據(jù)；將一維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二維圖像；從二維圖像中提取圖像灰度下降速率和像素灰度向上波動比率兩種圖像特征；利用k-means聚類算法對圖像特征進行分類診斷。該申請可以將電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像之后，圖像像素值范圍大，變化明顯，容易提取特征進行區(qū)分，故障診斷具有更高精確性。再比如，張思祥等人提出了一種基于圖像分析檢測熱電池裝配缺陷的方法：通過對熱電池的標(biāo)準(zhǔn)單體電池和缺陷單體電池進行分析，以熱電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征自對比實現(xiàn)對熱電池內(nèi)單體電池的整體倒裝，單體電池漏裝集流片，裝配次序錯誤進行檢測，建立了一個無損檢測系統(tǒng)。利用模板匹配將x射線儀拍攝的電池圖片中的電池堆部分進行分割，對電池堆不同位置進行豎向掃描產(chǎn)生灰度與位置的波形圖，通過自身的對比以及多位置的結(jié)構(gòu)特征參數(shù)進行缺陷判斷。最終對無損電池檢測正確率為94％，缺陷電池檢出準(zhǔn)確率為96％。(張思祥，王哲，張鵬，等.基于圖像分析的熱電池缺陷無損檢測方法[j].傳感器與微系統(tǒng)，2021，40(6)：4.)

4、基于圖像識別的燃料電池零部件檢測手段仍較少，這方面有較大的應(yīng)用空間。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了增強燃料電池膜電極整體密封的可靠性，為彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，準(zhǔn)確識別膠線涂布不完整的氣體擴散層，本發(fā)明提出一種基于圖像識別的氣體擴散層密封膠線完整度判定方法，通過算法實現(xiàn)氣體擴散層圖像中膠線長度和角度等特征的提取，利用提取后的參數(shù)，判別膠線的分布情況。該方法操作簡單，測量出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，計算速度快，能夠有效監(jiān)測氣體擴散層膠線的缺陷。

2、本發(fā)明可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供了一種基于圖像的氣體擴散層密封膠線完整度識別判定方法，首先將完成膠線涂布的氣體擴散層放置于固定工位上，使用經(jīng)過參數(shù)標(biāo)定的攝像頭拍攝膠線圖片，將經(jīng)過預(yù)處理的圖片作為圖像識別模型的輸入，對roi(region?ofinterest，目標(biāo)區(qū)域)內(nèi)的圖像使用大津法選取合適的灰度閾值，再使用灰度閾值法、canny邊緣識別、概率霍夫變換方法識別膠線的具體位置，最后計算特征區(qū)域面積占總面積的百分比，用于判定膠線涂布是否符合要求，具體包括以下步驟：

4、(1)固定相機和工位的相對位置，保證相機能夠?qū)⒐の簧系臍怏w擴散層完全拍攝入圖像中，并對相機進行正畸標(biāo)定；

5、(2)對工位上的噴涂有密封膠線的氣體擴散層拍攝圖像，劃定圖像中屬于氣體擴散層的目標(biāo)區(qū)域；

6、(3)針對所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的像素，使用大津法選取灰度閾值，根據(jù)亮度的不同劃分出密封膠線和氣體擴散層；

7、(4)使用概率霍夫變換法識別出每一側(cè)密封膠線的起始點和終止點，兩端分別為起始點和終止點的密封膠線識別為一根，計算各密封膠線合圍區(qū)域的有效封裝面積；

8、(5)以密封膠線完整的氣體擴散層中密封膠線的有效封裝面積為基準(zhǔn)，計算步驟(4)中有效封裝面積與標(biāo)準(zhǔn)封裝面積的比例，將該比例作為密封膠線涂布合格率判別標(biāo)準(zhǔn)。

9、優(yōu)選的，步驟(1)中，對相機進行正畸標(biāo)定使用的方法為張正友標(biāo)定法。

10、具體的，根據(jù)以下步驟實現(xiàn)相機正畸標(biāo)定：

11、步驟s11：選取黑白相間的矩形棋盤格作為標(biāo)定物，其中，棋盤格內(nèi)色塊大小均勻，黑白色塊有序間隔分布；

12、步驟s12：使用所述相機拍攝至少3張標(biāo)定物在不同空間位置、不同位姿的照片，標(biāo)定物完整包含于照片中；

13、步驟s13：識別棋盤格的內(nèi)部特征點，計算相機的內(nèi)參以及外參矩陣；

14、步驟s14：利用內(nèi)參矩陣實現(xiàn)相機照片的正畸，利用外參矩陣確定相機的空間位姿。

15、進一步地，所述工位附近還設(shè)有用于對工位處進行補光的外光源；

16、步驟(2)中，拍攝圖像前，調(diào)整外光源的位置使相機拍攝的圖像中密封膠線和氣體擴散層的亮度差異明顯。

17、優(yōu)選的，步驟(2)中，在劃定目標(biāo)區(qū)域前先將圖像轉(zhuǎn)為灰度圖像。

18、將圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖，采用以下公式計算圖像的灰度值：

19、對于rgb類型的8bit位深圖片，圖像中存在紅色、藍色、綠色三個顏色通道，為了將rgb彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像，需要對圖像中rgb三個通道的亮度值取平均。rgb三通道的亮度值分別記為lr、lb、l，則灰度值lgray的計算方式如下：

20、

21、進一步地，步驟(3)中，使用大津法選取灰度閾值時，具體步驟如下：

22、步驟s31：計算灰度直方圖及類間方差：

23、步驟s311：統(tǒng)計目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的像素分布灰度直方圖：

24、對于一個8位灰度圖像，灰度值范圍為0到255，圖像的總像素數(shù)記為n，則灰度值為i的像素頻率p(i)為：

25、

26、其中n(i)是灰度值為i的像素數(shù)量；

27、步驟s312：計算總平均灰度值μ(g)，計算公式為：

28、

29、步驟s313：遍歷可能的灰度閾值t：

30、將圖像中的灰度值分為大于t和小于等于t的兩類，兩個類的權(quán)重值w1(t)、w2(t)以及平均灰度值μ1(t)、μ2(t)計算方法如下：

31、

32、w2(t)＝1-w1(t)，

33、

34、步驟s314：計算類間方差

35、

36、步驟s32：選取最大類間方差對應(yīng)的灰度值，將其作為灰度閾值lthresh，將圖像中的像素二值化，計算目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的像素值lpixel，使用如下方法計算：

37、

38、更具體的，步驟(4)中，使用概率霍夫變換法識別出每一側(cè)密封膠線的起始點和終止點時，具體步驟包括：

39、步驟s41：將目標(biāo)區(qū)域外的所有像素變?yōu)楹谏袼兀?/p>

40、步驟s42：識別圖像中的密封膠線，得到密封膠線的起始點和終止點坐標(biāo)，并區(qū)分識別出的密封膠線所在位置。

41、再進一步地，計算各密封膠線合圍區(qū)域的有效封裝面積時，先確定識別出的密封膠線對應(yīng)的外包四邊形的四個頂點位置；然后計算外包四邊形的中心點，將中心點與所有已經(jīng)識別出的密封膠線的起始點和終止點進行連接，形成若干個三角形，計算所有三角形面積的加和，即為有效封裝面積。

42、優(yōu)選的，步驟(5)中，有效封裝面積與標(biāo)準(zhǔn)封裝面積的比例大于98％，則判定密封膠線涂布合格。

43、本發(fā)明還提供了一種基于圖像的氣體擴散層密封膠線完整度識別判定裝置，包括：

44、拍攝單元，用于拍攝工位上噴涂有密封膠線的氣體擴散層的圖像；

45、圖像處理單元，用于將拍攝單元拍攝的圖像作為圖像識別模型輸入，劃定圖像中屬于氣體擴散層的目標(biāo)區(qū)域，并對針對所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的像素，使用大津法選取灰度閾值，根據(jù)亮度的不同劃分出密封膠線和氣體擴散層，并識別出每一側(cè)密封膠線的起始點和終止點；

46、計算單元，用于計算各密封膠線合圍區(qū)域的有效封裝面積，將兩端分別為起始點和終止點的密封膠線識別為一根；以密封膠線完整的氣體擴散層中密封膠線的有效封裝面積為基準(zhǔn)，計算有效封裝面積與標(biāo)準(zhǔn)封裝面積的比例；

47、結(jié)果輸出單元，用于輸入計算單元中的計算結(jié)果并判定，輸出密封膠線涂布是否合格的判定結(jié)果。

48、本發(fā)明的有益效果：

49、(1)通過圖像識別與處理方法，針對氣體擴散層的膠線涂布情況進行識別，識別膠線涂布不均情況，為膠線的涂布檢驗提供了檢驗手段，克服了膠線完整度檢驗自動化程度低的問題；

50、(2)通過提出膠線有效涂布面積的概念，提供了膠線涂布效果的量化評價方法，克服了人工檢驗標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題。