专利名称：模拟人类视觉感知机理的铜带表面缺陷辨识装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟人类视觉感知机理的铜带表面缺陷辨识装置及方法，属于图像处理和人工智能领域。
背景技术：
铜带是铜加工材料中的中药品种之一，不仅在电子、电气、通讯、仪表仪器、交通运输和机械制造等领域中应用广泛，而且如今新兴的产业，如现代通讯、电子和半导体产业的发展，使铜带的需求量剧增。在铜带的生产过程中，由于种种原因会使铜带表面产生一些缺陷。这些缺陷虽小，却是潜在的隐患，能引发严重的生产事故。由此，发现并消除铜带表面的缺陷成为人们日益关注的问题。目前在国内市场上，铜带的生产厂家采用的大多是人工目测的方法来完成其检测的工作，这种方法存在严重的缺陷，首先是其工作效率低，其次是这种方法的劳动强度比较大，最主要的是由于受人员技术素质、经验和肉眼分辨率等主观因素的影响，使得这种方式缺乏规范化与准确性。由此变引发了对自动缺陷检测系统的研究。随着神经科学、计算机神经科学和解剖学的发展，人类视觉感知系统的研究不断深入。计算机视觉的兴起使得铜带表面缺陷的检测能够更加快速与准确。其主要原理是利用计算机来模拟仿真人眼的功能，采用自动化与智能化技术获取物体的图像，它可以只具有很少的人工干预就完成，整个过程通过计算机识别和控制，所以具有比较大的优越性，其优点有测量速度快、非接触、自动化程度高、精度高等。计算机视觉涉及的领域也十分广泛，包含了图像处理的绝大部分内容，比如说图像的增强、图像的恢复、模式的识别等等；其实在高层的视觉分析内容中它也涉及了很多，如边缘提取、图像分割、图像纹理分析等。在不少学科的研究目标中也涉及到了计算机视觉。然而，基于机器视觉的铜带表面缺陷分析如今发展的还不是很完备，所以铜带表面的缺陷检测仍丨日是备受人们关注的问题。
发明内容
发明目的:为了克服目前对于铜带表面缺陷的识别率、缺陷检测的精度、识别速度和准确度以及存储铜带表面信息等方面的不足，本发明提供一种模拟人类视觉感知机理的铜带表面缺陷辨识装置及方法，主要特点是识别率比较高、并且识别的速度与精度都很高。本发明采用的技术方案是:一种模拟人类视觉感知机理的铜带表面缺陷辨识装置，包括采集单元、照明单元、感兴趣区域预处理装置、硬件处理模块、主计算机、监测终端；所述采集单元、感兴趣区域预处理装置、硬件处理模块、主计算机、监测终端依次连接；所述照明单元与硬件处理模块相连接；
所述采集单元包括红外线图像传感器、可见光图像传感器、激光图像传感器和视频图像采集卡；所述红外线图像传感器、可见光图像传感器、激光图像传感器均与视频图像采集卡相连，所述视频图像采集卡设置有采集卡驱动程序接口模块；所述视频图像采集卡与感兴趣区域预处理装置相连；所述照明单元包括照明装置和照明驱动模块，所述照明装置通过照明驱动模块与硬件处理模块相连接；所述监测终端包括服务器、打印机、硬盘、人机交互界面，所述服务器与主计算机相连接，所述打印机、硬盘、人机交互界面分别与服务器相连。前述的一种模拟人类视觉感知机理的铜带表面缺陷辨识装置，其特征在于:还包括紧急报警系统，所述紧急报警系统与视频图像采集卡相连接。前述的一种模拟人类视觉感知机理的铜带表面缺陷辨识装置，所述采集卡驱动程序接口模块包括实时采集系统模块和ROI预处理模块。基于上述的辨识装置的一种模拟人类视觉感知机理的铜带表面缺陷辨识方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤(I):图像采集:利用采集单元进行图像信息的采集与融合；步骤(2):图像处理:将步骤(I)中采集与融合后的信息进行图像处理，包括:实时处理、预处理、图像增强、滤波处理、图像分割和边缘检测；步骤(3):缺陷分类:首先将图像看成像素点集合，并进行邻接与连通，然后采用连通判别法进行区域标记，之 后进行特征参数提取，并且将灰度值统计、几何特征以及矩特征作为模式分类系统的输入向量；
步骤(4):终端显示:通过主计算机与服务器相连将图像信息输出到人机交互界面、硬盘和打印机上，实现人机界面，存储与打印。前述的模拟人类视觉感知机理的铜带表面缺陷辨识方法，其特征在于，所述步骤
(1)利用采集单元进行图像信息的采集与融合的方法具体为进行图像信息的采集，经过图像的模糊处理和用小波变换使采集到的图像信息进行融合后得到图像的高精度融合信息。前述的模拟人类视觉感知机理的铜带表面缺陷辨识方法，其特征在于，步骤
(2)中所述图像增强是指:采用二次曲面拟合的方式对光照不均匀性进行校正，将光照不均匀模型简单化处理，不考虑各行中噪声的差异，设任意一行像素的点列为KU)}i=0, I,…，4095，其中Xi为像素的行方向位置，Yi为灰度值；二次拟合曲线的数学模型采用简单抛物线模型WiZax^+bx+c,其中，a、b、c为实数；利用最小二乘法建立目标函数(I):
权利要求
1.一种模拟人类视觉感知机理的铜带表面缺陷辨识装置，包括采集单元、照明单元、感兴趣区域预处理装置、硬件处理模块、主计算机、监测终端；所述采集单元、感兴趣区域预处理装置、硬件处理模块、主计算机、监测终端依次连接；所述照明单元与硬件处理模块相连接; 所述采集单元包括红外线图像传感器、可见光图像传感器、激光图像传感器和视频图像采集卡； 所述红外线图像传感器、可见光图像传感器、激光图像传感器均与视频图像采集卡相连，所述视频图像采集卡设置有采集卡驱动程序接口模块； 所述视频图像采集卡与感兴趣区域预处理装置相连；所述照明单元包括照明装置和照明驱动模块，所述照明装置通过照明驱动模块与硬件处理模块相连接； 所述监测终端包括服务器、打印机、硬盘、人机交互界面，所述服务器与主计算机相连接，所述打印机、硬盘、人机交互界面分别与服务器相连。
2.根据权利要求1所述的一种模拟人类视觉感知机理的铜带表面缺陷辨识装置，其特征在于:还包括紧急报警系统，所述紧急报警系统与视频图像采集卡相连接。
3.根据权利要求1所述的一种模拟人类视觉感知机理的铜带表面缺陷辨识装置，所述采集卡驱动程序接口模块包括实时采集系统模块和ROI预处理模块。
4.一种模拟人类视觉感知机理的铜带表面缺陷辨识方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤(I):图像采集:利用采集单元进行图像信息的采集与融合； 步骤(2):图像处理:将步骤(1)中采集与融合后的信息进行图像处理，包括:实时处理、预处理、图像增强、滤波处理、图像分割和边缘检测； 步骤(3):缺陷分类:首先将图像看成像素点集合，并进行邻接与连通，然后采用连通判别法进行区域标记，之后进行特征参数提取，并且将灰度值统计、几何特征以及矩特征作为模式分类系统的输入向量； 步骤(4):终端显示:通过主计算机与服务器相连将图像信息输出到人机交互界面、硬盘和打印机上，实现人机界面，存储与打印。
5.根据权利要求4所述的模拟人类视觉感知机理的铜带表面缺陷辨识方法，其特征在于，所述步骤(I)利用采集单元进行图像信息的采集与融合的方法具体为进行图像信息的采集，经过图像的模糊处理和用小波变换使采集到的图像信息进行融合后得到图像的高精度融合信息。
6.根据权利要求4所述的模拟人类视觉感知机理的铜带表面缺陷辨识方法，其特征在于，步骤(2)中所述图像增强是指:采用二次曲面拟合的方式对光照不均匀性进行校正，将光照不均匀模型简单化处理，不考虑各行中噪声的差异，设任意一行像素的点列为KXiJiMi=O, 1，…，4095，其中Xi为像素的行方向位置，Yi为灰度值；二次拟合曲线的数学模型采用简单抛物线模型:yi=aXi2+bX+c，其中，a、b、c为实数；利用最小二乘法建立目标函数(1):
7.根据权利要求4所述的模拟人类视觉感知机理的铜带表面缺陷辨识方法，其特征在于，步骤(2)所述图像分割是指:将图像分成相互之间没有重叠的区域，并提取出感兴趣的区域的目标和技术的过程；将铜带表面缺陷图像与铜带的背景、不同区域的便面缺陷等分割开；采用直接阈值法进行图像分割，对于铜带表面图像。
8.根据权利要求4所述的模拟人类视觉感知机理的铜带表面缺陷辨识方法，其特征在于，步骤(2)所述边缘检测是指:采用的是LOG算子进行边缘检测，LOG算子是采用滤波方法，包括以下步骤，(1)采用高斯函数对图像进行平滑处理；(2)采用拉普拉斯算子 ，根据二阶导数的过零点来检测图像的边界。
全文摘要
本发明公开了一种模拟人类视觉感知机理的铜带表面缺陷辨识装置及方法，能够识别铜带再生产和储运过程中表面可能产生的各种缺陷如凹陷、划痕、油污、毛边、缺口等，提高了铜带表面的缺陷检测和分类能力，并且提高了识别的精确度和速度，也有很高的效率。不但能满足当前企业对铜带表面信息检测的需求，而且诸如钢板等其他材料的表面检测也适用，且满足了企业对铜带表面缺陷信息检测以及存储的需求，并且在其他材料的缺陷检测同样适用，具有广阔的应用前景和市场价值。
文档编号G01N21/88GK103091330SQ20131000980
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月11日 优先权日2013年1月11日
发明者张学武, 孙晓丹, 周卓贇, 周嵩人, 李苇, 孙浩, 李敏, 张卓, 徐海燕, 奚吉, 梁瑞宇, 林善明, 范新南 申请人:河海大学常州校区