专利名称：金属板带表面图像背景标定方法
技术领域：
本发明涉及一种金属板带表面图像背景在线动态参照模型的建立方法，用于板带
表面质量检测系统，属于先进制造技术及设备领域。
背景技术：
在冶金行业加工行业，随着产能的不断提高，国内外对于产品表面质量检测的需 求不断增多，对于检测效果的要求越来越高。目前国内无论是对于引进的设备还是对于自 行研制的实验性检测设备，国内设计研发的主体设备均遇到对于检测目标的定位效果不是 很好，主要的原因是被检测对象背景容易受到材料类型、板型状况、环境干扰以及大量良性 附着物的影响。 对于工业实时现场的目标定位，传统方法一般都是以分析目标灰度异常特征作为 主要的线索，区别只是在于根据目标的不同，所选用的特征不同。
发明内容
本发明采用与传统以分析目标各种特征为基础进行缺陷定位完全不同的方法，提 出一种基于目标背景特征分析为基础的金属板带表面图像背景标定方法，该方法简单稳定 可靠，完全适用于在线检测系统的实时性要求，有效解决板带表面质量检测系统中的背景 参照问题。 金属板带表面图像背景标定方法，特点是首先，在图像上设定标志线，确定出矩
形，依次将所有平移标志线向矩形内部平移相同单位，即每次平移一个像素位置，平移k
次，得k个新矩形，计算每个矩形上像素点的方差；比较上述k+l个方差的大小，取出最小方
差所对应的矩形上的像素点作为背景标定的样本点； 计算用于背景标定的样本点的均值，得出背景代表值； 再利用相邻图像间的关系判断所求的背景代表值是否异常； 若出现异常值，则通过图像分割结果修正确定背景代表值； 最后利用确定的背景代表值对图像进行背景标定。 进一步地，上述的金属板带表面图像背景标定方法，对图像设定四条标志线，通过 平移标志线和方差最小化的方法定出用于反映图像的背景信息的矩形。 更进一步地，上述的金属板带表面图像背景标定方法，反映图像的背景信息的矩 形上取出用于标定背景的像素，极大的减少要处理的数据量的同时，又没有丢失多少图像 背景信息，实现容易。 更进一步地，上述的金属板带表面图像背景标定方法，通过反映图像的背景信息 的矩形上的像素点计算出的背景代表值标定图像背景，即以背景代表值确定出一个能量区 间表示图像背景模型。 再进一步地，上述的金属板带表面图像背景标定方法，找出其上像素值方差最小 的矩形，以矩形上像素均值作为图像的背景代表值。
再进一步地，上述的金属板带表面图像背景标定方法，能量区间是以背景代表值 为中心上下浮动一个百分位数的数值区间。 再进一步地，上述的金属板带表面图像背景标定方法，判断计算出的背景代表值 是否异常，判断方法是利用相邻图像背景间具有连续性和相似性的特点，判断当前背景代 表值是否落在相邻的前一个图像的背景能量区间内，若是，认为是正常的，否则，认为出现异常。 再进一步地，上述的金属板带表面图像背景标定方法，当出现异常值时，利用图像 分割的结果确定修正背景代表值；即出现异常值时，用异常值所对应的图像的相邻的前一 幅图像的背景代表值，对该幅图像进行背景和目标分割，若分割成功，则将当前异常值修正 为前幅图像的背景代表值，否则，不修正，认为实际上并没有出现异常。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在 本发明方法简单，相比较于传统的背景参照图像，极大减少了要处理的数据量，且 由于板带表面图像本身的特征，取出的像素点能够代表图像背景的性质，并没有丢失多少 图像背景信息；能对板带表面图像背景进行快速有效准确的标定，完全满足工程实时性要 求。同时本发明进一步利用相邻图像的信息，根据相邻图像背景的相似性特点判断背景代 表值的可信度，再根据图像分割结果确定最终的背景代表值，极大减小了背景标定的误差。
图1 :本发明所用的标志线； 图2 :本发明对异常值的判定和修正示意图； 图3 :标定原理整体框图。
具体实施例方式
本发明采用逆向思维的方法，从分析目标背景动态分布特征出发，构建出适用于 各种情况下的动态背景模型，能够实时更新在线材料背景参照，使得在选择图像分割算法 时即使使用最简单的相对浮动阈值分割算法，也能取得较为理想的分割效果，并且在对于 目标分割的总体时间上却赢得了巨大的优势。相比传统方法，有效提高了实时缺陷目标定 位效果和实时性，有效地解决了工业金属板带背景易受材料规格，检测位置、带料厚度以及 加工道次因素等影响，采集数据背景快速复杂变化等问题。 本发明技术方案，如图3所示，首先在图像上设定标志线l，确定一个矩形，依次将 所有平移标志线向矩形内部平移相同单位，即每次平移一个像素位置，平移k次，得k个新 矩形，计算每个矩形上像素点的方差；比较上述k+l个方差的大小，取出最小方差所对应的 矩形上的像素点作为背景标定的样本点2。计算用于背景标定的样本点的均值，得出背景代 表值3，以该值计算出表示背景模型的能量区间。再利用相邻图像间的关系判断所求的背景 代表是否异常4，对来的每一幅图像计算其背景代表值，得到一个背景代表值时间序列，判 断背景代表值时间序列是否有异常点；对异常点的值进行修正，若有异常点，则通过图像背 景和目标的分割结果判断异常点的取值，以此确定出该图像的背景代表值5。最后利用确定 的背景代表值对图像进行背景标定6。
具体实施包含以下详细步骤
(1)对图像设定标志线并用最小方差取出用于标定背景的样本点。 为了进行背景标定，本发明在图像上设定了四条标志线，构成一个矩形ABCD。平
行的两条标志线AB和CD与图像的边缘距离为p个像素点，AB和CD与图像的边缘距离为q
个像素点。四条标志线同时向矩形中心平移一个像素位置，则得到新的矩形，重复该步骤k
次，就得到k个新矩形，计算上述k+1个矩形边上的像素的方差，取最小方差所对应的矩形
上的点作为背景标定的样本点。根据需要，将标志线上所有的像素取出来，以等间隔的取出
其一部分像素，作为计算背景模型的样本点。
(2)求图像背景代表值和背景模型能量区间。 计算用于背景标定的样本点的均值d，将其作为该图像的背景代表值，以该值为中 心，上下波动n^ (n为整数)的数值区间[d(l-n%)， d(l+n%)]标定为背景模型的能量 区间。 (3)判断背景代表值是否是异常值。 计算每一幅图像的背景代表值，得到一个背景代表值时间序列{dp d2， d3，...，
dj ，其中d表示背景代表值，d的下标i表示第i幅图像。判断每个背景代表值是否落在前 一个图像背景能量区间内，若是，则认为该背景代表值是正常值，否则，认为该背景代表值 是该时间序列的一个异常值。
(4)通过图像分割结果修正异常值，以此确定出该图像的背景代表值。
假设当前异常点位置为第i幅图像，背景代表值为di，则用&与前一幅相邻图像 的背景代表值d卜工分别对第i幅图像进行分割，通过图像背景和目标的分割结果判断异常 点的取值，以此确定出该图像的背景代表值。 为了更好的理解本发明的技术方案，以下结合附图作进一步详细描述。
图1是本发明为取出具有代表性背景样本点而设计的四条标志线AB、CD、BC和DA， 四条标志线构成一个矩形。平行的两条标志线AB和CD与图像的边缘距离为p个像素点， AC和BD与图像的边缘距离为q个像素点。对于M*N大小的图像，标志线上的像素点的总数 为2 (M+N-2p-2q)，每向矩形内部平移一次标志线，矩形的每条边长减小两个单位，计算每个 矩形上的像素值的方差，取出最小方差所对应的矩形上像素作为背景标定的样本点。根据 需要，将矩形上所有的像素取出来，以沿着矩形边等间隔的取出其一部分像素，作为计算背 景模型的样本点。 取方差最小的矩形上的像素的灰度值的均值d作为该图像的背景代表值，再通过 该值计算出表示图像背景模型的能量区间，即以该值为中心，上下波动nX (n为整数)的数 值区间[d(l-n% )， d(l+n% )]标定为背景模型的能量区间。 图2是本发明对异常值的判定和修正示意图，对每一幅图像计算其背景代表值， 得到一个由背景代表值构成的时间序列{4， d2， d3， . . . ， cU 。 由于按时间排列的图像序列其背景具有连续性和极大的相似性，特别是对于同一 块板带或相同规格的板带，因此背景代表值所构成的时间序列中相邻元素之间具有极大的 相近性，甚至相等；如果序列中&在其前一幅图像的能量区间内，即& G [(1^(11%)， d卜Jl+n^)]，则认为背景代表值正常；如果《g[oU(l-"M),Kl + "e/。)]，则认为背景代表 值出现了异常；此时分别用&和d卜工作为第i幅图像的背景代表值，对该图像进行分割，取 分割成功的背景代表值作为第i幅图像最终的背景代表值，然后计算其背景能量区间，从
5而标定出背景。 本发明的方法的重要特征首先在于利用标志线和最小方差取出背景样本点，即降 低数据量又能反映图像的背景信息；其次利用样本均值定出背景代表值；最后，利用相邻 图像间的信息再一次确定背景代表值，标定出图像背景，以建立符合图像的背景模型，用于 实时图像处理应用系统。 以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用 等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
权利要求
金属板带表面图像背景标定方法，其特征在于首先，在图像上设定标志线，确定出矩形，依次将所有平移标志线向矩形内部平移相同单位，即每次平移一个像素位置，平移k次，得k个新矩形，计算每个矩形上像素点的方差；比较上述k+1个方差的大小，取出最小方差所对应的矩形上的像素点作为背景标定的样本点；计算用于背景标定的样本点的均值，得出背景代表值；再利用相邻图像间的关系判断所求的背景代表值是否异常；若出现异常值，则通过图像分割结果修正确定背景代表值；最后利用确定的背景代表值对图像进行背景标定。
2. 根据权利要求1所述的金属板带表面图像背景标定方法，其特征在于对图像设定 四条标志线，通过平移标志线和方差最小化的方法定出用于反映图像的背景信息的矩形。
3. 根据权利要求1所述的金属板带表面图像背景标定方法，其特征在于反映图像的 背景信息的矩形上取出用于标定背景的像素。
4. 根据权利要求1所述的金属板带表面图像背景标定方法，其特征在于通过反映图 像的背景信息的矩形上的像素点计算出的背景代表值标定图像背景，即以背景代表值确定 出 一个能量区间表示图像背景模型。
5. 根据权利要求4所述的金属板带表面图像背景标定方法，其特征在于找出其上像 素值方差最小的矩形，以矩形上像素均值作为图像的背景代表值。
6. 根据权利要求4所述的金属板带表面图像背景标定方法，其特征在于能量区间是 以背景代表值为中心上下浮动一个百分位数的数值区间。
7. 根据权利要求1所述的金属板带表面图像背景标定方法，其特征在于判断计算出 的背景代表值是否异常，判断方法是利用相邻图像背景间具有连续性和相似性的特点，判 断当前背景代表值是否落在相邻的前一个图像的背景能量区间内，若是，认为是正常的，否 则，认为出现异常。
8. 根据权利要求1所述的金属板带表面图像背景标定方法，其特征在于当出现异常 值时，利用图像分割的结果确定修正背景代表值。
9. 根据权利要求8所述的金属板带表面图像背景标定方法，其特征在于出现异常值 时，用异常值所对应的图像的相邻的前一幅图像的背景代表值，对该幅图像进行背景和目 标分割，若分割成功，则将当前异常值修正为前幅图像的背景代表值，否则，不修正，认为实 际上并没有出现异常。
全文摘要
本发明涉及金属板带表面图像背景标定方法，先对图像设定四条标志线，构成一个矩形，依次将所有的标志线同时向矩形中心平移一个像素，2个像素，直至k个像素，得到不同大小的k个矩形，计算上述k+1个不同矩形上的像素的方差，比较k+1个方差值的大小，取其中最小方差所对应的矩形上的像素作为背景标定的样本点；利用这些样本点求出该图像的背景能量参照基准值，也称背景代表值，以该值计算出表示背景模型的能量区间；再利用图像时间序列中相邻图像背景间的连续性和相似性特征判断背景代表值是否异常；最后通过图像背景和目标的分割结果确定最终的背景代表值，标定板带表面图像的背景。该方法满足在线检测系统的实时性要求，且其标定稳定可靠。
文档编号G06T7/00GK101706958SQ20091021293
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月11日 优先权日2009年11月11日
发明者李坤杰, 王龙, 罗新斌, 邢青青, 郑文胜, 黄秀琴 申请人:苏州有色金属研究院有限公司