基于二值化阈值自动搜索的磁光成像缺陷检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于磁光成像无损缺陷检测技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于二值 化阈值自动搜索的磁光成像缺陷检测方法。
【背景技术】
[0002] 表面和亚表面缺陷一直是现在研究的热点，特别是亚表面缺陷的检测。现在的无 损检测方式有超声法、电磁涡流法、射线法和红外热成像法等，这些方法在一定的程度上都 可以检测到缺陷，但是对于小缺陷，这些方法都很难达到检测目的。磁光成像作为新发展 的无损检测技术，具有检测精度高，对缺陷灵敏，特别是对亚表面缺陷有很好的检测效果。 另外一个优秀的特点是其检测结果可以直接用于观测，极大地方便了人员对缺陷的可视能 力。
[0003] 目前，磁光成像检测处在初级发展阶段，大部分研究都是针对图像本身的特点进 行可视化和缺陷的强化工作。但是对于怎么处理检测过程产生的磁畴光斑和检测产生的光 流干扰一直很少有研究。由于磁畴光斑和光流干扰产生的图像效果几乎和缺陷的一模一 样，这样就需要特定算法来滤除这些斑点的干扰。现有的一些滤除方式多是像素级的滤波 方法和基于模式识别的滤除方法，由于干扰光斑大小为像素的百倍大，且没有固定的形状， 这使得这两种方法很难直接滤除他们。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于二值化阈值自动搜索的磁 光成像缺陷检测方法，自动搜索最佳的二值化阈值，从而准确地实现缺陷检测。
[0005] 为实现上述发明目的，本发明基于二值化阈值自动搜索的磁光成像缺陷检测方法 包括以下步骤：
[0006] S1 :采用磁光成像装置获取试件的磁光图像，进行灰度化处理得到磁光灰度图；
[0007] S2 :对磁光灰度图进行均值滤波，得到滤波后图像I;
[0008] S3 :搜索二值化阈值，其具体步骤如下：
[0009]S3. 1:搜索得到图像I中所有像素点像素值中的最大值记为G，设置最大填充像素 值K=λG，λ为大于1的常数；
[0010] S3. 2 :令填充次数t= 1，初始化填充高度值h1;
[0011] S3. 3 :根据高度值ht对图像I进行填充，得到填充后矩阵Φ，其公式如下：
[0012] Φ=ht ·Η-Ω
[0013] 其中，Ω是图像I的像素值矩阵，Η是与Ω大小相同的单位矩阵；
[0014]S3. 4:对矩阵Φ中每个像素点进行扫描，得到矩阵Φ中元素值大于等于0的像素 点数量，将像素点数量保存为填充面积S(t);
[0015]S3. 5:如果ht<K，进入步骤S3. 6,否则进入步骤S3. 7;
[0016] S3. 6 :令t=t+1，ht=ht片Δh，Δh表示填充高度步长，返回步骤S3. 3 ;
[0017]S3. 7:根据每次填充高度ht与对应的填充面积S(t)进行曲线拟合，得到填充面积 相对于填充高度的变化曲线X;
[0018]S3. 8:搜索得到曲线X中填充面积增长率最大处所对应的填充高度/7'令二值化 阈值:r=pl，「]表示向上取整；
[0019]S4:根据步骤S3搜索得到的二值化阈值T对图像I进行二值化，得到二值化磁光 图像；
[0020]S5:对二值化磁光图像进行轮廓检测，得到各个斑点的轮廓；
[0021] S6 :计算步骤S5得到的各个斑点的面积Rq，q= 1，2,…，Q，Q表示斑点数量；
[0022] S7:将每个斑点的面积Rq按从小到大进行排列，对面积值在区间[1，Q]内进 行归一化，记归一化后的第q个面积值为yq;依次计算相邻两个面积值的差Αγq,= TV+f7V，V= 1，2,…，Q-1，一旦Δyq, >τ，τ表示预设的阈值，将yq,及其之前的 所有区域块均视为干扰，在磁光灰度图像中将干扰对应的斑点采用全局灰度图进行回填， 回填后的磁光灰度图即为缺陷检测结果图。
[0023] 本发明基于二值化阈值自动搜索的磁光成像缺陷检测方法，先对获取磁光灰度图 进行均值滤波，然后自动搜索二值化阈值，在搜索过程中使用了 "灌水"式的像素填充扫描 方法，对不同填充高度下的填充面积进行计算，拟合得到填充面积相对于填充高度的变化 曲线，搜索得到曲线中填充面积增长率最大处所对应的填充高度作为最佳的二值化阀值， 然后对磁光图像进行二值化处理，再利用对二值化图进行轮廓检测得到斑点，计算每个斑 点的面积，通过滤除小斑点的方法排除干扰光斑对缺陷的干扰，从而检测得到缺陷。
[0024] 本发明通过自动搜索最佳二值化阈值，然后利用面积滤除干扰，从而快速准确地 提取得到清晰的缺陷信息。
【附图说明】
[0025]图1是缺陷部位的像素值示意图；
[0026]图2是本发明基于二值化阈值自动搜索的磁光成像缺陷检测方法的具体实施方 式流程图；
[0027]图3是"灌水"式二值化阈值自动搜索流程图；
[0028] 图4是拟合得到的填充面积相对于填充高度的变化曲线示例图；
[0029] 图5是本实施例中斑点轮廓检测方法流程图；
[0030] 图6是斑点示例图；
[0031] 图7是本实施例中斑点面积计算流程图；
[0032]图8是本实施例所用试件图片；
[0033]图9是图8所示试件的磁光灰度图；
[0034] 图10是磁光灰度图均值滤波后的图像；
[0035] 图11是填充面积曲线和一阶、二阶导数曲线；
[0036] 图12是磁光二值化图像；
[0037] 图13是缺陷检测结果图；
[0038] 图14是原始磁光灰度图和填充后磁光灰度图对比图；
[0039] 图15是六种常用滤波增强方法的磁光灰度图处理结果。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便本领域的技术人员更好地 理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许 会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
[0041] 实施例
[0042] 为了更好地说明本发明的技术方案，首先对本发明的原理进行简单说明。
[0043] 在磁光灰度图像中，疑似缺陷部分的像素值低于非缺陷部分，但是缺陷本身没有 固定的深度和形状，从模式识别上很难做到明确检出缺陷。因此，本发明缺陷检测中使用的 图像对象是二值化后的磁光图像。通过二值化可以使缺陷的边缘和位置信息很大程度上全 部显示出来。再根据图像的特性，通过不同的算法进行滤波，从而得到缺陷的图像。经过以 上分析可知，在磁光检测中，将图像二值化尤为重要。那么图像二值化时所采用阈值的选取 往往是最重要的，现有技术很多情况下都是根据经验确定的阀值，对原始磁光图像的照片 质量有很大的要求和限制。
[0044] 图1是缺陷部位的像素值示意图。如图1所示，由于缺陷部分的像素值较小，因此 在缺陷部位像素值是从里向外逐渐增大的。因此在对灰度图像进行从低到高的填充时，在 不同的高度，填充的面积是不同的。不仅大小不同，且面积增长速度也是不一样的。在缺陷 边缘处，面积增长速度会有一个大幅度的增加，之后再回落，呈现一种"S"形状的变化。根 据以上原理即可搜索得到二值化阈值。
[0045]图2是本发明基于二值化阈值自动搜索的磁光成像缺陷检测方法的具体实施方 式流程图。如图2所示，本发明基于二值化阈值自动搜索的磁光成像缺陷检测方法包括以 下步骤：
[0046]S201 :获取磁光灰度图：
[0047]采用磁光成像装置获取试件的磁光图像，进行灰度化处理得到磁光灰度图。
[0048]S202 :均值滤波：
[0049] 对磁光灰度图进行均值滤波，得到滤波后图像I。在滤波过程中的滤波窗口不易设 置过小，一般边长在5个像素以上。太小会导致部分坏像素点无法滤除，导致后面的填充统 计图波动较大，降低二值化阈值的搜索精度。
[0050]S203 :二值化阈值自动搜索：
[0051]由于每次检测时的光照和材料的不同，磁光图像的像素值大小不同，需要的二值 化阀值是不一样的，因此本发明提出了一种"灌水"式的二值化阈值自动搜索方法，以适应 不同图像。图3是"灌水"式二值化阈值自动搜索流程图。如图3所示，"灌水"式二值化阈 值自动搜索方法包括以下步骤：
[0052]S301 :设置最大填充像素值：
[0053] 搜索得到图像I中所有像素点像素值中的最大值记为G，设置最大填充像素值K=AG，λ为大于1的常数，本实施例中设置λ= 1. 2。最大填充像素值的作用是在填充扫描 的过程中保证对整幅图像填充完毕。
[0054]S302 :初始化填充扫描参数：
[0055] 令填充次数t= 1，初始化填充高度值匕。匕用于设置填充起始像素值，可以根据 实际需要设置，本实施例中设置1^= 1。
[0056]S303:填充图像：
[0057] 根据高度值ht对图像I进行填充，得到填充后矩阵Φ，即完成下式操作：
[0058] Φ=ht ·Η-Ω
[0059] 其中，Ω是图像I的像素值矩阵，Η是与Ω大小相同的单位矩阵。在所得到的填 充后矩阵Φ中，包含了被填充部分的像素信息。