专利名称：一种金属零部件表面划痕缺陷检测方法
技术领域：
本发明涉及机器视觉领域，具体的说是公开了一种金属零部件表面划痕缺陷检测方法，该方法精确的提取出细微的划痕缺陷。
背景技术：
机器视觉在国民经济、科学研究及国防建设等领域都有着广泛的应用。它的最大优点是无接触测量，与其他方法相比在安全性、可靠性、检测精度、检测速度、检测成本上都有着很大的优势。在表面缺陷检测方面，机器视觉更是有着相当广泛的应用领域。任何金属零部件表面都有可能存在不同程度的缺陷，其中划痕便是常见表面缺陷的一种，严重的有可能影响到产品的质量。传统的金属零部件表面划痕检测都是依靠人眼完成，存在较多的主观因素和只能定性判断的问题。另外，有些金属零部件表面的划痕缺陷纹理弱，缺陷程度小，对其进行人眼识别、分类和量化存在一定的困难，因此，对其进行基于视觉的自动检测势在必行。
发明内容
本发明的目的，是提供一种金属零部件表面划痕缺陷检测方法，提出了一套基于视觉的金属零部件表面划痕缺陷检测的工艺流程及相关算法，通过该方法可以自动的、精确的提取出细小的划痕缺陷，具有很大的实用价值和广阔的应用前景。采用的技术方案是:
一种金属零部件表面划痕缺陷检测方法，包括下述工艺步骤:
(1)、获取金属零部件表面的图像，选取处理域；
(2)、对金属零部件表面进行图像处理和分析
①对金属零部件表面图像进行预处理，包括灰度转换、二值化处理、滤波、数学形态学
等;
②调整二值化阈值，此阈值的选取以使图像的图案部分和背景黑白分明为准，对图像进行二值化分割，分割出图像纹理和缺陷；
③图像分析通过边缘检测算子突出了图像的细节并且增强了被模糊的细节，突出边缘信息；
对图像进行以上处理后，可以更好的对图像进行自动标记划痕处理了。(3)、自动标记划痕处理
①经过图像分析之后，用分割图像法分割并提取图像划痕缺陷的纹理信息，选取高斯-拉普拉斯算子对图像进行图像分析，突出图像中的细节并且增强图像中被模糊了的细节，从而突出图像的边缘信息；
②划痕缺陷的信息提取出来之后，需要对划痕进行识别，划痕识别包括图像分割或物体分离、特征抽取和选择、做出最优决策分类、确定目标；
③对划痕进行量化，将同属于同一条划痕的点聚集到一起，计算其长度，面积和宽度，同时保存划痕的起始点和终止点的位置。本发明的优点在于:
本发明有一定的工序流程，按照规定的算法执行步骤可以精确的对细微的划痕缺陷进行识别、分类和量化，同时，它属于机器视觉领域，是非接触测量，在检验工业产品表面完整性方面有重要的应用价值。
图1是原图。图2是图像初始化后的结果。图3是图像二值化后的结果。图4是图像经过高斯-拉普拉斯变换后的结果。图5是图像经过划痕识别后的结果。图6是图像划痕缺陷检测原图显示。图7是划痕处理流程图。
图8是常用的高斯-拉普拉斯算子为5X5模板。
图9、图10、图11、图12分别是决策分析中使用的匹配模板形的像素矩阵。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描。如图7所示的划痕处理流程，该图2所示图像初始化，通过图像初始化可以为以后划痕处理提供信息和规定要处理图像的区域，以提高划痕识别的精度和速度。该图3所示设定分割阈值，对图像进行分割，此工序是通过二值化动态调整阈值，将阈值传递给分割图像的函数模块。确定阈值的标准为:图像表面的图像纹理显示的比较清晰，边缘轮廓完整时，镜面黑暗区域也比较黑暗，此时的二值化阈值可被确定，作为分割图像的分割阈值。该图4图像分析，此工序采用的是高斯-拉普拉斯边缘检测算子对图像进行图像分析，以突出图像的边缘信息。高斯-拉普拉斯算子是将高斯平滑滤波器与拉普拉斯边缘锐化滤波器结合在一起，先平滑去噪声，再进行边缘检测。拉普拉斯算子法锐化图像还可以将图像中灰度变化缓慢的划痕锐化，使图像上的划痕部分表现在较暗的背景中。常用的高斯-拉普拉斯算子为5X5模板如图8所示。该工艺流程中的图像分割，采用固定灰度阈值加移动小窗口的方法来分割图像与缺陷，具体步骤如下:
1)对于不同的大小的图片采用不同的窗口=1280X960大小的图片采用IOX 10大小的窗口，2592X1944大小的图片采用12X12的窗口 ；
2)建立一个与图像内存大小相同的数组内存AA，并设定初始值，其目的在于表示存储图像纹理信息(不包括划痕缺陷信息);
3)以窗口一半长度为步长移动窗口，求窗口内部灰度均值，大于分割阈值的灰度均值时，改变A A数组对应的灰度信息值，表示此处为图像纹理，需要去除；
4)直至窗口移动到图像末端。AA数组信息将在图像分析步骤之后，用来分割图像纹理与缺陷。由分割图像法得到的数组内存，将此内存数组和只有边缘信息的图像内存数组进行匹配，消除只有纹理的边缘信息，只留下划痕缺陷的信息。
该附图5划痕识别，划痕识别工作主要由三个阶段组成:
a)图像分割或物体分离
b)特征抽取和选择
常被选的特征有:图像幅度特征、图像统计特征、图像几何特征、图像变换参数。c)决策分析
此工序选取的是图像的几何特征，主要是线性特征。图像中的划痕缺陷绝大多数形似于0°，45° ,90° ,135°的直线，这里使用线检测模板对样品图像中的划痕缺陷进行匹配。使用的匹配模板形如图9至图12所示的像素矩阵。模板在图像中移动，如果那个模板对图像像素信息有最强的响应，那么就说明图像具备对应直线形态特征。该工艺流程中的划痕量化采用八邻点扩展法对这些离散的点进行归类，即将不同划痕上的点存储于不同的数组，从而完成划痕分类。将像素位置信息存储于数组NickArray中，分类算法具体实现过程为:
1)数组NickArray中取第一点A,将A和A的八邻点存入EightArrays数组中，从NickArray中移除A点；
2)遍历数组寻找在A八邻域内的点,将得到的点B和B的八邻点也存入EightArrays中，同时将A和B存入一条划痕信息数组OneNick中；B也从NickArray中移除；
3)重复2)找到所有属于A这条划痕的点；
4)当属于A这条划痕点归类完成后，对A进行量化处理，确定长度，面积和起始点终止点JfA的信息保存到临时数组中；
5)重复进行以上步骤，直至NickArray中所有点被移除，分类完毕。
权利要求
1.一种金属零部件表面划痕缺陷检测方法，其特征在于，包括下述工艺步骤: (1)、获取金属零部件表面的图像，选取处理域； (2)、对金属零部件表面进行图像处理和分析 ①对金属零部件表面图像进行预处理，包括灰度转换、二值化处理、滤波、数学形态学； ②调整二值化阈值，此阈值的选取以使图像的图案部分和背景黑白分明为准，对图像进行二值化分割，分割出图像纹理和缺陷； ③图像分析通过边缘检测算子突出了图像的细节，并且增强了被模糊的细节，突出边缘信息； (3)、自动标记划痕处理 ①经过图像分析之后，用分割图像法分割并提取图像划痕缺陷的纹理信息，选取高斯-拉普拉斯算子对图像进行图像分析，突出图像中的细节并且增强图像中被模糊了的细节，从而突出图像的边缘信息； ②划痕缺陷的信息提取出来之后，需要对划痕进行识别，划痕识别包括图像分割或物体分离、特征抽取和选择、做出最优决策分类、确定目标； ③对划痕进行量化，将同属于同一条划痕的点聚集到一起，计算其长度，面积和宽度，同时保存划痕的起始点和终止点的位置。
全文摘要
本发明公开了一种金属零部件表面划痕缺陷检测方法，包括下述工艺步骤(1)获取金属零部件表面的图像，选取处理域；(2)对金属零部件表面进行图像处理和分析；(3)自动标记划痕处理①经过图像分析之后，用分割图像法分割并提取图像划痕缺陷的纹理信息；②划痕缺陷的信息提取出来之后，需要对划痕进行识别，划痕识别包括图像分割或物体分离、特征抽取和选择、做出最优决策分类、确定目标；③对划痕进行量化。本发明强调划痕缺陷处理的步骤以及部分算法，能够对细小的划痕缺陷进行定位、提取和量化，其识别精度高，检测标准客观，定量描述。划痕缺陷的检测算法以插件的形式存在，便于集成到应用软件中，对软件进行升级。
文档编号G01N21/88GK103175844SQ201210069398
公开日2013年6月26日 申请日期2012年3月16日 优先权日2012年3月16日
发明者姜月秋, 仇维, 高宏伟 申请人:沈阳理工大学