一种基于机器视觉的电缆制造异常检测系统的制作方法

本发明涉及自动化，更具体地涉及一种基于机器视觉的电缆制造异常检测系统。

背景技术：

1、机器视觉是人工智能正在快速发展的一个分支，主要是通过计算机来模拟人的视觉功能，利用机器代替人眼来进行测量和判断，通过机器视觉产品将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，得到被摄目标的形态信息，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

2、在电缆制造过程中，由于各种原因可能导致生产出的电缆存在缺陷或异常，不仅会影响电缆的质量，还可能引发安全事故，因此，电缆制造异常检测成为了一个重要的研究方向，基于机器视觉的电缆制造异常检测系统，利用计算机视觉技术实现电缆制造过程中异常检测的方法，通过对电缆进行自动检测，能够快速、准确地发现电缆制造过程中的各种异常，为提高电缆质量和生产效率提供了有力保障。

3、传统检测方法的局限：传统的电缆制造异常检测方法主要依靠人工检测，不仅效率低下，而且容易受到人为因素的影响，对于一些微小的缺陷，人工检测也很难准确判断，此外，传统的电缆制造异常检测方法是通过判断发出预警提醒，缺乏对异常情况的自动调整，加大了人工工作的工作强度，不利于提高电缆生产的生产效率。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种基于机器视觉的电缆制造异常检测系统，以解决上述背景技术中存在的问题。

2、本发明提供如下技术方案：一种基于机器视觉的电缆制造异常检测系统，包括：电缆图像采集模块、采集图像预处理模块、特征信息提取模块、表面异常判断模块、形状异常检测模块、像素差异比较模块、系统异常自调整模块、调整后检测模型建立模块，以及系统异常预警模块；

3、所述电缆图像采集模块，采用高分辨率工业相机，在生产线上对电缆进行实时拍摄，获取一次图像数据，并将获取的一次图像数据传输至采集图像预处理模块；

4、所述采集图像预处理模块，包括噪声消除单元、几何变换单元和色彩校正单元，接收电缆图像采集模块传输的一次图像数据，通过预处理操作获取二次图像数据，并将二次图像数据传输至特征信息提取模块；

5、所述特征信息提取模块，接收采集图像预处理模块传输的二次图像数据，利用边缘检测算法提取二次图像数据的特征信息，包括电缆表面信息、电缆形状信息和电缆像素信息；

6、所述表面异常判断模块，基于特征信息提取模块提取的电缆表面信息，通过电缆表面检测数学模型计算得出表面完整度系数，并将计算得出的表面完整度系数传输至系统异常自调整模块和调整后检测模型建立模块；

7、所述形状异常检测模块，基于特征信息提取模块提取的电缆形状信息，通过电缆形状检测数学模型计算得出形状匹配度系数，并将计算得出的形状匹配度系数传输至系统异常自调整模块和调整后检测模型建立模块；

8、所述像素差异比较模块，基于特征信息提取模块提取的电缆像素信息，通过电缆像素检测数学模型计算得出像素同质度系数，并将计算得出的像素同质度系数传输至系统异常自调整模块；

9、所述系统异常自调整模块，接收表面异常判断模块、形状异常检测模块和像素差异比较模块传输的表面完整度系数、形状匹配度系数和像素同质度系数，依据预设阈值判断是否出现异常，并对异常模块进行自动调整；

10、所述调整后检测模型建立模块，基于系统异常自调整模块调整过后得到的表面完整度系数、形状匹配度系数和像素同质度系数，建立数学模型计算图像异常指数，并将计算结果传输至系统异常预警模块；

11、所述系统异常预警模块，接收调整后检测模型建立模块传输的图像异常指数，检测电缆制造是否出现异常状态，并进行预警提示。

12、优选的，所述电缆图像采集模块中获取的一次图像数据包括n帧图像，表示为i=1，2，3，...，i，...，n。

13、优选的，所述采集图像预处理模块中噪声消除单元通过双边滤波减少噪声，几何变换单元通过矩阵运算和插值算法实现图像的几何变换，色彩校正单元通过颜色空间转换、色彩平衡和彩映射对图像进行色彩校正。

14、优选的，所述特征信息提取模块中提取二次图像数据的特征信息包括对n帧图像进行图像特征信息提取；

15、电缆表面信息包括各帧灰度图像电缆边缘线的圆形度、各帧灰度图像的灰度面积、各帧灰度图像电缆边缘线的周长、各帧灰度图像电缆边缘线不规则长度、电缆边缘线的标准圆形度以及图像帧数，分别用、、、、以及表示；

16、电缆形状信息包括各帧图像中各交点的横坐标和各帧图像中各交点的纵坐标，分别用和表示；

17、电缆像素信息包括各帧图像中像素的坐标、各帧图像中像素间隙值、各帧图像中的平均像素以及各帧图像中像素间隙值的标准差，分别用、、以及表示。

18、优选的，所述表面异常判断模块中通过电缆表面检测数学模型计算得出表面完整度系数的计算步骤如下：

19、步骤s01：对n帧图像进行灰度处理，得到电缆表面的灰度图像；

20、步骤s02：计算各帧灰度图像电缆边缘线的圆形度，计算公式为：，其中表示各帧灰度图像电缆边缘线的圆形度，表示各帧灰度图像的灰度面积，表示各帧灰度图像电缆边缘线的周长，表示各帧灰度图像电缆边缘线不规则长度；

21、步骤s03：计算电缆的表面完整度系数，计算公式为：，其中表示表面完整度系数，表示各帧灰度图像电缆边缘线的圆形度，表示电缆边缘线的标准圆形度，表示图像帧数。

22、优选的，所述形状异常检测模块中通过电缆形状检测数学模型计算得出形状匹配度系数的计算步骤如下：

23、步骤s01：将n帧图像中的交点用坐标表示，第i帧图像中点的各交点坐标表示为；

24、步骤s02：计算电缆的形状匹配度系数，计算公式为：，其中表示形状匹配度系数，表示各帧图像中各交点的坐标，表示各帧图像中各交点的横坐标，表示各帧图像中各交点的纵坐标。

25、优选的，所述像素差异比较模块中通过电缆像素检测数学模型计算得出像素同质度系数的计算步骤如下：

26、步骤s01：将n帧图像中的像素用坐标表示，第i帧图像中像素的坐标表示为；

27、步骤s02：计算电缆的像素同质度系数，计算公式为，其中表示像素同质度系数，表示各帧图像中像素的坐标，表示各帧图像中像素间隙值，表示各帧图像中的平均像素，表示各帧图像中像素间隙值的标准差。

28、优选的，所述系统异常自调整模块接收表面异常判断模块传输的表面完整度系数，将表面完整度系数与预设的第一判断阈值进行对比，若表面完整度系数大于或等于预设的第一判断阈值，则判断电缆表面无异常，若表面完整度系数小于预设的第一判断阈值，则判断电缆表面异常，启动系统异常自调整模块；

29、将形状匹配度系数与预设的第二判断阈值进行对比，若形状匹配度系数大于或等于预设的第二判断阈值，则判断电缆形状无异常，若形状匹配度系数小于预设的第二判断阈值，则判断电缆形状异常，启动系统异常自调整模块；

30、将像素同质度系数与预设的第三判断阈值进行对比，若像素同质度系数大于或等于预设的第三判断阈值，则判断电缆内部无异常，若像素同质度系数小于预设的第三判断阈值，则判断电缆内部异常，启动系统异常自调整模块。

31、优选的，所述调整后检测模型建立模块建立数学模型计算图像异常指数，图像异常指数的计算公式为：，其中表示图像异常指数，n表示图像帧数，表示表面完整度系数，表示形状匹配度系数，表示像素同质度系数，、和表示常数。

32、优选的，所述系统异常预警模块接收调整后检测模型建立模块传输的图像异常指数，将图像异常指数与预设的电缆图像判断阈值进行对比，若图像异常指数大于预设的电缆图像判断阈值，则判断电缆制造异常，将预警提醒传送至系统终端，若图像异常指数小于或等于预设的电缆图像判断阈值，则判断电缆制造无异常。

33、本发明的技术效果和优点：

34、本发明通过设有电缆图像采集模块、采集图像预处理模块、特征信息提取模块、表面异常判断模块、形状异常检测模块、像素差异比较模块、系统异常自调整模块、调整后检测模型建立模块，以及系统异常预警模块，将电缆图像分帧处理，获取各帧图像的电缆相关数据，计算电缆的表面完整度系数、形状匹配度系数和像素同质度系数，依据预设阈值判断是否出现异常，并对异常模块进行自动调整，调整后检测模型建立模块计算图像异常指数，依据图像异常指数检测电缆制造是否出现异常状态，并进行预警提示，总之，一种基于机器视觉的电缆制造异常检测系统通过自动化检测，可以在线实时检测，一旦发现异常，及时进行报警或处理，降低了人工成本，提高了电缆的生产质量。