[發(fā)明專利]基于機(jī)器視覺的陶瓷產(chǎn)品表面斑點(diǎn)檢測(cè)方法及設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010779902.5
• 申請(qǐng)日: 2020-08-05
• 公開（公告）號(hào): CN112037175B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張立國(guó);馬子薦;金梅;李義輝;楊曼;李媛媛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G06T7/13;G06T7/136;G01N21/88
• 代理公司: 北京孚睿灣知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11474
• 代理人: 劉翠芹

1.一種基于機(jī)器視覺的陶瓷產(chǎn)品表面斑點(diǎn)檢測(cè)方法，其特征在于：其包括以下步驟：

步驟S1、利用檢測(cè)設(shè)備在不同光源下對(duì)所述陶瓷產(chǎn)品進(jìn)行拍照，獲得白色、紅色和黃色光源下的圖像信息并對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，得到白色光源下圖片、紅色光源下圖片以及黃色光源下圖片；

步驟S2、識(shí)別斑點(diǎn)邊緣的候選初始點(diǎn)，候選初始點(diǎn)具有一個(gè)或多個(gè)，具體包括以下子步驟：

S21、確定黑色斑點(diǎn)邊緣條紋相關(guān)聯(lián)的候選初始點(diǎn)：

從起始點(diǎn)開始遍歷所有像素點(diǎn)，在遍歷所有像素點(diǎn)過程中，將每一個(gè)當(dāng)前像素點(diǎn)的像素值P₁與設(shè)定定位值P_H做比較，若P₁值與設(shè)定定位值P_H之間差值處于差值閾值內(nèi)，并且P₁值位于P_HH和P_HL之間，則將該像素點(diǎn)記為黑色斑點(diǎn)邊緣高點(diǎn)Q_H，進(jìn)一步將每一個(gè)黑色斑點(diǎn)邊緣高點(diǎn)Q_H的像素位置按八個(gè)方向分別移動(dòng)，第一次移動(dòng)距離為像素距離，接著每次移動(dòng)距離為1像素距離，直到移動(dòng)到距黑色斑點(diǎn)邊緣高點(diǎn)Q_H距離為W_W的終點(diǎn)為止，如果檢測(cè)到當(dāng)前像素點(diǎn)的像素值P₁小于設(shè)定的黑色斑點(diǎn)邊緣定位值P_L，則將該多個(gè)像素點(diǎn)的終點(diǎn)位置記為黑色斑點(diǎn)邊緣低點(diǎn)Q_L，計(jì)算每一個(gè)像素點(diǎn)Q_L到Q_H的黑色邊緣斜率k：

其中，k為Q_L到Q_H的黑色邊緣斜率，s為Q_L到Q_H的距離，(x_H,y_H)為Q_H點(diǎn)坐標(biāo)，(x_L,y_L)為Q_L點(diǎn)坐標(biāo)，W_W的大小為Q_H到Q_L距離的1.5倍，P_HH和P_HL的值由理想邊緣曲線確定，八個(gè)方向分別為0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、305°；

當(dāng)某個(gè)像素點(diǎn)的黑色邊緣斜率k值處于系統(tǒng)設(shè)定的黑色邊緣斜率區(qū)間[K_BH,K_BL]內(nèi)時(shí)，則將該像素點(diǎn)定義為黑色邊緣初始點(diǎn)P₂，理想黑色邊緣斜率K_BI介于[K_BH,K_BL]之間，K_BL介于K_BI和K_YI之間，其中，K_BH為黑色邊緣斜率區(qū)間的高點(diǎn)，K_BL為黑色邊緣斜率區(qū)間的低點(diǎn)，K_BI為理想黑色邊緣斜率，K_YI為理想黃色邊緣斜率；

S22、當(dāng)像素點(diǎn)不為黑色斑點(diǎn)邊緣相關(guān)聯(lián)的候選初始點(diǎn)時(shí)，確定該點(diǎn)是否為紅色斑點(diǎn)邊緣或黃色斑點(diǎn)邊緣相關(guān)聯(lián)的候選初始點(diǎn)；

S221、在遍歷所有像素點(diǎn)過程中，當(dāng)識(shí)別到黑色斑點(diǎn)邊緣高點(diǎn)Q_H但是未識(shí)別到黑色斑點(diǎn)邊緣低點(diǎn)Q_L時(shí)，記錄黑色斑點(diǎn)邊緣高點(diǎn)Q_H位置，并且分別對(duì)紅色光源和黃色光源下圖像以同樣位置為中心進(jìn)行一定范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算，識(shí)別紅色或黃色斑點(diǎn)的邊緣初始點(diǎn)；

S222、確定紅色斑點(diǎn)邊緣相關(guān)聯(lián)的候選初始點(diǎn)：以黑色邊緣高點(diǎn)Q_H為起始點(diǎn)，將該像素點(diǎn)的像素位置按八個(gè)方向分別移動(dòng)，第一次移動(dòng)距離為接著每次移動(dòng)距離為1，直到移動(dòng)到距起始點(diǎn)距離為W_W的終點(diǎn)為止，當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前像素點(diǎn)像素值P₁小于設(shè)定的紅色斑點(diǎn)邊緣定位值P_RL,則將該點(diǎn)記為紅色斑點(diǎn)邊緣低點(diǎn)Q_RL,計(jì)算Q_RL到Q_H的紅色邊緣斜率k_R，當(dāng)紅色邊緣斜率k_R值處于紅色邊緣斜率區(qū)間[K_RH,K_RL]內(nèi)時(shí)，則將當(dāng)前像素點(diǎn)定義為紅色邊緣初始點(diǎn)P_2R，理想紅色邊緣斜率K_RI介于[K_RH,K_RL]之間，K_RL介于K_YH和K_RI之間，其中，K_RH為紅色邊緣斜率區(qū)間的高點(diǎn)，K_RL為紅色邊緣斜率區(qū)間的低點(diǎn)，K_RI為理想紅色邊緣斜率，K_YH為黃色邊緣斜率區(qū)間的高點(diǎn)；

S223、確定黃色斑點(diǎn)邊緣相關(guān)聯(lián)的候選初始點(diǎn)：

以黑色邊緣高點(diǎn)Q_H為起始點(diǎn)，將像素位置按八個(gè)方向分別移動(dòng)，第一次移動(dòng)距離為接著每次移動(dòng)距離為1，直到移動(dòng)到距起始點(diǎn)距離為W_W的終點(diǎn)為止，當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前像素點(diǎn)像素值P₁小于設(shè)定黃色斑點(diǎn)邊緣定位值P_YL,則將該點(diǎn)記為黃色斑點(diǎn)邊緣低點(diǎn)Q_YL,計(jì)算Q_YL到Q_H的黃色邊緣斜率k_Y，當(dāng)黃色邊緣斜率k_Y值處于黃色邊緣斜率區(qū)間[K_YH,K_YL]內(nèi)時(shí)，則將當(dāng)前像素點(diǎn)定義為紅色邊緣初始點(diǎn)P_2Y，理想黃色邊緣斜率K_YI介于[K_YH,K_YL]之間，K_YL介于K_YI和K_RH之間，K_YH介于K_YI和K_BL之間，其中K_YL為黃色邊緣斜率區(qū)間的高點(diǎn)、K_YL為黃色邊緣斜率區(qū)間的低點(diǎn)、K_YI為理想黃色邊緣斜率；

步驟S221中一定范圍為以黑色斑點(diǎn)邊緣高點(diǎn)Q_H點(diǎn)坐標(biāo)(x_H,y_H)為中心，在范圍大小為W_W*W_W的矩形內(nèi)計(jì)算平均差如下：

其中，C₁為矩形內(nèi)灰度平均值，C為范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)差，P_xy為(x，y)處灰度值，C_b的值的確定由白色光源下理想黑色斑點(diǎn)邊緣在W_W*W_W的范圍內(nèi)計(jì)算得到，C_y的值的確定由黃色光源下理想黃色斑點(diǎn)邊緣在W_W*W_W的范圍內(nèi)計(jì)算得到，C_r的值的確定由紅色光源下理想紅色斑點(diǎn)邊緣在W_W*W_W的范圍內(nèi)計(jì)算得到，當(dāng)黑色圖像下標(biāo)準(zhǔn)差C_b大于黃色圖像下標(biāo)準(zhǔn)差C_y大于紅色圖像下標(biāo)準(zhǔn)差C_r，且紅色圖像下標(biāo)準(zhǔn)差明顯變小時(shí)，進(jìn)一步通過紅色斑點(diǎn)邊緣低點(diǎn)Q_RL和紅色邊緣斜率區(qū)間[K_RH,K_RL]確定紅色斑點(diǎn)邊緣初始點(diǎn)P_R2；

步驟S3、通過邊緣檢測(cè)模型確定粗邊緣點(diǎn)及邊緣顏色，具體包括以下子步驟：

S31、確定黑色邊緣粗邊緣點(diǎn)及邊緣顏色：

識(shí)別步驟S2中所有黑色邊緣初始點(diǎn)P₂，對(duì)每一個(gè)黑色邊緣初始點(diǎn)P_2，以P₂到Q_L為范圍，對(duì)范圍內(nèi)所有像素點(diǎn)在大小為W_W*W_W矩形范圍內(nèi)與粗邊緣點(diǎn)確定矩陣進(jìn)行內(nèi)積運(yùn)算，得到多個(gè)像素點(diǎn)的邊緣中點(diǎn)判斷值C_P，若范圍內(nèi)某個(gè)像素點(diǎn)的邊緣中點(diǎn)判斷值C_P小于邊緣判斷閾值差值T，則當(dāng)前像素點(diǎn)為邊緣中點(diǎn)且P₂點(diǎn)為黑色粗邊緣點(diǎn)；

S32、確定紅色邊緣的粗邊緣點(diǎn)及邊緣顏色：

識(shí)別步驟S2中紅色邊緣初始點(diǎn)P_2R，對(duì)每一個(gè)紅色邊緣初始點(diǎn)P_2R，以P_2R到Q_RL為范圍，對(duì)范圍內(nèi)所有像素點(diǎn)在大小為W_W*W_W矩形范圍內(nèi)與粗邊緣點(diǎn)確定矩陣進(jìn)行內(nèi)積運(yùn)算，得到多個(gè)像素點(diǎn)的邊緣中點(diǎn)判斷值C_PR，若范圍內(nèi)某個(gè)像素點(diǎn)的邊緣中點(diǎn)判斷值C_PR小于邊緣判斷閾值差值T_R，則當(dāng)前像素點(diǎn)為紅色邊緣中點(diǎn)且P_2R點(diǎn)為紅色斑點(diǎn)粗邊緣點(diǎn)；

S33、確定黃色邊緣的粗邊緣點(diǎn)及邊緣顏色：

識(shí)別步驟S2中黃色邊緣初始點(diǎn)P_2Y，對(duì)每一個(gè)黃色邊緣初始點(diǎn)P_2Y，以P_2Y到Q_YL為范圍，對(duì)范圍內(nèi)所有像素點(diǎn)在大小為W_W*W_W矩形范圍內(nèi)與粗邊緣點(diǎn)確定矩陣進(jìn)行內(nèi)積運(yùn)算，得到多個(gè)像素點(diǎn)的邊緣中點(diǎn)判斷值C_PY，若范圍內(nèi)某個(gè)像素點(diǎn)的邊緣中點(diǎn)判斷值C_P小于邊緣判斷閾值差值T_Y，則當(dāng)前像素點(diǎn)為黃色邊緣中點(diǎn)且P_2Y點(diǎn)為黃色斑點(diǎn)粗邊緣點(diǎn)；

步驟S4、基于反正切函數(shù)的亞像素表面斑點(diǎn)邊緣檢測(cè)，分別確定黑色斑點(diǎn)直徑、紅色斑點(diǎn)直徑以及黃色斑點(diǎn)直徑，具體步驟如下：

S41、獲取黑色斑點(diǎn)直徑：

S411、根據(jù)步驟S3中確定的黑色粗邊緣點(diǎn)P₂、邊緣中點(diǎn)和某方向的粗邊緣點(diǎn)確定矩陣，以邊緣中點(diǎn)為中點(diǎn)取一列該方向的邊緣區(qū)域向量的灰度值將該方向內(nèi)W_W個(gè)像素進(jìn)行反正切函數(shù)擬合，擬合函數(shù)形式為：

y＝a₁arctan(a₂x+a₃)+a₄

擬合得到模型中參數(shù)為a₁,a₂,a₃,a₄，根據(jù)實(shí)際陶瓷表面斑點(diǎn)邊緣可見位置確定黑色斑點(diǎn)邊緣的亞像素邊緣點(diǎn)位置R；

S412、計(jì)算各邊緣點(diǎn)之間距離，其中邊緣點(diǎn)間的最大距離為斑點(diǎn)直徑，

D為黑色斑點(diǎn)直徑，(x_i,y_i)、(x_j,y_j)為R位置；

S42、獲取紅色斑點(diǎn)直徑和黃色斑點(diǎn)直徑：利用上述方法分別確定紅色和黃色斑點(diǎn)邊緣的亞像素邊緣，分別以紅色邊緣中點(diǎn)和黃色邊緣中點(diǎn)為中點(diǎn)取一列該方向的邊緣區(qū)域向量的灰度值將該方向內(nèi)W_W個(gè)像素進(jìn)行反正切函數(shù)擬合，根據(jù)上述方法確定紅色斑點(diǎn)直徑D_R以及黃色斑點(diǎn)直徑D_Y；

S5、對(duì)步驟S4得到的黑色斑點(diǎn)直徑、紅色斑點(diǎn)直徑以及黃色斑點(diǎn)直徑進(jìn)行判斷，當(dāng)黑色斑點(diǎn)直徑、紅色斑點(diǎn)直徑或黃色斑點(diǎn)直徑大于設(shè)定的斑點(diǎn)閾值時(shí)，則判斷該陶瓷產(chǎn)品為不合格。