[發(fā)明專利]一種基于四元數(shù)奇異值熵指標(biāo)的磨削表面粗糙度檢測方法

有效

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• 申請日: 2019-11-11
• 公開（公告）號: CN110793472B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 易懷安;趙欣佳;舒愛華
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林理工大學(xué)
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: G01B11/30
• 代理公司: 南寧新途專利代理事務(wù)所(普通合伙) 45119
• 代理人: 但玉梅

本發(fā)明提供一種基于四元數(shù)奇異值熵指標(biāo)的磨削表面粗糙度檢測方法，屬于粗糙度檢測技術(shù)領(lǐng)域。包括以下步驟：利用純四元數(shù)的三個虛部分別代替彩色圖像的三個顏色分量；對純四元數(shù)矩陣進(jìn)行奇異值分解；截取前30個奇異值，計算其奇異值熵指標(biāo)；利用支持向量機對奇異值熵指標(biāo)和粗糙度值進(jìn)行訓(xùn)練擬合，從而預(yù)測粗糙度。本發(fā)明的方法將顏色信息作為一個整體處理，并給出了合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表達(dá)，可直接獲取彩色光源照射在待檢測物表面的虛像對應(yīng)的圖片來檢測其粗糙度，該圖像是彩色圖像，非灰度圖像，因而不存在圖像降質(zhì)的過程，使得圖像處理的準(zhǔn)確性提高，從而使得粗糙度檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性更高。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及工件表面粗糙度檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于四元數(shù)奇異值熵指標(biāo)的磨 削表面粗糙度檢測方法。

【背景技術(shù)】

表面粗糙度的機器視覺檢測方法一般是通過分析灰度圖像，針對圖像灰度值信息進(jìn)行客 觀量化，然后運用圖像紋理分析技術(shù)(圖像紋理分析技術(shù)一般歸納為頻譜、結(jié)構(gòu)和統(tǒng)計三大 類)，得出表面粗糙度與機器視覺指標(biāo)之間的關(guān)系。由于灰度圖像是一個降質(zhì)的圖像，在一 定程度上減少了圖像特征對表面粗糙度的敏感性，在視覺上也不能很好地主觀評判；而且， 應(yīng)用較多的灰度共生矩陣方法需結(jié)合顯微裝置，導(dǎo)致測試視場小，操作不方便，工作效率低。 另外，傅立葉變換的頻譜特征對有周期性規(guī)律的紋理特征有較好地魯棒性，但對于紋理特征 隨機性較大的磨削工件，用頻譜特征來評判表面粗糙度則敏感性不強，而且人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的 預(yù)測精度受訓(xùn)練樣本數(shù)、訓(xùn)練參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等因素的影響較大，在小樣本時其預(yù)測精度不 能保證。文獻(xiàn)表明，色彩是一個敏感的描繪因子，它常常可簡化從場景中提取和識別目標(biāo)， 且很少有文獻(xiàn)通過研究彩色圖像質(zhì)量來量化地預(yù)測表面粗糙度。由于磨削試樣本身不具備色 彩分明的特點，通過直接拍攝試樣很難獲得顯著顏色差別信息。古人以銅為鏡，很早就利用 虛像來觀察容貌，容貌清晰與否與銅鏡的表面光滑有關(guān)，而且絕大多數(shù)金屬表面容易產(chǎn)生虛 像，基于這種認(rèn)知，本發(fā)明通過彩色圖案在磨削件表面形成的虛像質(zhì)量來檢測磨削件的表面 粗糙度。在本發(fā)明中，定制光源可看作一個參照物，根據(jù)其虛像在試樣表面的清晰度變化來 評判試樣的表面粗糙度。同時將清晰度客觀指標(biāo)與人眼視覺系統(tǒng)(Human visual system,HVS) 的主觀評價結(jié)合起來，可以快速和較準(zhǔn)確地檢測工件的表面粗糙度。

根據(jù)幾何光學(xué)的反射定律，光源點在磨削試樣表面會發(fā)生漫反射的擴散現(xiàn)象，當(dāng)表面粗 糙度值越大時這種能量擴散程度也就越大，故可根據(jù)彩色圖像能量分布指標(biāo)評價磨削表面粗 糙度。而奇異值熵是一種能過濾噪聲且較好體現(xiàn)不同表面粗糙度反射能量差異的指標(biāo)，因此, 可以用奇異值熵指標(biāo)來表征表面粗糙度。目前還沒有采用奇異值熵指標(biāo)來表征表面粗糙度的 相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種基于四元數(shù)奇異值熵指標(biāo)的磨 削表面粗糙度檢測方法，該方法和裝置能客觀、簡單、精確表達(dá)物件的表面粗糙度，為磨削 粗糙度的檢測提供了一種新的方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于四元數(shù)奇異值熵指標(biāo)的磨削表面粗糙度檢測方法，包括以下步驟：

(1)以彩色光源為參照物，使參照物在一組粗糙度不同的標(biāo)準(zhǔn)試塊表面形成彩色虛像， 利用純四元數(shù)Q(x，y)表征彩色虛像任一點(x，y)處的三個顏色分量，公式如下：

Q(x,y)＝R(x,y)i+G(x,y)j+B(x,y)k

其中，Q(x，y)為彩色圖像純四元數(shù)矩陣；R(x，y)，G(x，y)和B(x，y)是基于矩 陣形式的顏色矢量，為實數(shù)；i、j、k分別代表四元數(shù)的3個虛部；

(2)對步驟(1)的純四元數(shù)矩陣進(jìn)行奇異值分解；

(3)截取步驟(2)中的前30個奇異值，計算其奇異值熵指標(biāo)；

(4)利用支持向量機對奇異值熵指標(biāo)和粗糙度值進(jìn)行訓(xùn)練擬合，從而得到預(yù)測模型用于 預(yù)測粗糙度。