视觉检测原理介绍

技术细节技术细节 本项目应用了嵌入式中央控制及工业级图像高速传输控制技术 基于 CCD CMOS 与 DSP FPGA 的图像识别与处理技术 成功建立了光电检测系统 应 用模糊控制的精选参数自整定技术 使系统具有对精确检测的自适应调整 实现 产品的自动分选功能 图 1 控制系统流程图 光电检测系统主要通过检测被检物的一些特征参数 灰度分布 RGB 分值等 从而将缺陷信息从物体中准确地识别出来 通过后续的系统进行下一步操作 主要分为以下几部分 CCD CMOS 图像采集部分图像采集部分 系统图像数据采集处理板中光信号检测元件 CCD CMOS 采用进口的适合于 高精度检测的动态分析单路输出型 保证实际数据输出速率为 320MB s 的面阵 CCD CMOS 像素分别为 4000 3000 和 1600 1200 帧率达到 10FPS 使用 CCD CMOS 作为输入图像传感器 从而实现了图像信息从空间域到时间域的变 换 为了保证所需的检测精度 需要确定合理的分辨率 根据被检测产品的大 小 初步确定系统设计分辨率为像素为 0 2mm 将 CCD CMOS 接收的光强信号 转换成电压幅值 再经过 A D 转换后由 DSP FPGA 芯片进行信号采集 即视 频信号的量化处理过程 图像采集处理过程如图所示 图 2 图像采集处理过程 数据处理部分数据处理部分 在自动检测中 是利用基于分割的图像匹配算法来进行图像的配对为基础 的 图像分割的任务是将图像分解成互不相交的一些区域 每一个区域都满足 特定区域的一致性 且是连通的 不同的区域有某种显著的差异性 分割后根 据每个区域的特征来进行图像匹配 基于特征的匹配方法一般分为四个步骤 特征检测 建立特征描述 特征匹配 利用匹配的 特征对 求取图像配准模 型参数 算法基本步骤如下 1 利用图像的色彩 灰度 边缘 纹理等信息对异源图像分别进行分割 提取区域特征 2 进行搜索匹配 在每一匹配位置将实时图与基准图的分割结果进行融合 得到综合分割结果 3 利用分割相似度描述或最小新增边缘准则找出正确匹配位置 设实时图像分割为 m 个区域 用符号 A1 A2 Am 表示 其异源基准图 像分割为 n 个区域 用符号 B1 B2 Bn 表示 分割结果融合方法如下 在每一个匹配位置 即假设的图像点对应关系成立时 图像点既位于实时 图中 又位于其异源基准图像中 则融合后区域点的标识记为 A1B1 A1B2 A2B1 A2B2 标识 AiBj 表示该点在实时图中位于区 域 i 在基准图中位于区域 j 算法匹配过程如下图所示 其中图 a 为实时图 被分割为 A1 A2 A3 三个区域 图 b 为异源基准图 被分割为 B1 B2 B3 三个区域 分割结果间存在区域合并 过分割现象 图 c 是正确匹配位置上的分割融合结果 图 d 是某一错误匹配位置上的分割融 合结果 比较图 c d 可以看出 在正确的匹配位置 融合的结果是对同一 景象的最小分割 即最简单的描述假设 为了将正确匹配和错误匹配区分开来 采用了最大区域重合度准则 设某次比较的实时图被分为 n 个区域 基准图被分割为 m 个区域 根据像 素所属的融合区域统计二维直方图 得到下图中的所有 通过对此二维直方图分析可以估计基准图分割和实时图分割的相似程度 最大区域重合度 S 定义如下 由于匹配时 实时图窗口的图像是不变的 是在基准图不同位置取窗口图 像 S 的物理意义是统计每一个基准图区域被实时图各个区域分割所保留的最 大主区域的像素个数之和 在正确的匹配位置 S 应取最大值 当实时图区域与 基准图区域一一对应时 分割相似度 S 达到理论上最大值 为窗口像素总数 下图是最大区域重合度匹配的匹配系数图 纵轴坐标表示最大区域重合度 计算的像素数 大量的现场应用表明 本算法具有良好的分割与匹配效果 缺陷识别是一个典型的多通道随机信号检测系统 对于产品的检测内容而 言 需要根据颜色 面积 形状等参数制定缺陷识别标准 此外算法还要设计 为多级分选系统 每组 CCD CMOS DSP FPGA 图像数据采集处理板可以按照 不同的等级要求定制 每组分选系统根据不同缺陷的等级定制不同的控制算法 系统提供多种控制算法并固化到系统的内部存储器中 每种算法作为系统参数 显示在菜单上 具体各缺陷对应的算法如下 序号缺陷种类算法 1脏污色空间变换 滤波 膨胀 分割 增强 特征提取 2飞边边缘提取 分割 增强 特征提取 3毛刺边缘提取 分割 增强 特征提取 4划伤滤波 形态处理 分割 增强 特征提取 5掉漆色空间变换 滤波 膨胀 分割 增强 特征提取 6喷漆不良 色空间变换 滤波 膨胀 分割 增强 特征提取 7凹坑或鼓包滤波 形态处理 分割 增强 特征提取 8粘贴部件起翘边缘提取 形态处理 分割 增强 特征提取 9气泡滤波 形态处理 分割 增强 特征提取 10粘贴位置及倾斜边缘提取 几何变换 11 色差超标 配合部 色空间变换 12 配合间隙 断差超 标 两个边界各选三点 按实测距离差计算 13印刷品正误色空间变换 特征提取 匹配 14 编码 铭牌 台面 贴 二维码 主控 板 能耗贴一致否 色空间变换 特征提取 匹配 模糊控制的精选参数自整定信号识别模糊控制的精选参数自整定信号识别 系统假定每个有用信号为近似的高斯单脉冲信号 下图即为同一通道中两 个有用信号输入 输出的时间关系图 当采样数据大于设置的有用信号开始阀值 V1 时 表示一个有用信号的开始 也是输出脉冲延时记时的开始 而当采样数据小于设置的有用信号结束阀值 V2 时 表示一个有用信号的结束 上图中的 Tg Td 和 Tw 分别表示两个有用信号之 间的时间间隔 设定的输出脉冲的延时和宽度时间 为各通道引入有用信号标 志位变量 Record k 及记录当前有用信号的数目变量 Num k 系统中每个通道输出信号时间的控制包括延时时间及脉冲宽度时间两个内 容 给各通道引入延时时间变量 Delay time k 根据各通道当前有用信号记录 数目来记录各有用信号的延时时间 从各有用信号开始时刻开始其延时记时 在延时到达给定值时停止延时记时 并取消该信号的记录 据此上述信号记数 的算法应修正为 给各通道引入记录当前需要宽度处理的信号数目变量 WidthNo k 以及对应 的输出脉冲宽度变量 WidthTime k 则由前文可以得出输出脉冲宽度时间计时的 算法为 当设定的宽度时间大于有用信号出现的时间间隔时 每个通道输出状态和所 有信号的延时及宽度确定的状态有关引入延