一種平板玻璃機器視覺檢測中的斷裂劃痕連接方法

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1、一種平板玻璃機器視覺檢測中的斷裂劃痕連接方法 　　摘要：玻璃制品在深加工過程中易產(chǎn)生劃痕。玻璃視覺檢測系統(tǒng)中的閾值分割操作，會使某些劃痕在檢測圖像中斷裂，并可能得到錯誤的識別結(jié)果。本文根據(jù)劃痕的傾角和距離，將圖像中斷裂的劃痕連接，并得到了正確的識別結(jié)果。 　　關(guān)鍵詞：平板玻璃;機器視覺檢測;圖像;斷裂劃痕;連接 　　0 引言 　　隨著玻璃在航空、汽車等領(lǐng)域應(yīng)用的擴展，市場對高質(zhì)量玻璃的需求量日益增加[1]。玻璃制品在深加工過程中易產(chǎn)生劃痕[2]。利用人工目視對玻璃表面缺陷進行的檢測，具有速度慢、耗費人

2、力大、穩(wěn)定性差、準確性差及不便保存和檢索檢測數(shù)據(jù)等缺點[3-4]?；谝曈X的檢測具有非接觸、客觀、高效等優(yōu)點，已逐步用于玻璃表面缺陷檢測[2]。 　　針對玻璃的劃痕缺陷，文獻[1]提出了一種利用最小外接矩形理論來獲取二值化圖像劃痕特征參數(shù)的方法。但在實際圖像處理的過程中，因為各圖像灰度值不同，Ostu自動閾值分割操作，可能會使劃痕在二值化圖像中產(chǎn)生斷裂，成了兩條劃痕，如圖1所示。此結(jié)果與實際不符，因此有必要將類似的兩條劃痕連接成一條劃痕。 　　可以采用先膨脹后腐蝕的方法，將斷裂的劃痕連接。但膨脹腐蝕操作存在以下缺點： 　　(1)會對圖像的數(shù)據(jù)有所改變，進而改

3、變劃痕的本身的特征參數(shù); 　　(2)膨脹腐蝕操作相對較慢。 　　因此，本文先采用一定的判斷準則對兩條劃痕進行判斷，再對屬于同一劃痕缺陷的兩條劃痕的最小外接矩形合并成一個外接矩形，并統(tǒng)一其標記值;否則，不做任何處理。這樣，既能不破壞原有圖像，又能得到正確的劃痕特征參數(shù)。本文采用的判斷準則如下： 　　(1)兩條劃痕的傾角基本相同; 　　(2)兩條劃痕的鄰近點距離較近。 　　1 比較劃痕方向 　　掃描劃痕在圖像中所占的所有像素，找出相距最遠的兩像素點，利用它們連線的斜率可確定劃痕的傾角。但此方法需要重新掃描劃痕所在圖像內(nèi)的所有像

4、素，增加了運算量。文獻[1]定義并求取了最小外接矩形，并將其用于計算劃痕的長度。本文利用最小外接矩形計算劃痕的斜率及傾角，可提高檢測效率。 　　文獻[1]定義的劃痕最小外接矩形，應(yīng)滿足以下3個條件，如圖2所示： 　　(1)矩形的四邊應(yīng)分別平行于圖像邊界的四邊; 　　(2)矩形所覆蓋范圍內(nèi)的像素包含了劃痕缺陷的所有像素; 　　(3)矩形的長、寬在滿足以上兩條件的基礎(chǔ)上，應(yīng)分別最小。 　　圖2中線段AB和CD是與圖像橫向邊界平行的最小外接矩形的邊，稱為最小外接矩形的寬，寬度記為w;圖2中線段AC和BD是與圖像縱向邊界平行的最小外接矩形的邊

5、，稱為最小外接矩形的高，高度記為h。則劃痕的斜率： 　　(1) 　　顯然，用最小外接矩形來計算劃痕的斜率會出現(xiàn)以下兩種情況，如圖3所示。 　　圖3中，兩斜率K的絕對值相同，正負符號相反?？筛鶕?jù)劃痕頂行中點與最小外接矩形的兩頂點A、B間距離的關(guān)系，來判斷K的正負。劃痕頂行是指劃痕內(nèi)部的像素中，距離圖像頂部最近且具有相同縱坐標值y0的像素集合。劃痕頂行中點，就是以劃痕頂行像素的橫標的均值為橫標，以劃痕頂行像素的共同縱標y0為縱標的點E(， y0)。點E可能不屬于劃痕內(nèi)的像素，甚至它可能不與任何像素中心重合，如圖4所示。 　　由圖3知，如果點E距離點B

6、(xR，y0)更近，即：，則K>0;反之，如果點E距離點A(xL， y0)更近，即：，則K 　　時，根據(jù)式(1)，有： 　　(2) 　　根據(jù)式(2)，可計算所有劃痕的斜率，進而得到它們的傾角： 　　(3) 　　將這些傾角按下式兩兩比較，當(dāng)下式成立時，即可判定對應(yīng)劃痕的方向相近： 　　(4) 　　其中，和分別第i條和第j條劃痕的傾角，且i(j，表示兩條劃痕傾斜方向近似的精度。 　　2 計算劃痕之間的最小距離 　　根據(jù)兩條劃痕的最小外接矩形和斜率，可確定其鄰近點的距離。通過掃描兩條劃痕在圖像中所占的

7、所有所有點，也可確定其鄰近點距離，但此方法計算量較大。 　　如圖2所示，屬于同一劃痕缺陷的兩條劃痕(不妨稱為第i條劃痕和第j條劃痕)的最小外接矩形(Ri和Rj)，其中一個矩形必位于另一個矩形的下方;否則，不屬于同一劃痕缺陷。即：一個矩形的頂點A必位于另一個矩形的CD 邊的下方。此條件可通過比較一個矩形的頂點A縱標值與另一個矩形的頂點C(或頂點D)的縱標值來判斷。 　　不妨設(shè)，比較頂點A與頂點C縱標值的結(jié)果是Ri位于Rj的上方。當(dāng)這兩條劃痕的傾角相近時，會出現(xiàn)2種情況，如圖5所示。 　　若劃痕斜率為正，如圖5(a)所示，兩劃痕鄰近點距離l應(yīng)為線段CiBj的長度

8、;若劃痕斜率為負，如圖5(b)所示，l應(yīng)為線段DiAj的長度。當(dāng)下式成立時，即可判定對應(yīng)劃痕的鄰近點距離較近： 　　l 　　其中，表示判定兩條劃痕鄰近點距離的精度。 　　3 劃痕的連接 　　當(dāng)兩條劃痕(第i條和第j條劃痕)滿足傾角相近且其鄰近點接近時，即可判定它們屬于同一劃痕缺陷。應(yīng)將兩條劃痕連接成一條劃痕(即將其中一條劃痕所有像素的標記值均改為另一條劃痕的標記值)，并合并它們的最小外接矩形Ri和Rj。 　　根據(jù)兩劃痕的斜率和相對位置，可合并其最小外接矩形為新的矩形R。如圖5所示，Ri位于Rj的上方： 　　(1)當(dāng)劃痕的斜率為正時，如圖5(a)所示，Bi(xb，yb)和Cj(xc，yc)為新矩形R的兩個相對的頂點，則R的左右兩邊界分別為xc和xb，上下兩邊界分別為yb和yc; 　　推薦閱讀：《無損檢測》(月刊)1978年創(chuàng)刊，是應(yīng)用類技術(shù)刊物，全國無損檢測學(xué)學(xué)會刊，學(xué)會對外交流指定用刊，在國內(nèi)外頗具影中央委員，為國內(nèi)無損檢測領(lǐng)域權(quán)威刊物。