介紹機(jī)器視覺(jué)在布匹生產(chǎn)在線檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯介紹機(jī)器視覺(jué)在布匹生產(chǎn)在線檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)是自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的一個(gè)重要分支科學(xué)，是在儀器儀表的使用、研制、生產(chǎn)、的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門(mén)綜合性技術(shù)。自動(dòng)檢測(cè)就是在測(cè)量和檢驗(yàn)過(guò)程中完全不需要或僅需要很少的人工干預(yù)而自動(dòng)進(jìn)行并完成的。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)可以提高自動(dòng)化水平和程度，減少人為干擾因素和人為差錯(cuò)，可以提高生產(chǎn)過(guò)程或設(shè)備的可靠性及運(yùn)行效率。

一、布匹生產(chǎn)在線檢測(cè)概述

自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)作為一種快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確采集與處理信息的高新技術(shù)，已逐漸成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力不可缺少的技術(shù)工具和手段。自動(dòng)檢測(cè)的任務(wù)主要有兩種，一是將被測(cè)參數(shù)直接測(cè)量并顯示出來(lái)，以告訴人們或其他系統(tǒng)有關(guān)被測(cè)對(duì)象的變化情況，即通常而言的自動(dòng)檢測(cè)或自動(dòng)測(cè)試；二是用作自動(dòng)控制系統(tǒng)的前端系統(tǒng)，以便根據(jù)參數(shù)的變化情況做出相應(yīng)的控制決策，實(shí)施自動(dòng)控制。計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化，正好適合于快速實(shí)時(shí)地檢測(cè)。機(jī)器視覺(jué)就是用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是指通過(guò)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專(zhuān)用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)；圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。

二、項(xiàng)目要求

在布匹的生產(chǎn)過(guò)程中，像布匹質(zhì)量檢測(cè)這種有高度重復(fù)性和智能性的工作只能靠人工檢測(cè)來(lái)完成，在現(xiàn)代化流水線后面常?？煽吹胶芏嗟臋z測(cè)工人來(lái)執(zhí)行這道工序，給企業(yè)增加巨大的人工成本和管理成本的同時(shí)，卻仍然不能保證100%的檢驗(yàn)合格率。

流水線進(jìn)行自動(dòng)化的改造，使布匹生產(chǎn)流水線變成快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的流水線。在流水線上，所有布匹的顏色、及數(shù)量都要進(jìn)行自動(dòng)確認(rèn)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“布匹檢測(cè)”）?，F(xiàn)在采用機(jī)器視覺(jué)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)完成以前由人工來(lái)完成的工作。數(shù)字式測(cè)量系統(tǒng)目前主要是帶微機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)，是由傳感器、信號(hào)調(diào)理器、輸入接口、中央處理器組件、輸出接口和顯示記錄等外圍設(shè)備組成。

三、項(xiàng)目方案

機(jī)器視覺(jué)是在沒(méi)有人工干預(yù)的情況下使用計(jì)算機(jī)來(lái)處理和分析圖像信息并作出結(jié)論。機(jī)器視覺(jué)的特點(diǎn)是自動(dòng)化、客觀、非接觸和高精度，與一般意義上的圖像處理系統(tǒng)相比，機(jī)器視覺(jué)強(qiáng)調(diào)的是精度和速度，以及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的可靠性。

在機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用中，包括以下幾個(gè)過(guò)程：

圖像采集

通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)，由相機(jī)采集圖像，圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式式并傳入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器。

圖像處理

圖像處理（imageprocessing），用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行分析，以達(dá)到所需結(jié)果的技術(shù)。又稱(chēng)影像處理?；緝?nèi)容圖像處理一般指數(shù)字圖像處理。數(shù)字圖像是指用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、掃描儀等設(shè)備經(jīng)過(guò)采樣和數(shù)字化得到的一個(gè)大的二維數(shù)組，該數(shù)組的元素稱(chēng)為像素，其值為一整數(shù)，稱(chēng)為灰度值。圖像處理技術(shù)的主要內(nèi)容包括圖像壓縮，增強(qiáng)和復(fù)原，匹配、描述和識(shí)別3個(gè)部分。常見(jiàn)的處理有圖像數(shù)字化、圖像編碼、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像分割和圖像分析等。圖像處理一般指數(shù)字圖像處理。雖然某些處理也可以用光學(xué)方法或模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)，但它們遠(yuǎn)不及數(shù)字圖像處理那樣靈活和方便，因而數(shù)字圖像處理成為圖像處理的主要方面。

特性提取

處理器識(shí)別并量化圖像的關(guān)鍵特性，例如布匹的顏色和雜質(zhì)的形狀等等。然后這些數(shù)據(jù)傳送到控制程序。

判決和控制

處理器的控制程序根據(jù)收到的數(shù)據(jù)做出結(jié)論。例如：這些數(shù)據(jù)包括雜質(zhì)的直徑是否在要求規(guī)格之內(nèi)或者布匹的顏色是否合格。

視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)：是運(yùn)用系統(tǒng)的、統(tǒng)一的視覺(jué)符號(hào)系統(tǒng)，對(duì)外傳達(dá)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)理念與形象信息，是企業(yè)識(shí)別系統(tǒng)中有傳播力和感染力的要素，它接觸的層面是廣泛，可快速而明確地達(dá)成認(rèn)知與識(shí)別的目的。視覺(jué)識(shí)別是靜態(tài)的識(shí)別符號(hào)具體化、視覺(jué)化的傳達(dá)形式，項(xiàng)目多，層面廣，效果更直接。視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)屬于CIS中的VI，也就是VisualIndentity.視覺(jué)識(shí)別（VI）是以企業(yè)標(biāo)志、標(biāo)準(zhǔn)字體、標(biāo)準(zhǔn)色彩為展開(kāi)的完整、體系的視覺(jué)傳達(dá)體系，是將企業(yè)理念、文化特質(zhì)、服務(wù)內(nèi)容、企業(yè)規(guī)范等抽象語(yǔ)意轉(zhuǎn)換為具體符號(hào)的概念，塑造出獨(dú)特的企業(yè)形象。視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)分為基本要素系統(tǒng)應(yīng)用要素系統(tǒng)兩方面。

下面就布匹檢測(cè)系統(tǒng)提出詳細(xì)方案設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)：

圖像處理軟件

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，視覺(jué)信息的處理技術(shù)主要依賴(lài)于圖像處理方法，它包括圖像增強(qiáng)、數(shù)據(jù)編碼和傳輸、平滑、邊緣銳化、分割、特征抽取、圖像識(shí)別與理解等內(nèi)容。經(jīng)過(guò)這些處理后，輸出圖像的質(zhì)量得到相當(dāng)程度的改善，既改善了圖像的視覺(jué)效果，又便于計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行分析、處理和識(shí)別。

特征提取辨識(shí)

一般布匹檢測(cè)（自動(dòng)識(shí)別）先利用高清晰度、高速攝像鏡頭拍攝標(biāo)準(zhǔn)圖像，在此基礎(chǔ)上設(shè)定一定標(biāo)準(zhǔn)。但是在布匹質(zhì)量檢測(cè)工程中要復(fù)雜一些：

1.圖像的內(nèi)容不是單一的圖像，每塊被測(cè)區(qū)域存在的雜質(zhì)的數(shù)量、大小、顏色、位置不一定一致。

2.雜質(zhì)的形狀難以事先確定。

3.由于布匹快速運(yùn)動(dòng)對(duì)光線產(chǎn)生反射，圖像中可能會(huì)存在大量的噪聲。

4.在流水線上，對(duì)布匹進(jìn)行檢測(cè)，有實(shí)時(shí)性的要求。

由于上述原因，圖像識(shí)別處理時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的算法，提取雜質(zhì)的特征，進(jìn)行模式識(shí)別，實(shí)現(xiàn)智能分析。

Color檢測(cè)

一般而言，從彩色CCD相機(jī)中獲取的圖像都是RGB圖像。也就是說(shuō)每一個(gè)像素都由紅（R）綠（G）籃（B）三個(gè)成分組成，來(lái)表示RGB色彩空間中的一個(gè)點(diǎn)。問(wèn)題在于這些色差不同于人眼的感覺(jué)。即使很小的噪聲也會(huì)改變顏色空間中的位置。所以無(wú)論我們?nèi)搜鄹杏X(jué)有多么的近似，在顏色空間中也不盡相同?；谏鲜鲈颍覀冃枰獙GB像素轉(zhuǎn)換成為另一種顏色空間CIELAB。目的就是使我們?nèi)搜鄣母杏X(jué)盡可能的與顏色空間中的色差相近。

Blob檢測(cè)

根據(jù)上面得到的處理圖像，根據(jù)需求，在純色背景下檢測(cè)雜質(zhì)色斑，并且要計(jì)算出色斑的面積，以確定是否在檢測(cè)范圍之內(nèi)。因此圖像處理軟件要具有分離目標(biāo)，檢測(cè)目標(biāo)，并且計(jì)算出其面積的功能。

Blob分析（BlobAnalysis）是對(duì)圖像中相同像素的連通域進(jìn)行分析，該連通域稱(chēng)為Blob。經(jīng)二值化（BinaryThresholding）處理后的圖像中色斑可認(rèn)為是blob。Blob分析工具可以從背景中分離出目標(biāo)，并可計(jì)算出目標(biāo)的數(shù)量、位置、形狀、方向和大小，還可以提供相關(guān)斑點(diǎn)間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在處理過(guò)程中不是采用單個(gè)的像素逐一分析，而是對(duì)圖形的行進(jìn)行操作。圖像的每一行都用游程長(zhǎng)度編碼（RLE）來(lái)表示相鄰的目標(biāo)范圍。這種算法與基于象素的算法相比，大大提高處理速度。

結(jié)果處理和控制

根據(jù)識(shí)別的結(jié)果，存入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行信息管理。以后可以隨時(shí)對(duì)信息進(jìn)行檢索查詢(xún)，管理者可以獲知某段時(shí)間內(nèi)流水線的忙閑，為下一步的工作作出安排；可以獲知近期內(nèi)布匹的質(zhì)量情況等等。

四、用戶(hù)界面及操作

項(xiàng)目要求利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，智能的識(shí)別出流水線上布匹的所有雜質(zhì)以及它們的數(shù)量、大小。根據(jù)項(xiàng)目要求，我們?cè)O(shè)計(jì)如下：

（1）圖像顯示區(qū)：實(shí)時(shí)的顯示由相機(jī)采集的彩色圖像，系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前的圖像內(nèi)容實(shí)時(shí)的識(shí)別布匹信息。

（2）信息顯示區(qū)：把圖像的內(nèi)容——各種雜質(zhì)的數(shù)量實(shí)時(shí)的顯示到表格里。系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)（如：實(shí)時(shí)檢測(cè)，停止檢測(cè)，觸發(fā)信號(hào)狀態(tài)）實(shí)時(shí)的顯示在狀態(tài)顯示欄中，以便于操作人員了解系統(tǒng)狀態(tài)。

（3）信息管理區(qū)：管理人員可隨時(shí)查看流水線的統(tǒng)計(jì)信息。操作人員可以靈活的配置系統(tǒng)的配置信息（如：數(shù)據(jù)庫(kù)的配置，控制模塊通訊配置，識(shí)別參數(shù)的校正）。權(quán)限管理控制系統(tǒng)使用者的操作權(quán)限。

五、布匹顏色學(xué)習(xí)工具

我們開(kāi)發(fā)了布匹顏色學(xué)習(xí)工具，此工具界面友好，操作簡(jiǎn)單。

布匹顏色學(xué)習(xí)工具

一種顏色應(yīng)該提供多個(gè)模板圖像進(jìn)行訓(xùn)練，這樣可以提高識(shí)別的能力。學(xué)習(xí)完畢后要保存成CLF文件，以后模式識(shí)別就按照保存特征進(jìn)行識(shí)別。

六?？偨Y(jié)

視覺(jué)系統(tǒng)涉及到光學(xué)和圖像處理算法，本身就是高度化的產(chǎn)品，尤其在整個(gè)識(shí)別控制系統(tǒng)中，還要與運(yùn)動(dòng)控制