VPLC系列機(jī)器視覺運(yùn)動控制一體機(jī)快速入門（九）

此前，我們依次講解了軟硬件介紹及計(jì)數(shù)實(shí)例、相機(jī)的基本使用、基于形狀匹配的視覺定位、BLOB有無檢測、測量尺寸、機(jī)器視覺方案中使用到的標(biāo)定功能、ZDevelop軟件實(shí)現(xiàn)識別條形碼和二維碼，以及測量點(diǎn)/直線/圓的功能。

本期課程我們和大家一起分享機(jī)器視覺中使用到的簡單的外觀檢測功能---檢測劃痕。

一、原理

外觀檢測是機(jī)器視覺技術(shù)中一個重要的檢測功能，它可以檢測產(chǎn)品表面的臟污、瑕疵、缺陷、毛邊、劃痕等不良因素。在包裝行業(yè)和生產(chǎn)制造業(yè)被廣泛應(yīng)用。

1.劃痕檢測的原理是什么?

由于劃痕是隨機(jī)出現(xiàn)且不具有固定形態(tài)的特征，因此無法使用匹配等定位功能檢測判斷劃痕。這時就需要用到形態(tài)學(xué)處理提取劃痕特征，再配合BOLB檢測判斷劃痕有無。

劃痕檢測是使用形態(tài)學(xué)方法(如頂帽算法)將灰度圖像轉(zhuǎn)換成二值化圖像后，提取劃痕的圖像特征，再使用BLOB檢測對劃痕的特征進(jìn)行有無檢測。

2.什么是頂帽算法?

頂帽算法是將原始的圖像(逐像素)減去開運(yùn)算的圖像，得到開運(yùn)算中消除的小面積的局部亮像素區(qū)域的一種形態(tài)學(xué)處理方法。

開運(yùn)算是先進(jìn)行腐蝕，再進(jìn)行膨脹的一種形態(tài)學(xué)處理方法。開運(yùn)算可以去除一些孤立的、細(xì)小的亮區(qū)域，平滑有毛刺的邊緣線，同時原區(qū)域的面積不會發(fā)生明顯變化。對于灰度值高于產(chǎn)品灰度值的(亮)劃痕可用頂帽算法檢測出來。

3.什么是黑帽算法?

黑帽算法是將閉運(yùn)算圖像(逐像素)減去原始的圖像，得到閉運(yùn)算中消除的小面積的局部暗像素區(qū)域的一種形態(tài)學(xué)處理方法。

閉運(yùn)算是先進(jìn)行膨脹，再進(jìn)行腐蝕的一種形態(tài)學(xué)處理方法。閉運(yùn)算可以去除一些孤立的、細(xì)小的暗區(qū)域，同時原區(qū)域的面積不會發(fā)生明顯變化。閉運(yùn)算還可以填充小面積的亮區(qū)域的空洞，使分離的亮邊緣相連接。對于灰度值低于產(chǎn)品灰度值的(暗)劃痕可用黑帽算法檢測出來。

二、劃痕檢測特點(diǎn)

1.依賴形態(tài)學(xué)處理

需要將檢測圖像轉(zhuǎn)換成二值化圖像，并使用形態(tài)學(xué)處理圖像突出檢測特征。

2.無固定形狀特征

劃痕都是隨機(jī)出現(xiàn)的無特定形狀的特征，因此無法通過匹配進(jìn)行檢測。

3.基于BLOB檢測

提取出劃痕特征后需要使用BLOB檢測出連通的劃痕區(qū)域。

4.需要一定對比度

劃痕和待檢測產(chǎn)品需要滿足一定的對比度，才能使用形態(tài)學(xué)處理方法提取對應(yīng)特征。

1.打開ZDevelop軟件：新建項(xiàng)目→新建HMI文件→新建main.bas文件，用于編寫界面響應(yīng)函數(shù)→新建global_variable.bas文件用于存放全局變量并開啟HMI自動運(yùn)行任務(wù)→新建InitParam.bas文件用于初始化測量參數(shù)→新建camera.bas文件用于實(shí)現(xiàn)相機(jī)采集功能→新建draw.bas文件用于更新繪制圖形刷新界面→文件添加到項(xiàng)目。

2.設(shè)計(jì)HMI界面。

3.在global_variable.bas文件中定義全局變量，定義完成后運(yùn)行Hmi.hmi文件。

'''''全局變量大部分使用數(shù)組結(jié)構(gòu)'''''

''注：basic編程中很多函數(shù)會以TABLE(系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))做為參數(shù)

''在這里table均是做為中間變量

''table 21-22,鼠標(biāo)按鍵,控件坐標(biāo)系

''table 31-35,旋轉(zhuǎn)矩ROI參數(shù)，cx、cy、width、height、angle，控件坐標(biāo)系

''table 41-45,旋轉(zhuǎn)矩形控件坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后對應(yīng)的圖像坐標(biāo)，圖像坐標(biāo)系

''table 51-56,圓環(huán)ROI參數(shù)，cx、cy、圓環(huán)中線半徑r、圓環(huán)半寬ann_R、起始角度stAngle、角度范圍entAngle，控件坐標(biāo)系

''table 61-66,圓環(huán)控件坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后對應(yīng)的圖像坐標(biāo)，圖像坐標(biāo)系

'主任務(wù)狀態(tài)

'0 - 未初始化

'1 - 停止

'2 - 運(yùn)行中

'3 - 正在停止

GLOBAL DIM main_task_state

main_task_state = 1

'采集開關(guān)

'0 - 停止采集

'1 - 請求采集

GLOBAL DIM grab_switch

grab_switch = 0

'相機(jī)個數(shù)

GLOBAL cam_num

cam_num = 0

'相機(jī)種類,"zmotion;mvision;basler;mindvision;huaray"

GLOBAL DIM CAMERA_TYPE(16)

CAMERA_TYPE = "mvision"

' 定義主任務(wù)id - 10

GLOBAL DIM main_task_id

main_task_id = 10

'定義連續(xù)采集任務(wù)id - 9

GLOBAL DIM grab_task_id

grab_task_id = 9

'定義全局圖像變量

GLOBAL ZVOBJECT grabImg '采集圖像

GLOBAL ZVOBJECT binImg '二值化圖像

GLOBAL ZVOBJECT disImg '顯示圖像

'定義常用顏色變量

GLOBAL C_RED, C_GREEN, C_BLUE, C_YELLOW

C_RED = RGB(255, 0, 0)

C_GREEN = RGB( 0,255, 0)

C_BLUE = RGB( 0, 0,255)

C_YELLOW= RGB(255,255, 0)

GLOBAL DIM d_def_num '定義劃痕數(shù)量結(jié)果

GLOBAL DIM d_def_state '定義狀態(tài)結(jié)果

'定義劃痕數(shù)據(jù)結(jié)果存儲數(shù)組變量

GLOBAL DIM value(10000),id

'旋轉(zhuǎn)矩形ROI參數(shù)：cx、cy、width、height、angle

GLOBAL DIM d_roi_rect2(5)

'檢測參數(shù)：劃痕類型、檢測方向、檢測尺寸、對比度、最小面積、最大面積

GLOBAL DIM d_detect_param(6)

'***********定義讀取本地文件功能相關(guān)變量**************

''注意，該功能只在使用仿真器時有效

'定義是否使用本地圖片標(biāo)志

GLOBAL DIM d_use_imgfile

d_use_imgfile=1

'定義本地圖片索引

GLOBAL DIM d_index

d_index=0

'定義讀取圖片的路徑

GLOBAL DIM File_Name(100)

'***********結(jié)束定義讀取本地文件功能相關(guān)變量**********

'運(yùn)行HMI文件

RUN "Hmi.hmi",1

4.在InitParam.bas文件中初始化測量參數(shù)。

end

GLOBAL SUB init_detect_param()'初始化測量參數(shù)

d_def_num = 0 '劃痕結(jié)果初始化為0

d_def_state = 0 '狀態(tài)結(jié)果初始化為0

TABLE(1)=1

'初始化roi參數(shù)

d_roi_rect2(0) = 160.0 'roi中心x

d_roi_rect2(1) = 120.0 'roi中心y

d_roi_rect2(2) = 80.0 'roi寬

d_roi_rect2(3) = 60.0 'roi高

d_roi_rect2(4) = 0.0 'roi角度

TABLE(31) = d_roi_rect2(0) '將roi變量賦值給起始地址為31的table數(shù)組

TABLE(32) = d_roi_rect2(1)

TABLE(33) = d_roi_rect2(2)

TABLE(34) = d_roi_rect2(3)

TABLE(35) = d_roi_rect2(4)

'初始化檢測參數(shù)：劃痕類型、檢測方向、檢測尺寸、對比度、最小面積、最大面積

d_detect_param(0) = 0 '初始化劃痕類型為暗

d_detect_param(1) = 2 '初始化檢測方向?yàn)閄軸和Y軸

d_detect_param(2) = 4 '初始化檢測尺寸為4

d_detect_param(3) = 20 '初始化對比度為20

d_detect_param(4) = 2000 '初始化最小面積為2000個像素

d_detect_param(5) = 7000 '初始化最大面積為7000個像素

'將劃痕結(jié)果變量賦值為0

for i=0 to 100

value(i)=0

next

END SUB

5.關(guān)聯(lián)HMI界面值顯示控件變量。

6.在main.bas文件中添加HMI界面初始化函數(shù)并在Hmi系統(tǒng)設(shè)置中關(guān)聯(lián)初始化函數(shù)。

'HMI界面初始化函數(shù)

GLOBAL SUB hmi_init()

grab_switch = 0 '初始化采集開關(guān)為停止采集

main_task_state = 1 '初始化主任務(wù)狀態(tài)為停止?fàn)顟B(tài)

'初始化時依據(jù)圖像分辨率設(shè)置區(qū)域的裁剪尺寸，此處圖像分辨率為1280x960

ZV_RESETCLIPSIZE(1280, 960)

'設(shè)置鎖存通道0的大小，以適應(yīng)圖片元件控件大小

ZV_LATCHSETSIZE(0, HMI_CONTROLSIZEX(10, 7), HMI_CONTROLSIZEY(10, 7))

ZV_SETSYSINT("LineWidth",5) '設(shè)置繪制畫筆寬度為5個像素

init_detect_param() '初始化測量參數(shù)

ZV_LATCHCLEAR(0) '清空鎖存通道0

ZV_LATCHCLEAR(1) '清空鎖存通道1

END SUB

7.在camera.bas文件中添加HMI界面中采集相關(guān)按鈕響應(yīng)的函數(shù)并關(guān)聯(lián)動作函數(shù)。

end

'主界面按下掃描相機(jī)按鈕時響應(yīng)的函數(shù)

GLOBAL SUB cam_scan_all()

if(d_use_imgfile=1)then

?"請先按下使用本地圖片按鈕關(guān)閉該功能"

return

endif

ZV_SETSYSINT("LogLevel", 7) '設(shè)置控制器信息

ZV_SETSYSSTR("DataDir","")

CAM_SCAN(CAMERA_TYPE) '掃描相機(jī)，CAMERA_TYPE="mvision"

cam_num = CAM_COUNT() '獲取掃描到的相機(jī)數(shù)量

if (0 = cam_num) then '如果相機(jī)數(shù)量=0，打印提示信息

? "未找到相機(jī)"

return '退出子函數(shù)，不往下執(zhí)行

endif

?"cam_num = " cam_num '如果掃描到相機(jī)，打印相機(jī)數(shù)量

CAM_SEL(0) '選擇掃描到的第一個相機(jī)進(jìn)行操作

CAM_SETEXPOSURE(5000) '設(shè)置相機(jī)曝光時間為5000us

CAM_SETMODE(0) '設(shè)置軟件觸發(fā)模式

CAM_START(0) '開啟相機(jī)

END SUB

'主界面按下單次采集按鈕執(zhí)行的函數(shù)

GLOBAL SUB btn_grab()

'如果d_use_imgfile=1時使用讀取本地圖片功能，使用控制器時請將此部分代碼注釋掉

if (d_use_imgfile=1) then

if(d_index=3) then

d_index=0

endif

File_Name="\9"+TOSTR(d_index,1,0)+".bmp" '.../flash/9/目錄下的圖片所在的路徑名稱

ZV_IMGREAD(grabImg,File_Name,1)

ZV_LATCH(grabImg, 0)

d_index=d_index+1

return

endif

''讀取本地圖片功能結(jié)束

'如果相機(jī)數(shù)量為0，提示先掃描相機(jī)，并退出子函數(shù)不往下執(zhí)行

if cam_num = 0 then

?"請先掃描相機(jī)!"

return

endif

CAM_SETPARAM("TriggerSoftware", 0) '發(fā)送觸發(fā)指令

CAM_GET(grabImg, 0) '獲取一幀圖像存放到grabImg變量中

ZV_LATCH(grabImg, 0) '將圖像顯示到鎖存通道0中

END SUB

'主界面按下連續(xù)采集按鈕響應(yīng)的函數(shù)

GLOBAL SUB btn_cgrab()

if grab_switch =1 then '如果已經(jīng)處于連續(xù)執(zhí)行狀態(tài)，打印提示信息并退出函數(shù)

?"正在連續(xù)運(yùn)行中，請勿重復(fù)操作!"

return

endif

if( d_use_imgfile =0) then '如果使用相機(jī)采集功能

if cam_num = 0 then '判斷如果相機(jī)數(shù)量=0，打印提示信息并退出函數(shù)

?"請先掃描相機(jī)!"

return

endif

endif

grab_switch = 1 '采集任務(wù)開關(guān)置1

if (1 = grab_switch) then

if (0 = PROC_STATUS(grab_task_id)) then

RUNTASK grab_task_id, grab_task '開啟連續(xù)采集任務(wù)

endif

endif

END SUB

'采集任務(wù)實(shí)現(xiàn)函數(shù)

grab_task:

while(1)

if (0 = grab_switch) then '如果采集任務(wù)開關(guān)=0即停止采集按鈕按下時

exit while '退出循環(huán)

endif

'grab_switch=1時重復(fù)執(zhí)行以下操作

btn_grab()'單次采集按鈕響應(yīng)的函數(shù)

wend

END

'主界面按下停止采集按鈕響應(yīng)的函數(shù)

GLOBAL SUB btn_stopCgrab()

if grab_switch =0 then '如果已經(jīng)處于停止采集狀態(tài)，打印提示信息并退出函數(shù)

?"未開啟連續(xù)采集!"

return

endif

grab_switch = 0 '將采集任務(wù)開關(guān)置0

END SUB

8.在draw.bas文件中添加檢測ROI更新繪制函數(shù)，并在自定義元件屬性窗口中關(guān)聯(lián)刷新函數(shù)和繪制函數(shù)。

end

'和繪制(即選擇ROI)有關(guān)的界面的刷新繪制函數(shù)放在這個bas文件里

DIM is_redraw '繪圖標(biāo)志，0表示未進(jìn)行繪制，1表示正在進(jìn)行繪制

is_redraw = 0

DIM hit_pos '定義調(diào)整操作標(biāo)志

'根據(jù)鼠標(biāo)操作更新ROI位置區(qū)域函數(shù)

GLOBAL SUB update_roi()

if mouse_scan(21) = 1 then '掃描鼠標(biāo)按下操作

'只有按下時可以改變擊中位置，獲取鼠標(biāo)點(diǎn)擊位置對應(yīng)的擊中區(qū)域編號

hit_pos = ZV_HMIADJRECT2(table(21), table(22), 31, -1)

is_redraw = 1 '繪圖標(biāo)志置1

endif

if mouse_scan(21) = -1 then '掃描鼠標(biāo)松開操作

'根據(jù)區(qū)域編號調(diào)整roi區(qū)域位置

ZV_HMIADJRECT2(table(21), table(22), 31, hit_pos)

is_redraw = 1 '繪圖標(biāo)志置1

endif

if (MOUSE_state(21)) then '鼠標(biāo)按下時

'根據(jù)區(qū)域編號調(diào)整roi區(qū)域位置

ZV_HMIADJRECT2(table(21), table(22), 31, hit_pos)

is_redraw = 1 '繪圖標(biāo)志置1

endif

if (1 = is_redraw) then '如果繪制標(biāo)志=1

is_redraw = 0 '繪圖標(biāo)志置0

'控件roi坐標(biāo)轉(zhuǎn)圖像roi坐標(biāo)，控件坐標(biāo)存放在起始地址為111的數(shù)組，圖像坐標(biāo)存放在起始地址為50的數(shù)組

ZV_POSTOIMG(0, 1, 31, 41)

d_roi_rect2(0) = TABLE(41)'將圖像坐標(biāo)的數(shù)據(jù)賦值給ROI變量

d_roi_rect2(1) = TABLE(42)

d_roi_rect2(2) = ZV_LENTOIMG(0, TABLE(33))

d_roi_rect2(3) = ZV_LENTOIMG(0, TABLE(34))

d_roi_rect2(4) = TABLE(35)

SET_REDRAW '重新繪制全部區(qū)域

endif

END SUB

'ROI區(qū)域更新后實(shí)時繪制ROI區(qū)域

GLOBAL SUB draw_roi()

SET_COLOR(C_BLUE) '設(shè)置畫筆顏色為藍(lán)色

ZV_HMIRECT2(31, 300) '將旋轉(zhuǎn)矩形roi分解為HMI支持的繪圖圖元并添加控制參數(shù)，便于HMI繪圖顯示

DRAWLINE(TABLE(300), TABLE(301), TABLE(302), TABLE(303)) '繪制外矩形

DRAWLINE(TABLE(302), TABLE(303), TABLE(304), TABLE(305))

DRAWLINE(TABLE(304), TABLE(305), TABLE(306), TABLE(307))

DRAWLINE(TABLE(306), TABLE(307), TABLE(300), TABLE(301))

END SUB

9.在main.bas文件中添加HMI界面按下【上一頁】按鈕時響應(yīng)的函數(shù)并關(guān)聯(lián)動作函數(shù)名。

'HMI界面按下上一頁按鈕時響應(yīng)的函數(shù)

GLOBAL SUB last_()

id=id-1 'id變量自減1

if id<0 then '如果id變量<0

id =0 'id=0

endif

END SUB

10.在main.bas文件中添加HMI界面按下【下一頁】按鈕時響應(yīng)的函數(shù)并關(guān)聯(lián)動作函數(shù)名。

'HMI界面按下下一頁按鈕時響應(yīng)的函數(shù)

GLOBAL SUB next_()

id=id+1 'id變量自加1

END SUB

11.在main.bas文件中添加HMI界面按下【測試】按鈕時響應(yīng)的函數(shù)并關(guān)聯(lián)動作函數(shù)名。

'HMI界面按下測試按鈕時響應(yīng)的函數(shù)

GLOBAL SUB btn_test()

for i=0 to 100 '檢測前先將結(jié)果數(shù)據(jù)清零

value(i)=0

next

'定義二值化白色區(qū)域、二值化區(qū)域、二值化黑色區(qū)域、連通區(qū)域、檢測結(jié)果、劃痕輸出圖像、輸出結(jié)果矩陣、結(jié)果列表

GLOBAL ZVOBJECT regionWhite, regionMask, regionBlack,re_connecte,rst,outImg,mat,relist

'根據(jù)ROI數(shù)據(jù)生成檢測區(qū)域ROI

ZV_REGENRECT2(regionMask, d_roi_rect2(0), d_roi_rect2(1), d_roi_rect2(2), d_roi_rect2(3), d_roi_rect2(4))

'表面外觀缺陷檢測算子，傳參分別是：輸入圖像、檢測區(qū)域、輸出檢測結(jié)果、檢測劃痕類型、檢測軸、檢測尺寸、對比度閾值、最小面積、最大面積

ZV_DEFDETECTSUR_(grabImg,regionMask,rst,d_detect_param(0),d_detect_param(1),d_detect_param(2),d_detect_param(3),d_detect_param(4),d_detect_param(5))

'獲取缺陷結(jié)果算子，傳參分別是：檢測結(jié)果、輸出缺陷圖像、數(shù)據(jù)結(jié)果矩陣、結(jié)果列表、輸出圖像類型、輸出結(jié)果排序類型

ZV_DEFGETSURRST_(rst,outImg,mat,relist,2,0)'獲取缺陷結(jié)果

ZV_LATCH(outImg,1)'將缺陷結(jié)果圖像顯示到鎖存通道1中

ZV_MATINFO(mat,50)'獲取結(jié)果矩陣的信息并存放到起始地址為50的變量中

d_def_num=table(50)'將矩陣行數(shù)即劃痕數(shù)量賦值給結(jié)果變量

if (TABLE(50)=0) then '如果檢測到的劃痕數(shù)量=0，則結(jié)果狀態(tài)=1

d_def_state=1

else d_def_state=0

endif

?TABLE(50),TABLE(51)'打印提示矩陣的行數(shù)和列數(shù)信息

for i = 0 to TABLE(50)-1 '循環(huán)給數(shù)據(jù)結(jié)果變量賦值

'獲取第i行矩陣數(shù)據(jù)結(jié)果，包括面積 周長，坐標(biāo)x，坐標(biāo)y

ZV_MATGETROW(mat, i, 4, 100+i*4)

value(i*4+0)=TABLE(100+i*4+0)'將table數(shù)據(jù)賦值給對應(yīng)變量

value(i*4+1)=TABLE(100+i*4+1)

value(i*4+2)=TABLE(100+i*4+2)

value(i*4+3)=TABLE(100+i*4+3)

next

END SUB

12.在main.bas文件中添加【運(yùn)行】按鈕響應(yīng)的函數(shù)并關(guān)聯(lián)動作函數(shù)。

HMI界面按下運(yùn)行按鈕時響應(yīng)的函數(shù)

GLOBAL SUB btn_run()

if(2 = main_task_state) then '如果主任務(wù)處于運(yùn)行中狀態(tài)

?"已經(jīng)開啟連續(xù)運(yùn)行任務(wù)，請勿重復(fù)操作!" '打印提示

return

endif

if (1 = main_task_state) then '如果主任務(wù)處于停止?fàn)顟B(tài)

if (0 = PROC_STATUS(main_task_id)) then'如果程序中任務(wù)未開啟

main_task_state = 2 '將主任務(wù)狀態(tài)設(shè)置為運(yùn)行中狀態(tài)

RUNTASK main_task_id, main_task'開啟主任務(wù)

endif

endif

END SUB

'主任務(wù)執(zhí)行的函數(shù)

main_task:

while(1)

'如果主任務(wù)狀態(tài)處于正在停止?fàn)顟B(tài)即停止按鈕按下時

if (3 = main_task_state) then

main_task_state = 1'將主任務(wù)狀態(tài)設(shè)置為停止?fàn)顟B(tài)

exit while '退出循環(huán)

endif

'否則循環(huán)執(zhí)行采集和檢測函數(shù)

btn_grab()

btn_test()

wend

END

13.在main.bas文件中添加【停止】按鈕響應(yīng)的函數(shù)并關(guān)聯(lián)動作函數(shù)。

HMI界面按下停止按鈕時響應(yīng)的函數(shù)

GLOBAL SUB btn_stop()

if (2 = main_task_state) then '如果主任務(wù)狀態(tài)處于2即任務(wù)運(yùn)行中時

main_task_state = 3 '將主任務(wù)狀態(tài)置為3，退出循環(huán)

endif

END SUB

本次，正運(yùn)動技術(shù)VPLC系列機(jī)器視覺運(yùn)動控制一體機(jī)快速入門(九)——外觀檢測功能---檢測劃痕，就分享到這里。