項(xiàng)目方案 - 機(jī)器視覺(jué)在布匹生產(chǎn)在線檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

　　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

　　處理器運(yùn)用不同的算法來(lái)處理對(duì)決策有重要影響的圖像要素，如對(duì)圖像進(jìn)行顏色辨識(shí)，面積、長(zhǎng)度測(cè)量，圖像增強(qiáng)，邊緣銳化，降噪等處理。

　　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)系統(tǒng)一般包括：光源、光學(xué)系統(tǒng)、相機(jī)、圖像處理單元、圖像分析處理軟件、監(jiān)視器、通訊/輸入輸出單元等。布匹檢測(cè)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的組成如下圖所示。視覺(jué)系統(tǒng)的輸出是經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理之后的檢測(cè)結(jié)果——各種雜質(zhì)的數(shù)量。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲得檢測(cè)結(jié)果后，指揮運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)或輸入輸出系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的控制動(dòng)作（如分選）。

　　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)；然后拍攝被檢測(cè)的圖像，再將兩者進(jìn)行對(duì)比。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。

　　我們使用德國(guó)Stemmer公司的機(jī)器視覺(jué)軟件開(kāi)發(fā)包-CVB中的color、blob工具，它適合于開(kāi)發(fā)顏色模式識(shí)別和斑點(diǎn)的檢測(cè)。

　　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（Blob Analysis）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（Binary Thresholding）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

　　應(yīng)用程序把返回的結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)或用戶(hù)指定的位置，并根據(jù)結(jié)果控制機(jī)械部分做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。

　　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。

　?。?）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)。

　?。?）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，例如：只有高級(jí)操作人員才能對(duì)系統(tǒng)信息進(jìn)行配置；只有擁有相應(yīng)權(quán)限的人員才能查看統(tǒng)計(jì)信息。

　　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、總結(jié)

　　視覺(jué)系統(tǒng)涉及到光學(xué)和圖像處理算法，本身就是高度專(zhuān)業(yè)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)控制系統(tǒng)配合完成后續(xù)操作。在本項(xiàng)目的視覺(jué)系統(tǒng)中提取識(shí)別對(duì)象顏色特征值，然后采用模式識(shí)別的方法，識(shí)別出不合格區(qū)域然后使用斑點(diǎn)分析判斷是否為雜質(zhì)。同時(shí)提到了整個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)部件的選擇和用戶(hù)界面的設(shè)計(jì)。

　　總之，應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)能夠大幅降低檢驗(yàn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，加快生產(chǎn)速度和效率。對(duì)于現(xiàn)代化企業(yè)來(lái)說(shuō)，意識(shí)到技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)并首先付諸實(shí)施者無(wú)疑將走在競(jìng)爭(zhēng)的前列。