產(chǎn)品裂紋與劃痕的機(jī)器視覺檢測

采用適配濾波器剔除重復(fù)圖案

黃金參照法在某些情況下可以剔除部件重復(fù)圖案，如網(wǎng)格。但如果缺乏對部件結(jié)構(gòu)、反射率或透射率的控制，就可能會產(chǎn)生錯誤信號。而適配濾波器可解決這一問題。

適配濾波器的基本原理是采用一種與部件重復(fù)圖案的空間頻率相匹配的濾波器，濾除重復(fù)圖案，僅保留較為完好的表面缺陷——優(yōu)化表面缺陷的信噪比。使用適配濾波器的優(yōu)點包括：容忍濾波器與輸入圖像未對齊，以及在歸一化后容忍圖案的灰度變化。

一個辦法是，采用Teledyne DALSA 視覺軟件Sherlock里的特殊算法將重復(fù)圖案轉(zhuǎn)換成空間頻率，生成適配濾波器。接著，在空間頻率域中，用輸入圖像減去適配濾波器，有效去除輸入圖像中與濾波器頻率相匹配的那部分空間頻率。如果不需要識別出表面缺陷的部位和結(jié)構(gòu)，在空間頻率域中即可完成缺陷檢測工作。或者，也可使用其逆變換法，繪出剔除重復(fù)圖案后的空間灰度圖像，然后在得到的空域中進(jìn)行檢測。

如果表面缺陷的空間頻率與濾波器的空間頻率出現(xiàn)重疊，那么該缺陷會被削弱。如果重疊部分較大，那么，濾波后的信號強度不足以保證缺陷檢測的可靠性。

圖2 上行(左起)： 合格件、單道劃痕、多道劃痕 下行(左起)：合格件、單道劃痕濾波后、多道劃痕濾波后

結(jié)構(gòu)法

即便采用了上述方法，由于缺陷信號強度通常過小，往往會降低檢測的可靠性。結(jié)構(gòu)法主要應(yīng)用缺陷結(jié)構(gòu)的已有信息，提高檢測效果。例如，劃痕在圖像中通常是一些點連成一條線。因此，通過放大或積累線上的點，可以提高劃痕檢測的可靠性。下文將介紹兩種結(jié)構(gòu)法。

數(shù)學(xué)形態(tài)法 —— 修改及檢測圖像中部件的形狀(形態(tài))。腐蝕運算用于剝離發(fā)亮物體邊緣的像素。膨脹運算則用于將像素添加至發(fā)亮物體邊緣。假設(shè)某個表面劃痕的亮度高于物體本身，而且已了解劃痕的大致方位。在此情況下，可以運用定向膨脹運算，擴(kuò)展和放大劃痕上的各點。然后，可以選擇是否采用定向腐蝕運算法，對得到的線條進(jìn)行細(xì)化處理，同時減少先前被放大的噪聲像素。在事先了解缺陷結(jié)構(gòu)的情況下，我們還可使用其他各種形態(tài)學(xué)算子提高缺陷檢測的可靠性。

圖3 運用形態(tài)學(xué)和其他方法檢測出的一個裂紋

霍夫變換法 —— 在檢測閾值范圍外的各像素點“投票”其所有可能位于的像素線。由一定數(shù)量閾值外像素組成的像素線即為劃痕或裂紋。霍夫變換法可用于檢測極弱的線條信號，因為它可以集合多個像素組成的像素線。這一方法在某些情況下非常有效，但存在運行慢，檢測設(shè)置難度高的缺點。

圖4 運用霍夫變換法檢測出的紋理工作臺面材料上的劃痕(樣品的綠色線條)

任何新出現(xiàn)的表面缺陷都是一個挑戰(zhàn)。但是，只要憑借一定經(jīng)驗和正確使用工具，我們就可戰(zhàn)勝挑戰(zhàn)。本文中介紹的檢測方法，僅僅只是該領(lǐng)域的冰山一角。