專利名稱：具有周期性花紋圖案的表面缺陷檢測(cè)裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器視覺在線檢測(cè)技術(shù)，具體涉及一種具有周期性花紋圖案的表面缺陷檢測(cè)裝置與方法。
背景技術(shù)：
機(jī)器視覺技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)和攝像機(jī)等模擬人類的視覺系統(tǒng)來獲取客觀事物的信息，并通過計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行處理和理解，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)事物的檢測(cè)、測(cè)量和識(shí)別。利用機(jī)器視覺技術(shù)來進(jìn)行表面檢測(cè)有著廣泛的應(yīng)用，例如產(chǎn)品的外包裝檢測(cè)，布匹的花紋檢測(cè)和紙印刷品的表面檢測(cè)等。機(jī)器視覺技術(shù)中對(duì)于表面檢測(cè)的算法多，針對(duì)性強(qiáng)，對(duì)于不同的表面情況要選用合適的表面檢測(cè)算法。對(duì)于具有周期性花紋的表面檢測(cè)，一種經(jīng)常采用的檢測(cè)算法就是模板匹配算法， 將一個(gè)周期的花紋圖案圖像作為模板在采集到的大于一個(gè)周期的花紋圖案圖像中進(jìn)行搜索匹配，查找有缺陷的部分。但這種方法存在以下幾個(gè)缺陷(1)對(duì)硬件設(shè)備有較高要求， 成本高；( 數(shù)據(jù)量大，速度慢，不能滿足一定的實(shí)時(shí)性；C3)檢測(cè)結(jié)果受硬件設(shè)備影響大，
穩(wěn)定性差。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提出一種具有周期性花紋圖案的表面缺陷檢測(cè)裝置與方法，有效的解決周期性花紋圖案缺陷檢測(cè)中設(shè)備成本高，處理速度慢，穩(wěn)定性差等問題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下—、一種具有周期性花紋圖案的表面缺陷檢測(cè)裝置包括工作臺(tái)、C⑶黑白面陣GigE相機(jī)、圓頂形光源、千兆網(wǎng)卡、PC機(jī)、PLC控制器、 驅(qū)動(dòng)器、編碼器、電機(jī)、減速機(jī)和滾珠絲杠；電機(jī)通過減速器與滾珠絲杠相連，滾珠絲杠上的螺母與工作臺(tái)相連，工作臺(tái)上放置被檢對(duì)象，驅(qū)動(dòng)器分別與PLC控制器、和裝在電機(jī)上的編碼器相連，PLC控制器通過驅(qū)動(dòng)器來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，圓頂形光源安裝在被檢對(duì)象上方，CCD 黑白面陣GigE相機(jī)安裝在圓頂形光源上方，千兆網(wǎng)卡分別與C⑶黑白面陣GigE相機(jī)、PC機(jī)和PLC控制器連接。二、一種具有周期性花紋圖案的表面缺陷檢測(cè)方法該方法的步驟如下1)人工預(yù)先采集周期為Tp的花紋圖案圖像存入PC機(jī)中，將該圖像作為目標(biāo)圖像 P，設(shè)定相似度量NCC的最小值；2)讀取在線采集到的周期為Tq的花紋圖案圖像；3)在步驟2中的花紋圖案圖像中選定ROI (Region Of hterest)，將ROI圖像作為源圖像Q ；
4)采用2 的均值濾波器分別來平滑源圖像Q和目標(biāo)圖像P，創(chuàng)建兩幅圖像的圖像金字塔，圖像金字塔的分層層數(shù)η最大值為5 ；5)從源圖像的金字塔圖像&開始，在目標(biāo)圖像的金字塔圖像Pn中開始搜索，計(jì)算相似度量NCC最大的區(qū)域，確定出粗匹配的位置(in，jn)，如果相似度量NCC的值小于最小值，進(jìn)入步驟8)；6)將η層的匹配結(jié)果區(qū)域映射到n-1層圖像中，n_l層的搜索區(qū)域?yàn)槠ヅ浣Y(jié)果周圍的區(qū)域，將源圖像的金字塔圖像Qlri繼續(xù)在目標(biāo)圖像的n-1層金字塔圖像的搜索區(qū)域中搜索匹配，計(jì)算相似度量NCC最大的區(qū)域，進(jìn)一步縮小匹配的位置Glri，U，如果相似度量 NCC的值小于最小值，進(jìn)入步驟8)；7)按照步驟6)繼續(xù)進(jìn)行搜索匹配，直到最底層金字塔圖像；8)產(chǎn)品不合格，給出報(bào)警信號(hào)；至此，整個(gè)圖像處理系統(tǒng)流程完成檢測(cè)運(yùn)行一次，然后進(jìn)入步驟2~)開始新的檢測(cè)運(yùn)行周期。上述方法步驟1)中采集周期Tp的計(jì)算公式為Tp = 1+TQ其中，Tq<1。上述方法步驟中相似度量NCC的公式為
權(quán)利要求
1.一種具有周期性花紋圖案的表面缺陷檢測(cè)裝置，其特征在于包括工作臺(tái)(1)、CCD 黑白面陣GigE相機(jī)(3)、圓頂形光源(4)、千兆網(wǎng)卡(5)、PC機(jī)(6)、PLC控制器(7)、驅(qū)動(dòng)器 (8)、編碼器(9)、電機(jī)(10)、減速機(jī)(11)和滾珠絲杠(12)；電機(jī)(10)通過減速器(11)與滾珠絲杠(1 相連，滾珠絲杠(1 上的螺母與工作臺(tái)(1)相連，工作臺(tái)(1)上放置被檢對(duì)象0)，驅(qū)動(dòng)器⑶分別與PLC控制器(7)、和裝在電機(jī)(10)上的編碼器(9)相連，PLC控制器(7)通過驅(qū)動(dòng)器(8)來控制電機(jī)(10)的轉(zhuǎn)速，圓頂形光源(4)安裝在被檢對(duì)象(2)上方，CCD黑白面陣GigE相機(jī)(3)安裝在圓頂形光源⑷上方，千兆網(wǎng)卡(5)分別與CCD黑白面陣GigE相機(jī)⑶、PC機(jī)(6)和PLC控制器(7)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置的一種具有周期性花紋圖案的表面缺陷檢測(cè)方法，其特征在于該方法的步驟如下該方法的步驟如下1)人工預(yù)先采集周期為Tp的花紋圖案圖像存入PC機(jī)中，將該圖像作為目標(biāo)圖像P，設(shè)定相似度量NCC的最小值；2)讀取在線采集到的周期為Tq的花紋圖案圖像；3)在步驟2中的花紋圖案圖像中選定ROIdfROI圖像作為源圖像Q；4)采用2 的均值濾波器分別平滑源圖像Q和目標(biāo)圖像P，創(chuàng)建兩幅圖像的圖像金字塔，圖像金字塔的分層層數(shù)η最大值為5 ；5)從源圖像的金字塔圖像Qn開始，在目標(biāo)圖像的金字塔圖像P1^開始搜索，計(jì)算相似度量NCC最大的區(qū)域，確定出粗匹配的位置(in，jn)，如果相似度量NCC的值小于最小值，進(jìn)入步驟8)；6)將η層的匹配結(jié)果區(qū)域映射到n-1層圖像中，n-1層的搜索區(qū)域?yàn)槠ヅ浣Y(jié)果周圍的區(qū)域，將源圖像的金字塔圖像Qlri繼續(xù)在目標(biāo)圖像的n-1層金字塔圖像的搜索區(qū)域中搜索匹配，計(jì)算相似度量NCC最大的區(qū)域，進(jìn)一步縮小匹配的位置(I1，U，如果相似度量NCC 的值小于最小值，進(jìn)入步驟8)；7)按照步驟6)繼續(xù)進(jìn)行搜索匹配，直到最底層金字塔圖像；8)產(chǎn)品不合格，給出報(bào)警信號(hào)；至此，整個(gè)圖像處理系統(tǒng)流程完成檢測(cè)運(yùn)行一次，然后進(jìn)入步驟2、開始新的檢測(cè)運(yùn)行周期。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種具有周期性花紋圖案的表面缺陷檢測(cè)方法，其特征在于，上述方法步驟中采集周期TP的計(jì)算公式為Tp = 1+TQ其中，Tq < 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種具有周期性花紋圖案的表面缺陷檢測(cè)方法，其特征在于，上述方法步驟中相似度量NCC的公式為其中，q為源圖像Q中點(diǎn)的數(shù)量，q(u, ν)、 、^為源圖像Q中各點(diǎn)的灰度值、所有點(diǎn)的平均灰度值、所有點(diǎn)的灰度值的方差，f(r+u, c+v),mf(r, c)、<("，<)分別為源圖像Q在目標(biāo)圖像P中移動(dòng)時(shí)，目標(biāo)圖像P感興趣的區(qū)域中各點(diǎn)的灰度值、所有點(diǎn)的平均灰度值、所有點(diǎn)的灰度值的方差。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有周期性花紋圖案的表面缺陷檢測(cè)裝置與方法。電機(jī)通過減速器與滾珠絲杠相連，滾珠絲杠上的螺母與工作臺(tái)相連，驅(qū)動(dòng)器分別與PLC控制器、裝在電機(jī)上的編碼器相連，PLC控制器通過驅(qū)動(dòng)器來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，圓頂形光源安裝在被檢對(duì)象上方，CCD黑白線陣GigE相機(jī)安裝在圓頂形光源上方，千兆網(wǎng)卡分別與CCD黑白面陣GigE相機(jī)、PC機(jī)和PLC控制器連接。本發(fā)明將采集到的圖像作為源圖像，預(yù)先采集的圖像作為目標(biāo)圖像，采用圖形金字塔來分層搜索，采用歸一化互相關(guān)系數(shù)作為相似度量，既減少了匹配過程中的計(jì)算量，提高了匹配速度，又降低了對(duì)相機(jī)的要求，解決周期性花紋圖案缺陷檢測(cè)中設(shè)備成本高，處理速度慢，穩(wěn)定性差等問題。
文檔編號(hào)G01N21/898GK102253055SQ20111011314
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者俞甫, 孔紅紅, 孫堅(jiān), 富雅瓊, 謝敏, 鐘紹俊, 陳樂 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院