高速帶鋼表面圖像采集及圖像處理裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)器視覺檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)器視覺檢測(cè)帶材表面質(zhì)量的在線檢測(cè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]帶鋼表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)以圖像為基礎(chǔ)媒介，進(jìn)行圖像采集、傳輸和分析，計(jì)算并評(píng)價(jià)帶鋼表面質(zhì)量的狀況，可以生成定量化、文本化的質(zhì)量報(bào)告。隨著客戶對(duì)帶鋼表面質(zhì)量要求的不斷提高及帶鋼的生產(chǎn)速度不斷提高(冷軋線最高速度達(dá)到1800米/分鐘)，高速和精細(xì)化成像導(dǎo)致圖像數(shù)據(jù)量的急劇增加。在關(guān)鍵成像器件能夠逐漸提高圖像采集速度的同時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)高速、海量圖像數(shù)據(jù)的傳輸和處理能力面臨嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。以往基于多PC并行圖像處理模式在海量圖像處理、靈活控制圖像處理流程的優(yōu)勢(shì)繼續(xù)體現(xiàn)，但是多PC的圖像處理構(gòu)架和海量圖像數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸?shù)姆椒◤?fù)雜，影響了系統(tǒng)的魯棒性，提高了系統(tǒng)維護(hù)的難度。就近相機(jī)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理、減少數(shù)據(jù)傳輸距離，對(duì)于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要意義，但這方面的公開的技術(shù)幾乎沒有。
[0003]檢索現(xiàn)有的專利文獻(xiàn)，沒有檢索到直接針對(duì)高速帶鋼表面質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)專用圖像處理裝置的文獻(xiàn)。中國專利200510010049.6公開了一種線陣圖像式帶鋼表面在線缺陷檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法，該專利提出了表面質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的框架和基于P C陣列并行圖像處理模式。中國專利200610081711.1和中國專利200410080132.6等文獻(xiàn)公開的則是針對(duì)通用圖像編碼和解碼的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高速帶鋼表面圖像采集及圖像處理裝置和方法，能實(shí)現(xiàn)高速帶鋼圖像采集和處理功能，通過對(duì)實(shí)時(shí)圖像經(jīng)過預(yù)處理判斷有缺陷的圖像向上位機(jī)傳輸，減輕了檢測(cè)系統(tǒng)的傳輸壓力。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種高速帶鋼表面圖像采集及圖像處理裝置，包括:輸入輸出接口模塊、速度信號(hào)整合模塊、圖像采集接口模塊和圖像處理模塊；
所述輸入輸出接口模塊包括:配置若干路標(biāo)準(zhǔn)接口或者標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)與圖像傳感器的連接，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)和圖像采集控制信號(hào)傳送；配置I/o接口，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)信號(hào)連接，接受生產(chǎn)的速度信號(hào)與鋼卷的分卷信號(hào)，并將信號(hào)傳送至速度信號(hào)整合模塊；輸出信號(hào)通過輸出的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)，僅將具有異常的帶鋼表面圖像進(jìn)行輸出；
所述速度信號(hào)整合模塊是指對(duì)生產(chǎn)速度信號(hào)的分頻或組頻，以在代表一定長度的速度脈沖間隔下觸發(fā)相機(jī)采集圖像；
所述圖像采集接口模塊按照相機(jī)的接口協(xié)議接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)，接收?qǐng)D像傳感器輸出的圖像數(shù)據(jù)，并接受速度信號(hào)整合模塊輸出信號(hào)；
所述圖像處理模塊對(duì)圖像采集接口模塊傳送來的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成實(shí)時(shí)異常圖像過濾和異常區(qū)域的檢出功能，然后通過輸出的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口將具有異常的帶鋼表面圖像輸出。
[0006]進(jìn)一步，所述輸出的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口同時(shí)作為雙向通道，作為上位機(jī)配置圖像處理模塊參數(shù)的通道。
[0007]進(jìn)一步，所述圖像處理模塊與SRAM存儲(chǔ)器和SDRAM存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與讀取。
[0008]所述圖像采集接口模塊、圖像處理模塊、速度信號(hào)整合模塊由FPGA硬件電路組成。
[0009]一種高速帶鋼表面圖像采集及圖像處理方法，其步驟是:
第一，圖像數(shù)據(jù)拼接:通過標(biāo)準(zhǔn)接口或者標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口連接多路相機(jī)，經(jīng)圖像采集接口模塊進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集后，輸入多路相機(jī)圖像至圖像處理模塊內(nèi)按寬度進(jìn)行圖像拼接，寬度方向上根據(jù)相鄰相機(jī)之間的成像重疊度，設(shè)置拼接參數(shù)；長度方向上根據(jù)相機(jī)采集圖像速度上的差異進(jìn)行微調(diào)，以實(shí)現(xiàn)多相機(jī)圖像拼接在內(nèi)容上的完整；
第二，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)處理:接受來自生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的速度信號(hào)和換卷信號(hào)；速度信號(hào)整合模塊能對(duì)速度信號(hào)進(jìn)行分頻或組頻，實(shí)現(xiàn)單個(gè)脈沖寬度代表一定的運(yùn)行長度，實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)分辨率條件下以整合的速度信號(hào)觸發(fā)相機(jī)采集圖像，并使圖像采集與生產(chǎn)速度同步；
第三，實(shí)時(shí)圖像處理:通過FPGA硬件電路實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)圖像處理過程包括:邊緣檢測(cè)、圖像濾波、梯度運(yùn)算、圖像二值化和圖像聚類的算法，最后根據(jù)聚類結(jié)果判斷圖像中是否存在異常，存在異常圖像需要進(jìn)一步處理，而沒有異常的圖像則做放棄處理；異常圖像存儲(chǔ)在圖像處理模塊的緩存隊(duì)列內(nèi)，通過設(shè)置的圖像輸出端口進(jìn)行圖像輸出。
[0010]進(jìn)一步，通過對(duì)圖像處理模塊的參數(shù)配置實(shí)現(xiàn)多種處理流程算法組合，實(shí)現(xiàn)合理的檢測(cè)流程和檢測(cè)性能。
[0011 ] 進(jìn)一步，在離線狀態(tài)下將現(xiàn)有的典型缺陷的圖像通過輸出的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口上傳到圖像處理模塊的存儲(chǔ)器內(nèi)，圖像處理模塊以這部分?jǐn)?shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源進(jìn)行圖像處理，通過對(duì)已有缺陷圖像的測(cè)試和分析，調(diào)試和優(yōu)化檢測(cè)系統(tǒng)的參數(shù)配置；優(yōu)化后參數(shù)配置能夠直接適用于實(shí)施采集的圖像。
[0012]對(duì)速度脈沖計(jì)數(shù)并將該信息融入到帶鋼圖像數(shù)據(jù)中，用來精確計(jì)算帶鋼圖像中發(fā)生缺陷的物理位置；接收的帶鋼換卷信號(hào)則用來對(duì)計(jì)數(shù)器清零，從而重新對(duì)帶鋼長度計(jì)數(shù)。
[0013]本發(fā)明的圖像采集及圖像處理裝置包括了 FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門陳列)硬件電路，能實(shí)現(xiàn)高速帶鋼圖像采集和處理功能，本發(fā)明裝置就近安裝于成像模塊(相機(jī))處，有助于減輕圖像傳輸?shù)膲毫?。本發(fā)明的圖像處理方法借助FPGA硬件電路在數(shù)據(jù)處理速度優(yōu)勢(shì)來解決高速圖像處理的問題，硬件電路圖像處理采用流水線的數(shù)據(jù)處理模式，在處理帶寬滿足要求的條件下，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)圖像處理，包括實(shí)時(shí)圖像在線檢測(cè)和分析，輸出圖像上的異常區(qū)域，實(shí)現(xiàn)帶鋼表面質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于高速帶鋼表面圖像的采集和處理。
[0014]本發(fā)明的圖像處理方法僅將經(jīng)過預(yù)處理判斷有缺陷的圖像向上位機(jī)傳輸，減輕了檢測(cè)系統(tǒng)的傳輸壓力，同時(shí)也增加了后續(xù)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的能力。本發(fā)明裝置及圖像處理方法的應(yīng)用，有助于簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定行、集成性和可維護(hù)性，突破現(xiàn)有基于PC實(shí)現(xiàn)圖像處理在海量圖像數(shù)據(jù)處理速度上的瓶頸。
[0015]本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)適合高速、連續(xù)生產(chǎn)帶材表面質(zhì)量檢測(cè)的高速圖像采集和處理功倉泛。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明高速帶鋼表面圖像采集及圖像處理裝置邏輯框圖；
圖2為本發(fā)明的圖像處理流程示意圖；
圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
[0017]圖中:I速度編碼器，2換卷信號(hào)，3上位圖像處理計(jì)算機(jī)，4本發(fā)明的圖像采集及圖像處理裝置(簡稱本發(fā)明裝置)，5相機(jī)防護(hù)箱體，6相機(jī)，7系統(tǒng)服務(wù)器；11輸入輸出接口模塊，12速度信號(hào)整合模塊，13圖像采集接口模塊，14圖像處理模塊，15SRAM存儲(chǔ)器，16SDRAM存儲(chǔ)器，17故障診斷模塊；111標(biāo)準(zhǔn)接口，112標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口，113 I/O接口，114標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接□。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0019]參見圖1，一種高速帶鋼表面圖像采集及圖像處理裝置，包括:輸入輸出接口模塊
11、速度信號(hào)整合模塊12、圖像采集接口模塊13和圖像處理模塊14 ；
所述輸入輸出接口模塊11包括:第一，配置4路標(biāo)準(zhǔn)的CamLink接口 111或者一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的千兆網(wǎng)絡(luò)接口 112，實(shí)現(xiàn)與圖像傳感器的連接，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)和圖像采集控制信號(hào)傳送。本文中圖像傳感器主要指相機(jī)，兩者可以通用。第二，配置I/O接口 113，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)信號(hào)連接，接受生產(chǎn)的速度信號(hào)與鋼卷的分卷信號(hào)，并將信號(hào)傳送至速度信號(hào)整合模塊12。第三，輸出信號(hào)通過輸出的標(biāo)準(zhǔn)的千兆網(wǎng)絡(luò)接口 114實(shí)現(xiàn)，僅將具有異常的帶鋼表面圖像進(jìn)行輸出。所述輸出的標(biāo)準(zhǔn)的千兆網(wǎng)絡(luò)接口 114同時(shí)作為雙向通道，也作為上位機(jī)配置圖像處理模塊參數(shù)的通道。
[0020]所述速度信號(hào)整合模塊12是指對(duì)生產(chǎn)速度信號(hào)的分頻或組頻，以在代表一定長度的速度脈沖間隔下觸發(fā)相機(jī)采集圖像。
[0021]所述圖像采集接口模塊13按照相機(jī)的接口協(xié)議接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)，接收?qǐng)D像傳感器輸出的圖像數(shù)據(jù)，并接受速度信號(hào)整合模塊12輸出信號(hào)。
[0022]所述圖像處理模塊14對(duì)圖像采集接口模塊13傳送來的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成實(shí)時(shí)異常圖像過濾和異常區(qū)域的檢出功能，然后通過輸出的標(biāo)準(zhǔn)的千兆網(wǎng)絡(luò)接口 114將具有異常的帶鋼表面圖像輸出，圖像處理模塊14與SRAM存儲(chǔ)器15和SDRAM存儲(chǔ)器16進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與讀取。
[0023]所述圖像采集接口模塊13、圖像處理模塊14、速度信號(hào)整合模塊12由FPGA硬件電路組成。
[0024]一種高速帶鋼表面圖像采集及圖像處理方法，其步驟是:
第一，圖像數(shù)據(jù)拼接:通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的CamLink接口 111或者標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口 112連接1-4路相機(jī)，經(jīng)圖像采集接口模塊13進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集后，輸入多路相機(jī)圖像至圖像處理模塊14內(nèi)按寬度進(jìn)行