一文解析機器視覺邊緣檢測的原理

尺寸測量/邊緣檢測

利用邊緣檢查的尺寸檢查是圖像傳感器的最新應(yīng)用趨勢。圖像傳感器可以將檢查對象在平面上表現(xiàn)出來，通過邊緣檢測，測算位置、寬度、角度等。

下面將按照處理過程來介紹邊緣檢查的原理。理解原理有助于優(yōu)化檢查設(shè)置。除此之外，還將介紹一些有代表性的邊緣檢 查的例子以及可以穩(wěn)定檢查效果的預(yù)處理濾鏡的選擇方法。

邊緣檢測的原理

所謂邊緣是指圖像內(nèi)明亮部位與陰暗部分的邊緣。邊緣檢測是通過視覺系統(tǒng)來檢測這種濃淡變化的邊緣。

可以通過下列4個過程來得到邊緣。

（1）投影處理

對于測量區(qū)域內(nèi)的圖像進行投影處理。投影處理是相對于檢查方向進行垂直掃描，然后計算各投影線的平均濃度。投影線平均濃度波形被稱為投影波形。

什么是投影處理？

計算投影方向的平均濃度。

可以減少區(qū)域內(nèi)的噪點造成的檢查錯誤。

（2）微分處理

根據(jù)投影波形進行微分處理?？赡艹蔀檫吘壍摹獾兓^大的部位，其微分值也較大。

什么是微分處理？

計算濃淡（級）變化量的處理過程。

可以消除區(qū)域內(nèi)濃度絕對值的變化所導(dǎo)致的影響。

例：沒有濃淡變化的部位的微分值是0。

白色（255）→黑色（0） 時的值是-255。

（3）通過校正使微分最大值達到100%

在實際生產(chǎn)線上，為了使邊緣達到穩(wěn)定的狀態(tài)，通常會進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以使微分絕對值達到100%。

將超過預(yù)先設(shè)置的“ 邊緣感度（%）”的微分波形的峰值作為邊緣位置。根據(jù)濃淡變化峰值的檢測原理，在照度經(jīng)常發(fā)生變化的生產(chǎn)線上也可以穩(wěn)定的檢測出邊緣。

（4）亞像素處理

對于微分波形中最大部分的中心附近的3個像素，根據(jù)這3個像素形成的波形，進行修正演算。以1/100像素為單位測算邊界位置（次像素處理）。

邊緣檢測的代表性檢測應(yīng)用

邊緣檢查具有下列衍生模式。下面將分別介紹其代表性應(yīng)用。

＜例1＞利用邊緣位置的各種檢查

在多個部位設(shè)置邊緣位置模式，測量檢測對象的X座標或Y 座標。

＜例2＞利用邊緣寬度的各種檢查

利用邊緣寬度的“ 外部尺寸”模式，檢測金屬板的寬度、孔洞的X方向/Y方向孔徑等。

＜例3＞利用邊緣位置圓周區(qū)域的各種檢查

以圓周作為檢測區(qū)域，檢測切缺部位的角度（相位）。

＜例4＞利用趨勢邊緣寬度的各種檢查

利用“ 圓周”區(qū)域的“ 趨勢邊緣寬度”模式，掃描環(huán)狀工件的內(nèi)徑、評價扁平度等。

趨勢邊緣模式

趨勢邊緣位置（ 寬度）模式是指在掃描檢查區(qū)域內(nèi)較窄的邊緣窗口的同時檢測邊緣位置。利用這種檢查模式，可以對于一個窗口內(nèi)的多個點進行邊緣位置（ 寬度） 檢查，因此可以確保捕獲工件的微小變化。

檢測原理

使小范圍內(nèi)的分割以小間距進行移動，檢查各點的邊緣寬度或邊緣位置。

提高位置檢測精度的方法：

縮小分割尺寸

縮短處理時間的方法：

縮小分割移位幅度（移動量）。

趨勢方向：

分割移動的方向。

提高邊緣檢查效果的預(yù)處理濾鏡

邊緣檢查的關(guān)鍵在于如何最大限度的減少邊緣的不均現(xiàn)象。預(yù)處理濾鏡具有“中值”或“平均化”的作用，因此有助于保持穩(wěn)定的檢查效果。下面介紹預(yù)處理濾鏡的特點及選擇方法。

原圖像

平均化

3×3 像素的平均濾鏡?？梢杂行p少噪點因素的 影響。

中值化

3×3 像素的中值濾鏡?？梢栽诒３謭D像清晰的同 時，有效減少噪點因素的影響。

如何優(yōu)化預(yù)處理濾鏡？

一般說來，通過“中值化”或“平均化”，可以得到穩(wěn)定的邊緣檢查效果。但是，對于特定的工件，究竟應(yīng)該選擇哪一種濾鏡才可以得到最佳效果？下面將介紹對于各濾鏡的測量值的偏差進行評價的統(tǒng)計學(xué)方法。

CV系列（CV2000以上）具有統(tǒng)計分析功能，可以保存測量數(shù)據(jù)，并對其進行統(tǒng)計分析。

利用這種功能，通過分別采用“無濾鏡”、“中值化”、“平均化”、“中值化+平均化”、“平均化+中值化”在靜止狀態(tài)下重復(fù)測量，并對于各數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結(jié)果進行確認，可以得到最佳的濾鏡設(shè)置。

圖像傳感器邊緣檢查模式的使用要點：

在理解邊緣檢查原理的基礎(chǔ)上進行有效的調(diào)整。

理解各種衍生模式，顯著提高檢查可能性。

參考代表性的檢查例有助于工作的進行。

通過實驗選擇最佳的預(yù)處理濾鏡，提高檢查速度及檢查效果。