基于機(jī)器視覺的檢測(cè)案例的方法分析

在工業(yè)生產(chǎn)中總是經(jīng)常遇到裂痕、劃痕等產(chǎn)品的表面缺陷問題，機(jī)器視覺行業(yè)對(duì)于表面檢測(cè)相比前幾年已經(jīng)有很大的突破，對(duì)于產(chǎn)品表面的劃傷、污跡等檢測(cè)已經(jīng)不再是難點(diǎn)。

在金屬、玻璃、手機(jī)屏幕、液晶板等行業(yè)表面檢測(cè)上應(yīng)用廣泛。

但由于該類缺陷形狀不規(guī)則、深淺對(duì)比度低，而且往往會(huì)被產(chǎn)品表面的自然紋理或圖案所干擾。因此，表面劃痕缺陷檢測(cè)對(duì)于正確打光、相機(jī)分辨率、被檢測(cè)部件與工業(yè)相機(jī)的相對(duì)位置、復(fù)雜的機(jī)器視覺算法等要求非常高。

機(jī)器視覺劃痕檢測(cè)的基本分析過程分為兩步：首先，確定檢測(cè)產(chǎn)品表面是否有劃痕，其次，在確定被分析圖像上存在劃痕之后，對(duì)劃痕進(jìn)行提取。

表面劃痕通?？煞譃槿箢悾?/p>

第一類劃痕：從外觀上較易辨認(rèn)，同時(shí)灰度變化跟周圍區(qū)域?qū)Ρ纫脖容^明顯?？梢赃x擇較小的閾值精缺陷部分直接標(biāo)記。

第二類劃痕：部分灰度值變化并不明顯，整幅圖像灰度比較平均，劃痕面積也比較小，只有幾個(gè)像素點(diǎn)，灰度也只比周圍圖像稍低，很難分辨。

可以對(duì)原圖像進(jìn)行均值濾波，得到較平滑的圖像，并與原圖像相減，當(dāng)其差的絕對(duì)值大于閾值時(shí)就將其置為目標(biāo)，并對(duì)所有的目標(biāo)進(jìn)行標(biāo)記，計(jì)算其面積，將面積過小的目標(biāo)去掉，剩下的就標(biāo)記為劃痕。

第三類劃痕：各部分灰度差異較大，形狀通常呈長(zhǎng)條形，如果在一幅圖像上采取固定閾值分割，則標(biāo)記的缺陷部分會(huì)小于實(shí)際部分。

由于這類圖像的劃痕狹長(zhǎng)，單純依靠灰度檢測(cè)會(huì)將缺陷延伸部分漏掉。對(duì)于這類圖像，根據(jù)其特點(diǎn)選擇雙閾值和缺陷形狀特征相結(jié)合的方法。 由于在工業(yè)檢測(cè)中圖像的多樣性，對(duì)于每一種圖像，都要經(jīng)過分析綜合考慮各種手段來(lái)進(jìn)行處理達(dá)到效果。

一般來(lái)說(shuō)，劃痕部分的灰度值和周圍正常部分相比要暗，也就是劃痕部分灰度值偏??；而且，大多都是在光滑表面，所以整幅圖的灰度變化總體來(lái)說(shuō)非常均勻，缺乏紋理特征。

因此，劃痕的檢測(cè)一般使用基于統(tǒng)計(jì)的灰度特征或者閾值分割的方法將劃痕部分標(biāo)出。

此外，表面劃痕缺陷檢測(cè)對(duì)于正確打光的要求也是極高。

機(jī)器視覺檢測(cè)常用的檢測(cè)打光方式有以下四種：

同軸光、低角度、背光和高角度，這四種打光對(duì)硬劃傷檢測(cè)效果明顯，但對(duì)表面要求較高的產(chǎn)品，比如軟劃傷的效果卻較為不明顯。 根據(jù)大數(shù)據(jù)分析顯示，針對(duì)產(chǎn)品表面劃傷，主要提出低角度和高角度兩種解決方案。

低角度方式

兩個(gè)物體接觸摩擦，就很容易造成表面劃傷了，也就意味著劃傷是有方向性的。

在考慮低角度打光效果時(shí)，如果我們采用平行光線照射（平行于劃傷），劃傷會(huì)被光線虛化，效果在圖像中不明顯。

如果我們采用一組垂直于光線照射（垂直于劃傷），劃傷會(huì)被光線凸顯，效果在圖像中非常明顯。

從以上分析，我們采用八個(gè)條形光源分時(shí)曝光工件，設(shè)計(jì)出以下打光方案。

一個(gè)環(huán)形光源，分成八路控制，分時(shí)曝光，連續(xù)采集八次，最后軟件采用算法，疊加所有缺陷，最終以高標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)工件表面劃傷有無(wú)。

此成像方案適用于表面檢測(cè)要求比較高的高精密產(chǎn)品，而對(duì)效率要求不苛刻的產(chǎn)品。

高角度方式

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，軟劃傷在同軸光效果下，光源工作距離越高，效果越明顯。

然而同一光源，光源工作距離高的同時(shí)，光源發(fā)光面越小，光源亮度也隨之減弱，效果與實(shí)際情況不可兼得。

很多時(shí)候，我們的產(chǎn)線員工在目測(cè)產(chǎn)品表面信息時(shí)，都是采用日光燈照明方式，日光燈通過鏡面反射入射到眼睛里。

針對(duì)鏡面反光的工件，依據(jù)光的反射定律，采用打光方式，形成鏡面反射效果。

觀察仔細(xì)的人就會(huì)發(fā)現(xiàn)，肉眼檢測(cè)方式往往是讓日光燈投影在產(chǎn)品里面，然后通過擺動(dòng)產(chǎn)品使得日光燈的影子在產(chǎn)品里面移動(dòng)。

如此，光斑照明產(chǎn)品的局部，從而反射出產(chǎn)品表面的信息，使得人眼能夠清晰的判斷出產(chǎn)品是否有缺陷，以及微弱的缺陷也能輕易看到。

審核編輯：郭婷