基于視覺(jué)識(shí)別的瑕疵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

廖祥龍

摘 要

21世紀(jì)是一個(gè)全新的時(shí)代，在新的時(shí)代背景下，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。在本次研究中，筆者為視覺(jué)技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一個(gè)用于進(jìn)行瑕疵識(shí)別的系統(tǒng)。首先，筆者介紹了本系統(tǒng)的具體原理，接下來(lái)討論了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分，然后分析了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分，最后筆者對(duì)本系統(tǒng)的應(yīng)用前景進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】視覺(jué)識(shí)別技術(shù) 瑕疵系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì) 圖像識(shí)別

總的說(shuō)來(lái)，以視覺(jué)為基礎(chǔ)的瑕疵識(shí)別技術(shù)指的就是首先通過(guò)一定的圖像傳感器獲取相關(guān)視覺(jué)圖像，再利用圖像處理技術(shù)對(duì)采集到的圖像進(jìn)行有效的分析和整理，從而提取出一定的圖像特征，通過(guò)這些特征進(jìn)行瑕疵判斷及分類。本文所構(gòu)建的系統(tǒng)也遵循上述思路，系統(tǒng)中的圖像采集模塊的主要作用就是對(duì)圖像進(jìn)行收集處理，系統(tǒng)中的控制器的作用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

（1）對(duì)圖像開(kāi)展一定的處理操作；

（2）對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效的管理和自動(dòng)化控制。

1 系統(tǒng)原理

本文所設(shè)計(jì)的基于視覺(jué)識(shí)別的瑕疵系統(tǒng)的具體原理如下：

（1）要想確保系統(tǒng)處于正常的運(yùn)行狀態(tài)，必須為其提供必要的光照，這些光線需要被投射到檢測(cè)對(duì)象上。同時(shí)操作人員需要根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的選擇合適焦距的光學(xué)鏡頭，以保證獲得清晰的圖像。

（2）開(kāi)展圖像采集操作。在此期間，發(fā)揮主要作用的是圖像采集設(shè)備，該設(shè)備的主要作用是對(duì)檢測(cè)對(duì)象的圖像開(kāi)展一定的簡(jiǎn)單處理，然后將處理好的圖像傳送至控制器；

（3）開(kāi)展圖像處理操作。這里涉及的圖像處理技術(shù)主要有以下幾種：灰度化處理、二值化處理等，最終得到的是目標(biāo)像素?cái)?shù)；

（4）開(kāi)展瑕疵判斷操作。將前一步得到的目標(biāo)像素?cái)?shù)和已有的基準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，然后根據(jù)結(jié)果確定檢測(cè)對(duì)象是否存在瑕疵；

（5）對(duì)前面得到的瑕疵判斷結(jié)果進(jìn)行輸出處理，如果檢測(cè)對(duì)象存在瑕疵，對(duì)其進(jìn)行開(kāi)展登記、提醒、清除等操作。

此外，本系統(tǒng)還可以對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，從而方便用戶了解檢測(cè)對(duì)象的實(shí)際情況。在使用本系統(tǒng)時(shí)，不同的檢測(cè)對(duì)象具有不同的基準(zhǔn)值，因此操作人員可以在人機(jī)接口對(duì)相關(guān)基準(zhǔn)進(jìn)行手動(dòng)的設(shè)置。

2 硬件設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的基于視覺(jué)識(shí)別瑕疵系統(tǒng)的硬件部分主要包括兩個(gè)模塊，分別是：圖像采集模塊以及控制器。其中，圖像采集模塊的主要作用是首先對(duì)檢測(cè)對(duì)象的圖像進(jìn)行收集，然后對(duì)檢測(cè)對(duì)象的圖像開(kāi)展一定的簡(jiǎn)單處理，最后將處理好的圖像傳遞到控制器。而控制器的主要作用則是借助于一定的圖像處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行分析和處理，并根據(jù)處理結(jié)果對(duì)檢測(cè)對(duì)象的瑕疵情況進(jìn)行判別。下面分別具體介紹一下：

2.1 控制器

為了更好地提高本系統(tǒng)的性能，筆者選擇的計(jì)算機(jī)核心結(jié)構(gòu)是雙核處理器。此外，筆者還選擇和雙核處理器配套的接口板，接口板主要包括的結(jié)構(gòu)有：

（1）單片機(jī)，其主要作用是處理一些控制命令；

（2）輸入信號(hào)采集電路、輸出信號(hào)控制電路以及光源控制電路；

（3）圖像采集模塊通訊接口，其主要作用是將圖像采集模塊聯(lián)入系統(tǒng)中。

在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)中的工業(yè)相機(jī)可以在規(guī)定的時(shí)間開(kāi)展圖像采集操作，同時(shí)也可以進(jìn)一步將采集到的圖像傳遞到計(jì)算機(jī)中的核心結(jié)構(gòu)。同時(shí)，光源控制電路可以有效的對(duì)系統(tǒng)中的光源進(jìn)行控制，如果系統(tǒng)處于圖像采集狀態(tài)，那么光源就處于開(kāi)啟狀態(tài)；如果系統(tǒng)沒(méi)有處于圖像采集狀態(tài)，那么光源就處于關(guān)閉狀態(tài)。

2.2 圖像采集模塊

就圖像采集模塊而言，筆者設(shè)計(jì)的模塊具有一體化的特點(diǎn)，這種歌模塊的主要優(yōu)勢(shì)有：

（1）確保系統(tǒng)可以處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)；

（2）在一定程度上提高系統(tǒng)的安裝和調(diào)試效率。

總的說(shuō)來(lái)，圖像采集模塊的主要包括下述內(nèi)容：光照系統(tǒng)、光學(xué)鏡頭、工業(yè)相機(jī)以及安裝結(jié)構(gòu)件。上述結(jié)構(gòu)全部位于系統(tǒng)的殼體中，筆者還為殼體設(shè)計(jì)了一個(gè)透明窗。這樣，操作人員在安裝系統(tǒng)時(shí)必須開(kāi)展的操作就是將透明窗瞄準(zhǔn)檢測(cè)對(duì)象。

3 軟件設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分，筆者主要關(guān)注兩個(gè)方面的內(nèi)容，具體如下：

3.1 人機(jī)界面部分

就系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，人機(jī)界面是非常關(guān)鍵的。在設(shè)計(jì)該界面時(shí)，需要遵循的原則有：

（1）界面必須是清楚的，不能過(guò)于繚亂；

（2）操作不能過(guò)于復(fù)雜等。

基于上述兩點(diǎn)，筆者選擇了帶觸摸屏的液晶顯示器，并設(shè)計(jì)了多個(gè)子界面，主要有“啟動(dòng)”界面、“工作”界面以及“閾值設(shè)定”界面等。

3.2 圖像處理部分

在本系統(tǒng)中，最為關(guān)鍵的一個(gè)部分就是圖像處理模塊。從軟件設(shè)計(jì)的角度講，筆者在構(gòu)建圖像處理模塊時(shí)，選擇了計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)OpenCV。該視覺(jué)庫(kù)中存在很多的可以用來(lái)進(jìn)行圖像處理的函數(shù)。圖像處理的具體步驟如下：

（1）對(duì)視覺(jué)庫(kù)OpenCV進(jìn)行調(diào)用，并使用一定的函數(shù)對(duì)采集到的圖像執(zhí)行分割操作，這樣就得到了一系列的檢測(cè)區(qū)域；

（2）借助于一定的圖像處理技術(shù)對(duì)檢測(cè)區(qū)域的圖像執(zhí)行一定的操作，主要有灰度化處理、二值化處理以及腐蝕和膨脹處理；

（3）通過(guò)邊緣檢測(cè)確定檢測(cè)區(qū)域的輪廓，并計(jì)算輪廓內(nèi)部的目標(biāo)區(qū)域像素特征。

4 系統(tǒng)應(yīng)用前景

本文所設(shè)計(jì)的基于視覺(jué)識(shí)別的瑕疵系統(tǒng)主要具有下述優(yōu)勢(shì)：

（1）系統(tǒng)可以保持一種穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)；

（2）系統(tǒng)的可靠性相對(duì)較高；

（3）瑕疵檢測(cè)的精確度相對(duì)較高等。

筆者認(rèn)為本文設(shè)計(jì)瑕疵識(shí)別系統(tǒng)可以應(yīng)用在下述領(lǐng)域：紡織、PCB、煙草、農(nóng)業(yè)、交通等。而且隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，視覺(jué)技術(shù)也在不斷的發(fā)展和進(jìn)步，筆者相信該系統(tǒng)將來(lái)可以應(yīng)用到更多的領(lǐng)域。

5 結(jié)語(yǔ)

在本次研究中，筆者主要設(shè)計(jì)了一個(gè)以視覺(jué)技術(shù)為基礎(chǔ)的瑕疵識(shí)別系統(tǒng)。本文詳細(xì)的介紹了系統(tǒng)的原理、硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)。希望本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以在實(shí)際中得到應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]李寧，李鵬飛，景軍鋒.基于機(jī)器視覺(jué)的織物瑕疵自動(dòng)檢測(cè)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].輕工科技，2014（07）：87-88+100.

[2]張濟(jì)民，張義偉.基于機(jī)器視覺(jué)的產(chǎn)品瑕疵識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2014（03）：58-59.