基于視覺傳達的青銅器鳳紋圖像缺陷檢測系統

張小慧

摘? 要： 傳統的青銅器鳳紋圖像缺陷檢測系統存在檢測時間長的問題，為解決此問題，將視覺傳達技術應用到青銅器鳳紋圖像缺陷檢測系統中。系統硬件主要包括加速芯片、系統接口、主控制器，加速芯片主要顯示青銅器鳳紋圖像缺陷檢測的工作狀態，系統接口為系統與顯示器之間提供連接，主控制器完成系統的初始化、配置和控制。系統的軟件部分，首先對青銅器鳳紋圖像噪聲處理，并利用視覺傳達技術對青銅器鳳紋圖像的集合參數和特征描述與處理，對青銅器鳳紋圖像邊緣檢測，最后利用視覺傳達技術對青銅器鳳紋圖像缺陷檢測，以此完成基于視覺傳達的青銅器鳳紋圖像缺陷檢測系統的設計。實驗對比結果表明，此次設計的基于視覺傳達的青銅器鳳紋圖像缺陷檢測系統比傳統系統的圖像缺陷檢測時間短，能夠有效檢測青銅器鳳紋圖像缺陷特征。

關鍵詞： 青銅器; 鳳紋圖像; 缺陷檢測; 系統設計; 視覺傳達; 特征描述

Abstract： The visual communication technology is applied to the bronze ware phoenix patterns image defect detection system to shorten the detection time of the traditional defect detection system of the bronze ware phoenix patterns images. The hardware of the system mainly includes the acceleration chip， system interface and master controller. The acceleration chip is mainly used to display the state of defect detection for the bronze ware phoenix patterns images. The system interface is used to provide the connection between the system and the display. The master controller is utilized to complete the initialization， configuration and control of the system. In the software part of the system， the image noise of phoenix patterns on bronze ware is processed， and the visual communication technology is used to describe and process the set parameters and features of phoenix patterns image on bronze ware and detect the image edge. The phoenix patterns image defect on bronze ware is detected by means of the visual communication technology， so as to complete the design of bronze ware phoenix patterns image defect detection system based on visual communication. The experimental comparison results show that the designed bronze ware phoenix patterns image defect detection system based on visual communication takes shorter detection time than that of the traditional system， and can effectively detect the defect features in bronze ware phoenix patterns image.

Keywords： bronze ware; phoenix pattern image; defect detection; system design; visual communication; feature description

0? 引? 言

青銅器鳳紋圖像是中華民族的傳統文化符號，其中凝聚著豐富的象征意蘊和多樣炫麗的形式風格，對現代設計的觀念和造型方面都有著非常重要的啟示作用。青銅器鳳紋圖像歷史悠久，其鳳紋圖像會存在缺陷，為了更好地對青銅器鳳紋圖像進行分析，檢測青銅器鳳紋圖像缺陷是目前亟需解決的問題。傳統青銅器鳳紋圖像缺陷檢測系統受檢查人員主觀影響較大，無法保證檢測結果的穩定性和過程的可重復性;同時，傳統的青銅器鳳紋圖像缺陷檢測系統檢測時間長，不能有效對青銅器鳳紋圖像缺陷檢測。為解決這一問題，設計一種基于視覺傳達的青銅器鳳紋圖像缺陷檢測系統。視覺傳達是一種通過視覺媒介表現并傳遞給觀眾的設計，具有多媒體、三維立體、虛擬信息傳達的優點，將其應用到青銅器鳳紋圖像缺陷檢測系統設計中具有重要的意義。

此次設計的青銅器鳳紋圖像缺陷檢測系統從硬件部分和軟件部分兩方面來完成。

1? 青銅器鳳紋圖像缺陷檢測系統硬件設計

1.1? 加速芯片設計

此次設計的青銅器鳳紋圖像缺陷檢測[1]系統外接了一個普通顯示器來顯示青銅器鳳紋圖像缺陷檢測狀態。為提高顯示器的分辨率，加入DISF55I8加速芯片[2]，該芯片為多媒體輔助芯片，采用297腳BGA封裝，提供嵌入式功能，并為顯示器提供視頻和2D能力。同時，該加速芯片提供很多I/O接口，包括模擬RGB顯示器[3]接口、LCD液晶顯示器接口、8位并行接口、USB接口、I2C接口和脈沖寬度調制接口，可供用戶自由配置。加速芯片的結構框圖如圖1所示。

DISF55I8加速芯片支持320×240至1 024×768分辨率、16/32位色LCD/CRT顯示，帶有8/16位數字視頻信號輸入接口，7個硬件顯示層[4]，能夠分割青銅器鳳紋圖像畫面，為青銅器鳳紋圖像檢測提供較為清晰的畫面。

1.2? 系統接口設計

顯卡的輸出接口是與電腦和顯示器之間的橋梁，顯卡處理的圖像信息最終要輸出到顯示器上，因此采用IBM公司生產的VGA接口向顯示器輸出圖像信號。

該VGA接口能夠直接與顯示器連接，VGA接口部分原理圖如圖2所示。利用SN708驅動VGA接口，顯示圖像通過A/D轉換器轉變為數字信號[5]，最后在計算機內部以數字方式生成相應的顯示圖像。

1.3? 主控制器設計

采用Intel公司生產的DFioo處理器，能完成系統的初始化、配置和控制。DFioo處理器采用ArmV5TE架構，CPU擁有Thumb壓縮指令，64位長乘法指令，并集成眾多的外設接口。其結構框圖如圖3所示。

DFioo處理器具有三種復位方式，復位芯片內部自帶，不需要外部電路[6]。在系統待機時，按下按鍵系統就能夠恢復到正常的工作模式。

2? 青銅器鳳紋圖像缺陷檢測系統軟件實現

2.1? 青銅器鳳紋圖像配準

在上述對青銅器鳳紋圖像缺陷檢測系統硬件設計的基礎上，對該系統的軟件進行設計。首先對青銅器鳳紋圖像配準[7]，采集青銅器鳳紋圖像時會受到輸入轉換器件[8]以及周圍光線環境的影響，使圖像上含有各種各樣的噪聲和其他類型缺陷。因此，需要對采集的青銅器鳳紋圖像噪聲進行處理[9]，利用視覺傳達技術中的空間相關性去除噪聲，計算公式為：

式中：[Fx，y]為待去除噪聲圖像;[η]為圖像衰減率;[a]，[g]為圖像的高頻部分;[c]為圖像噪聲。

在此基礎上，對青銅器鳳紋圖像進行形態學操作[10]，以改善圖像質量。利用視覺傳達技術對青銅器鳳紋圖像的集合參數與特征描述和處理，計算公式為：

式中：[A]為要處理的圖像集合;[B]為結構元素;[fc]為鳳紋圖像紋理特征[11];[K]為形態學基本計算因子。

根據上述定義，完成青銅器鳳紋圖像的配準，為青銅器鳳紋圖像缺陷檢測提供基礎。

2.2? 青銅器鳳紋圖像缺陷檢測

在上述對青銅器鳳紋圖像配準的基礎上，利用視覺傳達技術對青銅器鳳紋圖像缺陷檢測[12]。假設青銅器鳳紋圖像區域大小為[M×N]，[c，v]分別代表青銅器鳳紋圖像邊緣的長度和寬度，得到青銅器鳳紋圖像的輪廓圖像[13]，計算公式如下：

式中：[G]為圖像的關鍵特征點;[Cd]，[Vi]分別為圖像長度和寬度的轉換因子;[σ]為圖像分塊特征向量。

將待檢測的缺陷圖像與上述配準圖像進行差分操作[14]，假設配準后的圖像為[Gx，y]，待檢測圖像為[Ai，j]，匹配相減后得到與采集圖像大小相同的差分圖像[Hi，j]，則：

在圖像缺陷檢測過程中會有兩個或多個相距較近的缺陷區域，在檢測時將它們合并成一個缺陷區，以進一步對缺陷區域分析和判斷。

在此基礎上，確定缺陷的所述種類、個數、位置及即面積，采用視覺傳達技術，對目標圖像進行圖像特征提取[15]與分類，準確地判定缺陷，計算公式如下：

式中：[H]為檢測圖像數據與其他圖像的相似度;[fz]為缺陷圖像的位置;[Dv]為缺陷圖像統計特征值;[di]為配準統計特征值。

根據上述定義對青銅器鳳紋圖像缺陷的檢測，以此完成基于視覺傳達的青銅器鳳紋圖像缺陷檢測系統的設計。

3? 實驗對比

為驗證上述設計的檢測系統的有效性，將此次設計的系統與傳統系統的圖像缺陷檢測時間進行對比，以使實驗更具說明性。

3.1? 實驗樣本準備

選取180張帶有缺陷的青銅器鳳紋圖像，將其中160張圖像隨機分為6組構成訓練集，樣本中缺陷特征如表1所示。

在此基礎上，對圖像進行中值濾波處理，采用4個尺度，8個方向，共32組濾波器對待實驗圖像濾波，并在圖像尺寸上對其規格化處理。

3.2? 實驗結果分析

實驗主要對比此次設計系統與傳統系統的圖像缺陷檢測時間，對比結果如圖4所示。

由實驗結果可知，此次設計檢測系統的圖像缺陷檢測時間比傳統系統的缺陷圖像檢測時間短，證明此次設計的系統能夠快速檢測到更深層的缺陷信息。因為此次設計的系統利用視覺傳達技術，能夠快速對青銅器鳳紋圖像配準以及缺陷檢測;而傳統的缺陷檢測系統整體的圖像檢測時間較長，不能快速獲取更準確的青銅器鳳紋圖像缺陷特征，從而對檢測結果產生影響。

為了驗證本文系統的有效性，在實驗樣本圖像中選擇了一張帶有缺陷的青銅器鳳紋圖像，通過采用本文系統和傳統系統對該圖像存在的缺陷進行檢測。其中，檢測的缺陷點越多證明系統應用性更好。檢測結果如圖5所示。

分析圖5可以看出，采用本文系統對存在缺陷的青銅器鳳紋圖像進行檢測的結果更好，檢測出的缺陷點更多，而采用傳統系統進行檢測后，檢測出來的缺陷點較少，證明本文系統的檢測性能更好，在實際應用中更具優勢。

4? 結? 語

針對傳統的青銅器鳳紋圖像檢測系統檢測時間長的問題，設計一種基于視覺傳達的青銅器鳳紋圖像缺陷檢測系統。實驗對比結果表明，此次設計的基于視覺傳達的青銅器鳳紋圖像缺陷檢測系統比傳統檢測系統圖像缺陷檢測時間短，能夠在短時間內檢測到更深層的圖像缺陷信息，為青銅器鳳紋圖像研究提供幫助。

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