一種實時圓形印刷圖像缺陷檢測方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種實時圓形印刷圖像缺陷檢測方法，獲取待檢測目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)模板圖和在線實時圖，通過指數(shù)性改變搜索步長法獲取圓上點坐標(biāo)，根據(jù)三點定位圓方法計算標(biāo)準(zhǔn)模板圖和在線實時圖圓形區(qū)域的圓心和半徑，將圓形區(qū)域分割成多個環(huán)形區(qū)域，并統(tǒng)計環(huán)形區(qū)域的灰度直方圖特征，比較標(biāo)準(zhǔn)模板圖和在線實時圖的環(huán)形區(qū)域灰度直方圖特征，完成圖像缺陷檢測。本發(fā)明專利技術(shù)從兩個方面提高了圓形印刷圖像缺陷檢測的速度，為基于機器視覺的在線缺陷檢測提供了一種可行的方法。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種實時圓形印刷圖像缺陷檢測方法
本專利技術(shù)涉及圖像處理
，具體地說是一種實時圓形印刷圖像缺陷檢測方法。
技術(shù)介紹
隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的生產(chǎn)已基本實現(xiàn)流水線作業(yè)，圓形印刷品例如瓶蓋，徽章等，生產(chǎn)速度一般較快，但是由于設(shè)備、零件等的隨機誤差可能會導(dǎo)致部分產(chǎn)品出現(xiàn)缺陷。為提高產(chǎn)品的合格率及工業(yè)生產(chǎn)的自動化程度，急需一種可以實時實現(xiàn)的印刷缺陷檢測方法。本專利技術(shù)從圖像匹配的角度出發(fā)，根據(jù)在線實時圖與標(biāo)準(zhǔn)模板圖的相似度判斷實時拍攝的產(chǎn)品是否存在印刷缺陷。流水線上的實時圖像與模板圖像之間一般存在任意角度的旋轉(zhuǎn)，給傳統(tǒng)圖像匹配方法的應(yīng)用帶來一定的困難。已有的圓形印刷圖像缺陷檢測方法是在確定了圓心、半徑和實時圖的旋轉(zhuǎn)角度后，將實時圖與模板圖變換到同一方向下進(jìn)行相似度比較。其中，圓心和半徑是通過圓上點確定后根據(jù)三點定位圓的原理計算得出，因此圓上點的定位是關(guān)鍵。一般的方法通過二值圖像中一行或一列的梯度變化，確定該行、列上的圓上點。這種方法要求計算整行或整列數(shù)據(jù)的梯度值，然后比較得出圓上點的位置坐標(biāo)，計算量大。旋轉(zhuǎn)角度的計算精度和速度，圖像的旋轉(zhuǎn)操作嚴(yán)重制約算法效率的提升。針對已有檢測方法的以上兩個問題本專利技術(shù)提出了一種圓上點的快速定位方法和基于環(huán)形區(qū)域直方圖特征的圖像匹配方法。圓上點的快速定位方法根據(jù)圓內(nèi)的參考點，指數(shù)性改變搜索步長尋找圓上點，大大減少參與計算的點數(shù)，提高了定位速度。環(huán)形區(qū)域直方圖特征的旋轉(zhuǎn)不變性可以避免旋轉(zhuǎn)角度繁冗的計算過程，提升算法的性能和速度。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提出了一種圓上點的快速定位方法和基于環(huán)形區(qū)域直方圖特征的圖像匹配方法。圓上點的快速定位方法根據(jù)圓內(nèi)的參考點，指數(shù)性改變搜索步長尋找圓上點，大大減少參與計算的點數(shù)，提高了定位速度。環(huán)形區(qū)域直方圖特征的旋轉(zhuǎn)不變性可以避免旋轉(zhuǎn)角度繁冗的計算過程，提升算法的性能和速度。本專利技術(shù)為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種實時圓形印刷圖像缺陷檢測方法，獲取待檢測目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)模板圖和在線實時圖；通過指數(shù)性改變搜索步長法獲取圓上點坐標(biāo)；根據(jù)三點定位圓方法計算標(biāo)準(zhǔn)模板圖和在線實時圖圓形區(qū)域的圓心和半徑；將圓形區(qū)域分割成多個環(huán)形區(qū)域，并統(tǒng)計環(huán)形區(qū)域的灰度直方圖特征；比較標(biāo)準(zhǔn)模板圖和在線實時圖的環(huán)形區(qū)域灰度直方圖特征，完成圖像缺陷檢測。指數(shù)性改變搜索步長法包括以下步驟：對標(biāo)準(zhǔn)模板圖和在線實時圖進(jìn)行自適應(yīng)閾值二值化；選取圓內(nèi)任意點作為參考點，確定360度搜索方向；確定搜索步長的初始值，進(jìn)行指數(shù)性變化，獲取圓上點坐標(biāo)。所述搜索方向優(yōu)選為上、下、左、右四個搜索方向。所述指數(shù)性變化過程為：當(dāng)滿足指數(shù)增大條件時，搜索步長成指數(shù)性增大；當(dāng)不滿足指數(shù)增大條件時，搜索步長成指數(shù)性減小。所述指數(shù)增大條件為：首先，當(dāng)前點在圖像范圍內(nèi)；其次，當(dāng)前點的灰度值滿足圓內(nèi)點的條件；最后，當(dāng)前點與參考點之間的所有點中圓內(nèi)點所占的比例大于可信閾值。所述環(huán)形區(qū)域與圓形區(qū)域圓心同心。本專利技術(shù)具有以下有益效果及優(yōu)點：1.根據(jù)參考點搜索圓上點時，搜索步長成指數(shù)性變化，大大降低了計算量，提高了圓上點的定位速度；2.本專利技術(shù)所提出的環(huán)形區(qū)域直方圖特征具有旋轉(zhuǎn)不變性，克服了采用傳統(tǒng)圖像匹配方法必須計算模板圖與實時圖之間旋轉(zhuǎn)角度的缺點，簡化了檢測過程。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的方法流程圖；圖2是本專利技術(shù)的圓上點快速定位程序流程圖；圖3是本專利技術(shù)實施例的啤酒瓶蓋模板圖；圖4是本專利技術(shù)實施例的有缺陷的啤酒瓶蓋樣圖；圖5是本專利技術(shù)實施例的啤酒瓶蓋模板圖二值化結(jié)果圖；圖6是本專利技術(shù)實施例的圓形區(qū)域同心環(huán)形分割結(jié)果圖；圖7是本專利技術(shù)實施例的部分在線實時圖與模板圖其中a、b、c、e為有缺陷啤酒瓶蓋在線實時圖；d為啤酒瓶蓋模板圖；f、g、h為無缺陷啤酒瓶蓋在線實時圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖及實施例對本專利技術(shù)做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。為了使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，以啤酒瓶蓋缺陷檢測為例，對本專利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術(shù)，并不用于限定本專利技術(shù)。圖1示出了本專利技術(shù)實施例提供的圓形印刷圖像缺陷檢測方法的實現(xiàn)流程圖。本專利技術(shù)實施例提供的檢測方法的具體步驟如下：1.獲取標(biāo)準(zhǔn)圓形印刷模板圖像（以下簡稱模板圖）與在線圓形印刷實時圖像（以下簡稱實時圖）；其中啤酒瓶蓋模板圖像如圖3所示，有缺陷實時圖如圖4所示，分別以tempI和testI表示，圖像大小為size=m*n，其中m=240，n=320。2.分別對模板圖和實時圖進(jìn)行自適應(yīng)閾值二值化，分割圓形圖像區(qū)域與背景；在實際的操作過程中，在線獲取實時圖的條件一般是可以人為干預(yù)的，具體方法是：當(dāng)圓形印刷圖像本身灰度較亮?xí)r，可以將背景設(shè)為暗背景，否則背景設(shè)置為亮背景。在本例中啤酒瓶蓋頂部灰度較亮，側(cè)面較暗，形成圓形目標(biāo)區(qū)域與背景的自動分離。自適應(yīng)閾值通過統(tǒng)計直方圖計算，其準(zhǔn)則是：經(jīng)閾值所分的直方圖的兩類中灰度均值相等。然后利用此閾值對圖像進(jìn)行二值化處理，圓形區(qū)域為1，背景區(qū)域為0；本例的二值化結(jié)果如圖5所示，用tempIBinary表示。3.粗略確定圓內(nèi)任意點作為參考點進(jìn)行搜索，通過指數(shù)性改變搜索步長，實現(xiàn)圓上點的快速定位，從而實現(xiàn)圓心和半徑的實時確定；通常情況下，為了節(jié)約成本，提高算法的檢測速度，實時圖中圓形區(qū)域占整幅圖像的百分之六十以上，所以圖像中心位置一般認(rèn)為在圓內(nèi)。圓上點的快速定位程序流程圖如圖2所示，當(dāng)向參考點右側(cè)搜索時，步驟如下：1)首先，確定圖像中心點[120,160]作為圓內(nèi)參考點referP，然后以此點初始化當(dāng)前點的位置oldcurrentP和newcurrentP，初始化搜索步長step為2（初始化搜索也步長可為3或1.5等其他初始值，常規(guī)做法是將初始化搜索步長定義為2）；2)恢復(fù)newcurrentP.x到oldcurrentP.x，更新newcurrentP.x=newcurrentP.x+step；3)判斷newcurrentP.x是否在圖像內(nèi)，即判斷0<newcurrentP.x<320是否成立，成立則轉(zhuǎn)到下一步，否則轉(zhuǎn)到7)；4)判斷newcurrentP是否在圓內(nèi)，即此處的二值化結(jié)果是否為1，是轉(zhuǎn)到下一步，否則轉(zhuǎn)到7)；5)統(tǒng)計二值化圖像中referP.y行上的數(shù)據(jù)中，橫坐標(biāo)在newcurrentP.x與參考點referP.x之間所有點的數(shù)目numall，和其中為1的點數(shù)num1，判斷num1/numall>thresh是否成立，成立則轉(zhuǎn)到下一步，否則轉(zhuǎn)到7)；6)更新oldcurrentP.x=newcurrentP.x，同時step成指數(shù)增長，step=step*2；然后轉(zhuǎn)到2)；7)指數(shù)減小step，令step=step/2；轉(zhuǎn)到下一步；8)判斷step是否減小到小于1的數(shù)，如果step>=1，則轉(zhuǎn)到2)，否則，結(jié)束。本例中圓形區(qū)域的半徑為90左右，按上述方法搜索圓上點時，最多只需要15次迭代即可完成一個點的搜索；如果用普通方法，整行搜索則至少需要320次的計算與比較。當(dāng)向參考點的左側(cè)搜索時，原理相同，只是更新newcurrentP.x和oldcurrentP.x時原來加step的位置改為減法操作即可。選擇k個圓內(nèi)參考點，左右方向搜索即可以得到2*k個圓上點。圓心和本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種實時圓形印刷圖像缺陷檢測方法，其特征在于,獲取待檢測目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)模板圖和在線實時圖；通過指數(shù)性改變搜索步長法獲取圓上點坐標(biāo)；根據(jù)三點定位圓方法計算標(biāo)準(zhǔn)模板圖和在線實時圖圓形區(qū)域的圓心和半徑；將圓形區(qū)域分割成多個環(huán)形區(qū)域，并統(tǒng)計環(huán)形區(qū)域的灰度直方圖特征；比較標(biāo)準(zhǔn)模板圖和在線實時圖的環(huán)形區(qū)域灰度直方圖特征，完成圖像缺陷檢測。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種實時圓形印刷圖像缺陷檢測方法，其特征在于,獲取待檢測目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)模板圖和在線實時圖；通過指數(shù)性改變搜索步長法獲取圓上點坐標(biāo)；根據(jù)三點定位圓方法計算標(biāo)準(zhǔn)模板圖和在線實時圖圓形區(qū)域的圓心和半徑；將圓形區(qū)域分割成多個環(huán)形區(qū)域，并統(tǒng)計環(huán)形區(qū)域的灰度直方圖特征；比較標(biāo)準(zhǔn)模板圖和在線實時圖的環(huán)形區(qū)域灰度直方圖特征，完成圖像缺陷檢測；指數(shù)性改變搜索步長法包括以下步驟：對標(biāo)準(zhǔn)模板圖和在線實時圖進(jìn)行自適應(yīng)閾值二值化；選取圓內(nèi)任意點作為參考點，確定360度搜索方向；確定搜索步長的初始值，進(jìn)行指數(shù)性變化，獲取圓上點坐標(biāo)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實時圓形印刷圖像缺陷檢測...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉云鵬，夏仁波，惠斌，王學(xué)娟，王永超，王喆鑫，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院沈陽自動化研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧;21