一種實(shí)時(shí)圓形印刷圖像缺陷檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種實(shí)時(shí)圓形印刷圖像缺陷檢測方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的生產(chǎn)已基本實(shí)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(jī)誤差可能會(huì)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(dòng)化程度，急需一種可以實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的印刷缺陷檢 測方法。本發(fā)明從圖像匹配的角度出發(fā)，根據(jù)在線實(shí)時(shí)圖與標(biāo)準(zhǔn)模板圖的相似度判斷實(shí)時(shí) 拍攝的產(chǎn)品是否存在印刷缺陷。
[0003] 流水線上的實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)圖的旋轉(zhuǎn)角度后，將實(shí)時(shí)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(diǎn)確定后根據(jù)三點(diǎn)定位圓的原理計(jì)算得出，因此圓上點(diǎn)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(diǎn)。這種方法要求 計(jì)算整行或整列數(shù)據(jù)的梯度值，然后比較得出圓上點(diǎn)的位置坐標(biāo)，計(jì)算量大。旋轉(zhuǎn)角度的計(jì) 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。
[0004] 針對已有檢測方法的以上兩個(gè)問題本發(fā)明提出了一種圓上點(diǎn)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(diǎn)的快速定位方法根據(jù)圓內(nèi)的參考點(diǎn)，指 數(shù)性改變搜索步長尋找圓上點(diǎn)，大大減少參與計(jì)算的點(diǎn)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(jì)算過程，提升算法的性能和速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種圓上點(diǎn)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(diǎn)的快速定位方法根據(jù)圓內(nèi)的參考點(diǎn)，指數(shù)性改變搜索 步長尋找圓上點(diǎn)，大大減少參與計(jì)算的點(diǎn)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(jì)算過程，提升算法的性能和速度。
[0006] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種實(shí)時(shí)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(shí)時(shí) 圖；通過指數(shù)性改變搜索步長法獲取圓上點(diǎn)坐標(biāo)；根據(jù)三點(diǎn)定位圓方法計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)模板圖和 在線實(shí)時(shí)圖圓形區(qū)域的圓心和半徑；將圓形區(qū)域分割成多個(gè)環(huán)形區(qū)域，并統(tǒng)計(jì)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(shí)時(shí)圖的環(huán)形區(qū)域灰度直方圖特征，完成圖像缺 陷檢測。
[0008] 指數(shù)性改變搜索步長法包括以下步驟：
[0009] 對標(biāo)準(zhǔn)模板圖和在線實(shí)時(shí)圖進(jìn)行自適應(yīng)閾值二值化；
[0010] 選取圓內(nèi)任意點(diǎn)作為參考點(diǎn)，確定360度搜索方向； toon] 確定搜索步長的初始值，進(jìn)行指數(shù)性變化，獲取圓上點(diǎn)坐標(biāo)。
[0012] 所述搜索方向優(yōu)選為上、下、左、右四個(gè)搜索方向。
[0013] 所述指數(shù)性變化過程為：
[0014] 當(dāng)滿足指數(shù)增大條件時(shí)，搜索步長成指數(shù)性增大；
[0015] 當(dāng)不滿足指數(shù)增大條件時(shí)，搜索步長成指數(shù)性減小。
[0016] 所述指數(shù)增大條件為：
[0017] 首先，當(dāng)前點(diǎn)在圖像范圍內(nèi)；
[0018] 其次，當(dāng)前點(diǎn)的灰度值滿足圓內(nèi)點(diǎn)的條件；
[0019] 最后，當(dāng)前點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的所有點(diǎn)中圓內(nèi)點(diǎn)所占的比例大于可信閾值。
[0020] 所述環(huán)形區(qū)域與圓形區(qū)域圓心同心。
[0021] 本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：
[0022] 1.根據(jù)參考點(diǎn)搜索圓上點(diǎn)時(shí)，搜索步長成指數(shù)性變化，大大降低了計(jì)算量，提高了 圓上點(diǎn)的定位速度；
[0023] 2.本發(fā)明所提出的環(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(jì)算模板圖與實(shí)時(shí)圖之間旋轉(zhuǎn)角度的缺點(diǎn)，簡化了檢測過程。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明的方法流程圖；
[0025] 圖2是本發(fā)明的圓上點(diǎn)快速定位程序流程圖；
[0026] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的啤酒瓶蓋模板圖；
[0027] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的有缺陷的啤酒瓶蓋樣圖；
[0028] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例的啤酒瓶蓋模板圖二值化結(jié)果圖；
[0029] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例的圓形區(qū)域同心環(huán)形分割結(jié)果圖；
[0030] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例的部分在線實(shí)時(shí)圖與模板圖其中a、b、c、e為有缺陷啤酒瓶 蓋在線實(shí)時(shí)圖；d為啤酒瓶蓋模板圖；f、g、h為無缺陷啤酒瓶蓋在線實(shí)時(shí)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0032] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，以啤酒瓶蓋 缺陷檢測為例，對本發(fā)明進(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(shí)施例僅僅用 以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0033] 圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的圓形印刷圖像缺陷檢測方法的實(shí)現(xiàn)流程圖。
[0034] 本發(fā)明實(shí)施例提供的檢測方法的具體步驟如下：
[0035] 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(shí)時(shí)圖像（以下 簡稱實(shí)時(shí)圖）；
[0036] 其中啤酒瓶蓋模板圖像如圖3所示，有缺陷實(shí)時(shí)圖如圖4所示，分別以tempi和 testl表不，圖像大小為size=m*n，其中m=240, n=320。
[0037] 2.分別對模板圖和實(shí)時(shí)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；
[0038] 在實(shí)際的操作過程中，在線獲取實(shí)時(shí)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(dòng)分離。
[0039] 自適應(yīng)閾值通過統(tǒng)計(jì)直方圖計(jì)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?yàn)?，背景區(qū)域?yàn)椹?;本例的二 值化結(jié)果如圖5所示，用tempIBinary表示。
[0040] 3.粗略確定圓內(nèi)任意點(diǎn)作為參考點(diǎn)進(jìn)行搜索，通過指數(shù)性改變搜索步長，實(shí)現(xiàn)圓 上點(diǎn)的快速定位，從而實(shí)現(xiàn)圓心和半徑的實(shí)時(shí)確定；
[0041] 通常情況下，為了節(jié)約成本，提高算法的檢測速度，實(shí)時(shí)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)。
[0042] 圓上點(diǎn)的快速定位程序流程圖如圖2所示，當(dāng)向參考點(diǎn)右側(cè)搜索時(shí)，步驟如下：
[0043] 1)首先，確定圖像中心點(diǎn)[120, 160]作為圓內(nèi)參考點(diǎn)referP，然后以此點(diǎn)初始化 當(dāng)前點(diǎn)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);
[0044] 2)恢復(fù) newcurrentP. X 至丨J oldcurrentP. X,更新 newcurrentP. x=newcurrentP. x+step ；
[0045] 3)判斷newcurrentP. x是否在圖像內(nèi)，即判斷(KnewcurrentP. x〈320是否成立，成 立則轉(zhuǎn)到下一步，否則轉(zhuǎn)到7);
[0046] 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);
[0047] 5)統(tǒng)計(jì)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(diǎn) referP. X之間所有點(diǎn)的數(shù)目numall，和其中為1的點(diǎn)數(shù)numl，判斷numl/numall>thresh是 否成立，成立則轉(zhuǎn)到下一步，否則轉(zhuǎn)到7);
[0048] 6)更新 oldcurrentP. x=newcurrentP. X，同時(shí) step 成指數(shù)增長，step=step*2 ;然 后轉(zhuǎn)到2);
[0049] 7)指數(shù)減小step,令step=step/2 ;轉(zhuǎn)到下一步；
[0050] 8)判斷step是否減小到小于1的數(shù)，如果step>=l，則轉(zhuǎn)到2)，否則，結(jié)束。
[0051] 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(diǎn)時(shí)，最多只需要15次迭 代即可完成一個(gè)點(diǎn)的搜索；如果用普通方法，整行搜索則至少需要320次的計(jì)算與比較。
[0052] 當(dāng)向參考點(diǎn)的左側(cè)搜索時(shí)，原理相同，只是更新newcurrentP. X和oldcurrentP. X 時(shí)原來加 step的位置改為減法操作即可。
[0053] 選擇k個(gè)圓內(nèi)參考點(diǎn)，左右方向搜索即可以得到2*k個(gè)圓上點(diǎn)。
[0054] 圓心和半徑可以通過三點(diǎn)坐標(biāo)確定一個(gè)圓的公式計(jì)算得出。
[0055] 由于二值化結(jié)果中的圓形邊緣不是絕對平滑，所以我們?nèi)《啻斡?jì)算結(jié)果的均值作 為圓心和半徑的最終結(jié)果。本例中，圓上點(diǎn)共取10個(gè)，平均分為兩組，每5個(gè)點(diǎn)任選三點(diǎn)計(jì) 算圓心和半徑，最后將20組結(jié)果的平均值作為圓心和半徑的最終結(jié)果。
[0056] 4.根據(jù)已確定的圓心和半徑，將圓形圖像分割成多個(gè)不重疊同心環(huán)形區(qū)域，并統(tǒng) 計(jì)灰度直方圖；
[0057] 本例中將圓形區(qū)域分割為6個(gè)圓、環(huán)形區(qū)域，示意圖如圖6所示，其中各圓、環(huán)形的 內(nèi)外邊界圓半徑如下表所示：
[0058]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)圖； 通過指數(shù)性改變搜索步長法獲取圓上點(diǎn)坐標(biāo)； 根據(jù)H點(diǎn)定位圓方法計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)模板圖和在線實(shí)時(shí)圖圓形區(qū)域的圓也和半徑； 將圓形區(qū)域分割成多個(gè)環(huán)形區(qū)域，并統(tǒng)計(jì)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(shí)時(shí)圖的環(huán)形區(qū)域灰度直方圖特征，完成圖像缺陷檢測。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)圓形印刷圖像缺陷檢測方法，其特征在于；指數(shù)性 改變搜索步長法包括W下步驟： 對標(biāo)準(zhǔn)模板圖和在線實(shí)時(shí)圖進(jìn)行自適應(yīng)闊值二值化； 選取圓內(nèi)任意點(diǎn)作為參考點(diǎn)，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(diǎn)坐標(biāo)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種實(shí)時(shí)圓形印刷圖像缺陷檢測方法，其特征在于；所述搜 索方向優(yōu)選為上、下、左、右四個(gè)搜索方向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種實(shí)時(shí)圓形印刷圖像缺陷檢測方法，其特征在于；所述指 數(shù)性變化過程為： 當(dāng)滿足指數(shù)增大條件時(shí)，搜索步長成指數(shù)性增大； 當(dāng)不滿足指數(shù)增大條件時(shí)，搜索步長成指數(shù)性減小。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種實(shí)時(shí)圓形印刷圖像缺陷檢測方法，其特征在于；所述指 數(shù)增大條件為： 首先，當(dāng)前點(diǎn)在圖像范圍內(nèi)； 其次，當(dāng)前點(diǎn)的灰度值滿足圓內(nèi)點(diǎn)的條件； 最后，當(dāng)前點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的所有點(diǎn)中圓內(nèi)點(diǎn)所占的比例大于可信闊值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)圓形印刷圖像缺陷檢測方法，其特征在于；所述環(huán) 形區(qū)域與圓形區(qū)域圓也同也。
【專利摘要】本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)圖，通過指數(shù)性改變搜索步長法獲取圓上點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)三點(diǎn)定位圓方法計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)模板圖和在線實(shí)時(shí)圖圓形區(qū)域的圓心和半徑，將圓形區(qū)域分割成多個(gè)環(huán)形區(qū)域，并統(tǒng)計(jì)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(shí)時(shí)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)明從兩個(gè)方面提高了圓形印刷圖像缺陷檢測的速度，為基于機(jī)器視覺的在線缺陷檢測提供了一種可行的方法。
【IPC分類】G06T7-00
【公開號】CN104680509
【申請?zhí)枴緾N201310639612
【發(fā)明人】劉云鵬, 夏仁波, 惠斌, 王學(xué)娟, 王永超, 王喆鑫
【申請人】中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年11月30日