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专利号: 2020103952083
申请人: 常熟理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-08-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种焊接缺陷中弱小目标的自动检测方法,其特征在于:预定位步骤,将待检测对象及其强信息前景与弱信息背景进行分割,形态学灰度重建对图像进行前景和背景的初次分割;

二次分割步骤,利用光源的边缘信息和检测对象的边缘信息进行二次分割以得到更小范围的检测区域;

环形光源对射补光,采集图像经过分割后的二值化前景包括光源和检测对象,利用下式得到边缘的变化趋势:

dx=Ix+1‑Ix,dy=Iy+1‑Iy   (3)其中fi,j为图像坐标(i,j)的像素值,m,n为图像的行列数,Ix表示图像的第x行,dx表示图像第x行的差分,Iy表示图像的第y列,dy表示图像第y列的差分;由此可以得到边缘的变化趋势,对于光源与待检测对象交叠的图像,由于光源规则的几何特性和待检测对象的一致性导致边缘呈现清晰的差分特性;通过一致性的跳变得到光源与待检测对象的分割边缘,通过波形差分跳变得到边缘信息;两个强烈的峰值得到带检测对象上下外部边缘信息,同理可以通过列扫描得到带检测对象的左右内部边缘信息,利用上下外部边缘信息和左右内部边缘信息将待检测对象与光源分割开来实现二次分割;

缺陷检测和标记步骤,在得到检测对象的基础上锁定感兴趣区域,即利用局部特征将待检测对象分成若干部分,基于焊接实验对象中间孔洞特征实现的区块分割;用种子点的获取来确定潜在的缺陷,表面的焊缝缺陷即灰度值显著低于区域均值的点作为种子点,再利用区域生长的方法确定缺陷并标记。

2.根据权利要求1所述的焊接缺陷中弱小目标的自动检测方法,其特征在于预定位步骤:

设置双光源,检测对象位于光源之间进行检测,将光源与检测对象作为一个整体,加大背景区分度,将光源及待检测对象整体看作一个前景进行预分割;

通过预分割将其与对应的弱信息背景分割开;基于形态学重构对于图像中灰度值相近的区域进行灰度均衡化处理,选择阈值进行分割。

3.根据权利要求2所述的焊接缺陷中弱小目标的自动检测方法,其特征在于预定位步骤:

形态学重构由如下迭代过程定义:

(1)将h1初始化为标记图像J;

(2)创建结构元素:b;

(3)重复 直到hk+1=hk;

设I,J是定义在同一离散域D上的灰度图像,值域是离散集合{0,1,…,N‑1}且: 即则I称为掩模图像,J称为标记图像,p为图像中像素,表示离散域D中任意像素,属于图像J的像素都隶属于图像I;h1为标记图像J,hk为第k次迭代后的标记图像;由标记图像J对掩模图像I的重构图像γ(J,I)是图像I中连通部分的并集,这些连通部分与J的交集非空,即:γ(J)(p)=max{k∈[0,1,…,N‑1]|p∈γ(Tk(J))}(1)其中[0,1,…,N‑1]表示N个离散灰度等级集合,Tk(·)表示图像J中大于灰度值k像素组成的连通集合,公式1表示的是最大化特定灰度值对应的连通区域集合。

4.根据权利要求1所述的焊接缺陷中弱小目标的自动检测方法,其特征在于缺陷检测和标记步骤:

利用局部特征将待检测对象分成若干部分,利用焊接实验对象中间孔洞特征实现的区块分割;

用种子点的获取来确定潜在的缺陷源,表面的焊缝缺陷局部区域的灰度值的急剧下降,利用这一特性将灰度值显著低于区域均值的点作为种子点,再利用区域生长的方法确定缺陷;焊接缺陷,即焊缝处的灰度值急剧下降,而缺陷周边的强度值较为均匀,这使得以该区域作为种子点开始区域生长易于收敛于缺陷边缘;相对的,由于工件表面平整度、光源问题也会出现采集图像出现显著偏离均值点的异常种子点,这类种子点在生长过程中会以种子点为起始点生长成局部的区域块,这一连续的区块显著偏离缺陷缝隙的特征;利用这种方法,即通过搜寻显著偏离区域均值的点作为种子点集合,再通过种子点生长确定缺陷,最终确定并标记缺陷。

5.根据权利要求4所述的焊接缺陷中弱小目标的自动检测方法,其特征在于:所述用种子点的获取来确定潜在的缺陷源,表面的焊缝缺陷局部区域的灰度值的急剧下降,利用这一特性将灰度值显著低于区域均值的点作为种子点,再利用区域生长的方法确定缺陷,具体包括:

1、设种子点集合 计算分割区域的灰度平均值

2、对于任意像素点xi,j若满足不等式:fi,j‑μ<ε1    (5)则S=S∪{xi,j}并令fi,j=255,否则fi,j=0,得到候选种子点集合和对应图像;

3、对候选种子点图像计算Areak,若Areak>ε2,则S=S∩{xi′,j′},xi′,j′∈Areak即保留满足一定连通面积的种子点作为有效种子点集合;

4、选取有效种子点集合像素点xi,j为中心,判断其8邻域像素是否满足不等式:|fi″,j″‑fi,j|<ε3    (6)若满足,则S=S∪{xi″,j″};否则,停止该方向上的生长;循环该步,直至所有种子点生长完毕;

其中m,n为图像行列数,fi,j为像素点xi,j的像素值,fi″,j″为像素点xi,j的8邻域像素值,ε1、ε2、ε3为设定阈值,Areak为候选种子点图像中连通区域的面积。

6.一种使用如权利要求1‑5任一所述的自动检测方法的检测系统,包括台架、工业相机、上位机、光源、焊接工件和工件运动控制装置,所述工件运动控制装置与光源均位于台架的顶部,并且焊接工件的一端穿过光源且位于工件运动控制装置的顶部,其特征在于:所述光源位于台架的顶部设置有两个,对射补光,并且工业相机位于两个光源之间的上方,所述台架的顶部与工件运动控制装置的底部固定连接,所述工件运动控制装置的一侧固定连接有电机,并且电机与工件运动控制装置之间通过皮带传动连接,所述上位机采集到接收图像后处理识别焊接缺陷中弱小目标。