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1、一種平板玻璃機(jī)器視覺檢測(cè)中的斷裂劃痕連接方法
摘要：玻璃制品在深加工過程中易產(chǎn)生劃痕。玻璃視覺檢測(cè)系統(tǒng)中的閾值分割操作，會(huì)使某些劃痕在檢測(cè)圖像中斷裂，并可能得到錯(cuò)誤的識(shí)別結(jié)果。本文根據(jù)劃痕的傾角和距離，將圖像中斷裂的劃痕連接，并得到了正確的識(shí)別結(jié)果。
關(guān)鍵詞：平板玻璃;機(jī)器視覺檢測(cè);圖像;斷裂劃痕;連接
0 引言
隨著玻璃在航空、汽車等領(lǐng)域應(yīng)用的擴(kuò)展，市場(chǎng)對(duì)高質(zhì)量玻璃的需求量日益增加[1]。玻璃制品在深加工過程中易產(chǎn)生劃痕[2]。利用人工目視對(duì)玻璃表面缺陷進(jìn)行的檢測(cè)，具有速度慢、耗費(fèi)人
2、力大、穩(wěn)定性差、準(zhǔn)確性差及不便保存和檢索檢測(cè)數(shù)據(jù)等缺點(diǎn)[3-4]?；谝曈X的檢測(cè)具有非接觸、客觀、高效等優(yōu)點(diǎn)，已逐步用于玻璃表面缺陷檢測(cè)[2]。
針對(duì)玻璃的劃痕缺陷，文獻(xiàn)[1]提出了一種利用最小外接矩形理論來(lái)獲取二值化圖像劃痕特征參數(shù)的方法。但在實(shí)際圖像處理的過程中，因?yàn)楦鲌D像灰度值不同，Ostu自動(dòng)閾值分割操作，可能會(huì)使劃痕在二值化圖像中產(chǎn)生斷裂，成了兩條劃痕，如圖1所示。此結(jié)果與實(shí)際不符，因此有必要將類似的兩條劃痕連接成一條劃痕。
可以采用先膨脹后腐蝕的方法，將斷裂的劃痕連接。但膨脹腐蝕操作存在以下缺點(diǎn)：
(1)會(huì)對(duì)圖像的數(shù)據(jù)有所改變，進(jìn)而改
3、變劃痕的本身的特征參數(shù);
(2)膨脹腐蝕操作相對(duì)較慢。
因此，本文先采用一定的判斷準(zhǔn)則對(duì)兩條劃痕進(jìn)行判斷，再對(duì)屬于同一劃痕缺陷的兩條劃痕的最小外接矩形合并成一個(gè)外接矩形，并統(tǒng)一其標(biāo)記值;否則，不做任何處理。這樣，既能不破壞原有圖像，又能得到正確的劃痕特征參數(shù)。本文采用的判斷準(zhǔn)則如下：
(1)兩條劃痕的傾角基本相同;
(2)兩條劃痕的鄰近點(diǎn)距離較近。
1 比較劃痕方向
掃描劃痕在圖像中所占的所有像素，找出相距最遠(yuǎn)的兩像素點(diǎn)，利用它們連線的斜率可確定劃痕的傾角。但此方法需要重新掃描劃痕所在圖像內(nèi)的所有像
4、素，增加了運(yùn)算量。文獻(xiàn)[1]定義并求取了最小外接矩形，并將其用于計(jì)算劃痕的長(zhǎng)度。本文利用最小外接矩形計(jì)算劃痕的斜率及傾角，可提高檢測(cè)效率。
文獻(xiàn)[1]定義的劃痕最小外接矩形，應(yīng)滿足以下3個(gè)條件，如圖2所示：
(1)矩形的四邊應(yīng)分別平行于圖像邊界的四邊;
(2)矩形所覆蓋范圍內(nèi)的像素包含了劃痕缺陷的所有像素;
(3)矩形的長(zhǎng)、寬在滿足以上兩條件的基礎(chǔ)上，應(yīng)分別最小。
圖2中線段AB和CD是與圖像橫向邊界平行的最小外接矩形的邊，稱為最小外接矩形的寬，寬度記為w;圖2中線段AC和BD是與圖像縱向邊界平行的最小外接矩形的邊
5、，稱為最小外接矩形的高，高度記為h。則劃痕的斜率：
(1)
顯然，用最小外接矩形來(lái)計(jì)算劃痕的斜率會(huì)出現(xiàn)以下兩種情況，如圖3所示。
圖3中，兩斜率K的絕對(duì)值相同，正負(fù)符號(hào)相反。可根據(jù)劃痕頂行中點(diǎn)與最小外接矩形的兩頂點(diǎn)A、B間距離的關(guān)系，來(lái)判斷K的正負(fù)。劃痕頂行是指劃痕內(nèi)部的像素中，距離圖像頂部最近且具有相同縱坐標(biāo)值y0的像素集合。劃痕頂行中點(diǎn)，就是以劃痕頂行像素的橫標(biāo)的均值為橫標(biāo)，以劃痕頂行像素的共同縱標(biāo)y0為縱標(biāo)的點(diǎn)E(， y0)。點(diǎn)E可能不屬于劃痕內(nèi)的像素，甚至它可能不與任何像素中心重合，如圖4所示。
由圖3知，如果點(diǎn)E距離點(diǎn)B
6、(xR，y0)更近，即：，則K>0;反之，如果點(diǎn)E距離點(diǎn)A(xL， y0)更近，即：，則K
時(shí)，根據(jù)式(1)，有：
(2)
根據(jù)式(2)，可計(jì)算所有劃痕的斜率，進(jìn)而得到它們的傾角：
(3)
將這些傾角按下式兩兩比較，當(dāng)下式成立時(shí)，即可判定對(duì)應(yīng)劃痕的方向相近：
(4)
其中，和分別第i條和第j條劃痕的傾角，且i(j，表示兩條劃痕傾斜方向近似的精度。
2 計(jì)算劃痕之間的最小距離
根據(jù)兩條劃痕的最小外接矩形和斜率，可確定其鄰近點(diǎn)的距離。通過掃描兩條劃痕在圖像中所占的
7、所有所有點(diǎn)，也可確定其鄰近點(diǎn)距離，但此方法計(jì)算量較大。
如圖2所示，屬于同一劃痕缺陷的兩條劃痕(不妨稱為第i條劃痕和第j條劃痕)的最小外接矩形(Ri和Rj)，其中一個(gè)矩形必位于另一個(gè)矩形的下方;否則，不屬于同一劃痕缺陷。即：一個(gè)矩形的頂點(diǎn)A必位于另一個(gè)矩形的CD 邊的下方。此條件可通過比較一個(gè)矩形的頂點(diǎn)A縱標(biāo)值與另一個(gè)矩形的頂點(diǎn)C(或頂點(diǎn)D)的縱標(biāo)值來(lái)判斷。
不妨設(shè)，比較頂點(diǎn)A與頂點(diǎn)C縱標(biāo)值的結(jié)果是Ri位于Rj的上方。當(dāng)這兩條劃痕的傾角相近時(shí)，會(huì)出現(xiàn)2種情況，如圖5所示。
若劃痕斜率為正，如圖5(a)所示，兩劃痕鄰近點(diǎn)距離l應(yīng)為線段CiBj的長(zhǎng)度
8、;若劃痕斜率為負(fù)，如圖5(b)所示，l應(yīng)為線段DiAj的長(zhǎng)度。當(dāng)下式成立時(shí)，即可判定對(duì)應(yīng)劃痕的鄰近點(diǎn)距離較近：
l
其中，表示判定兩條劃痕鄰近點(diǎn)距離的精度。
3 劃痕的連接
當(dāng)兩條劃痕(第i條和第j條劃痕)滿足傾角相近且其鄰近點(diǎn)接近時(shí)，即可判定它們屬于同一劃痕缺陷。應(yīng)將兩條劃痕連接成一條劃痕(即將其中一條劃痕所有像素的標(biāo)記值均改為另一條劃痕的標(biāo)記值)，并合并它們的最小外接矩形Ri和Rj。
根據(jù)兩劃痕的斜率和相對(duì)位置，可合并其最小外接矩形為新的矩形R。如圖5所示，Ri位于Rj的上方：
(1)當(dāng)劃痕的斜率為正時(shí)，如圖5(a)所示，Bi(xb，yb)和Cj(xc，yc)為新矩形R的兩個(gè)相對(duì)的頂點(diǎn)，則R的左右兩邊界分別為xc和xb，上下兩邊界分別為yb和yc;
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一種平板玻璃機(jī)器視覺檢測(cè)中的斷裂劃痕連接方法
