1、 CN4321258/ TPISSN 10072130X计 算 机 工 程 与 科 学COMPU TER EN GIN EERIN G 采 用 了 串 、 并 口 编 程 和 图像 模 式 匹 配 等 技 术 ,实 现 了 钢 板 表 面 的 自 动 拍 照 、 缺 陷 检 测 及 生 产 和 缺 陷 信 息 的 保 存 ;依 据 图 片 的 几 何 学 特 征 和 光 学 特 征等 ,实 现 了 缺 陷 检 测 算 法 ,包 括 缺 陷 识 别 和 缺 陷 分 类 。 在 此 基 础 上 开 发 的 钢 板 表 面 缺 陷 检 测 系 统 已 经 成 功 地 应 用 到 了 现 实的 钢 板
2、 生 产 中 。Abstract : As one of the major forms of production in steel industry , steel sheet has now become a kind of indispensablematerial for many industries like automobile , mechanical manufacturing , chemistry , aviation , astronavigation , ship build2ing , etc. Its surface quality affects the fi
3、nal production s performance and quality. As for the domestic status quo that themethod of surface defect detection for steel sheets is laggard and the effect is not satisfactory , the design and implementationscheme of a surface defect detection system for steel sheets is proposed , including the b
4、uilding and deployment of hardwareand software. By adopting the techniques of serial port and parallel port programming and image pattern matching , we im2plement the auto photograph of steel sheet surfaces , defect detection and conservation of defect information. According tothe geometric and opti
5、cal characteristics of the pictures , the defect detection algorithm which includes defect recognition anddefect classification is implemented. Based on the above plan , the surface defect detection system for steel sheet is developedand is used successfully in practical steel sheet production.关 键 词
6、 :表 面 缺 陷 ;缺 陷 识 别 ;缺 陷 分 类 ;模 式 匹 配Key words :surface defect ;defect recognition ;defect classification ;pattern matching中 图 分 类 号 : TP391 文 献 标 识 码 :A1 引 言随 着 经 济 的 飞 速 发 展 ,钢 材 作 为 经 济 建 设 的 基 础 材 料 ,需 求 量 越 来 越 大 ,产 量 也 逐 年 递 增 。 钢 板 作 为 钢 材 的 主 要型 材 之 一 ,其 质 量 的 重 要 性 不 言 而 喻 。 钢 板 的 表 面 质 量 是钢
7、 板 最 为 重 要 的 质 量 因 素 之 一 ,其 优 劣 直 接 影 响 到 最 终 产品 的 质 量 与 性 能 1 。 然 而 ,在 生 产 加 工 过 程 中 ,由 于 原 材料 、 轧 制 设 备 和 工 艺 等 原 因 ,导 致 钢 板 表 面 出 现 结 疤 、 裂 纹 、辊 印 、 刮 伤 、 针 眼 、 磷 皮 、 孔 洞 、 麻 点 等 不 同 类 型 的 缺 陷 。 这些 缺 陷 不 仅 影 响 产 品 的 外 观 ,而 且 降 低 了 产 品 的 抗 腐 蚀 性 、耐 磨 性 和 疲 劳 强 度 等 性 能 。 如 何 在 生 产 过 程 中 实 时 检 测 钢板
8、的 表 面 缺 陷 ,从 而 控 制 和 提 高 钢 板 的 表 面 质 量 ,一 直 是 钢铁 生 产 、 加 工 企 业 非 常 关 注 的 问 题 。作 为 系 统 的 核 心 技 术 之 一 ,钢 板 表 面 缺 陷 检 测 技 术 的发 展 经 历 了 人 工 检 测 、 新 兴 技 术 和 信 息 化 等 几 个 阶 段 2 。目 前 ,国 内 钢 铁 制 造 、 加 工 企 业 通 常 采 用 人 工 目 视 抽 检 和 频闪 光 检 测 等 方 法 进 行 表 面 质 量 检 测 ,经 过 概 率 计 算 并 参 考163 收 稿 日 期 :2008204213 ;修 订 日
9、期 :2008207210作 者 简 介 :王 志 成 (19822) ,男 ,河 北 唐 山 人 ,硕 士 生 ,研 究 方 向 为 计 算 机 图 形 与 图 像 处 理 ;吴 壮 志 ,副 教 授 ;冯 路 ,硕 士 生 ;唐 发 根 ,教授 。通 讯 地 址 :100083 北 京 市 北 京 航 空 航 天 大 学 计 算 机 学 院 ; Tel :13762038590Address :School of Computer Science and Technology ,Beijing University of Aeronautics and Astronautics ,Beij
10、ing 100083 ,P. R. Chi2na检 测 员 的 经 验 数 据 ,形 成 钢 板 的 综 合 质 量 评 估 3 。 这 些 方法 抽 检 率 低 ,不 能 100 %反 映 钢 板 表 面 质 量 ;实 时 性 差 ,远不 能 满 足 在 线 高 速 的 生 产 节 奏 ;缺 乏 检 测 的 一 致 性 和 科 学性 、 检 测 的 置 信 度 低 ;检 测 环 境 恶 劣 ,对 人 身 及 设 备 损 害 较大 等 。 种 种 缺 点 使 得 检 测 的 效 果 并 不 是 十 分 理 想 4 。计 算 机 视 觉 检 测 作 为 新 兴 的 缺 陷 检 测 技 术 ,随
11、着 计 算机 技 术 和 人 工 智 能 等 技 术 的 长 足 发 展 ,越 来 越 受 到 钢 板 表面 缺 陷 检 测 领 域 的 青 睐 。 国 外 一 些 发 达 国 家 早 已 经 将 其 应用 到 了 钢 板 表 面 缺 陷 检 测 中 ,生 产 出 了 比 较 成 熟 的 检 测 系统 ,比 如 德 国 Parsytec 公 司 的 H TS22W 系 统 。 但 是 ,由 于成 本 和 产 权 等 因 素 ,并 没 有 广 泛 应 用 到 国 内 钢 铁 生 产 中 。所 以 ,研 究 具 有 自 主 知 识 产 权 的 钢 板 表 面 缺 陷 检 测 系 统 受到 国 内
12、钢 铁 企 业 越 来 越 多 的 关 注 。 本 文 介 绍 的 系 统 采 用 了计 算 机 视 觉 技 术 ,实 现 了 照 相 机 的 自 动 拍 照 与 缺 陷 的 自 动检 测 等 功 能 ,满 足 了 钢 板 生 产 厂 商 对 于 表 面 缺 陷 自 动 检 测系 统 的 需 求 。 而 且 ,由 于 板 材 生 产 的 共 性 ,只 需 稍 作 改 造 即可 应 用 到 其 他 板 材 生 产 中 。2 系 统 整 体 设 计2. 1 需 求 概 述本 系 统 为 唐 山 某 钢 板 生 产 公 司 委 托 开 发 的 钢 板 表 面 缺陷 检 测 系 统 。 系 统 所 应
13、 用 的 生 产 线 的 主 要 任 务 是 将 刚 刚 生产 或 加 工 完 的 较 长 钢 板 剪 切 成 长 度 相 对 较 短 、 更 适 于 运 输和 销 售 的 小 卷 钢 板 ,而 钢 板 表 面 缺 陷 检 测 系 统 完 成 的 工 作主 要 是 实 时 地 检 测 钢 板 表 面 ,判 断 是 否 存 在 缺 陷 ,并 对 缺 陷进 行 分 类 和 记 录 相 关 的 信 息 。生 产 线 主 要 分 为 两 部 分 :对 钢 板 进 行 传 送 和 剪 切 的 生产 部 分 和 生 产 工 人 操 作 生 产 线 的 操 作 台 部 分 。 为 了 保 护 生产 工 人
14、,操 作 台 与 生 产 线 有 一 定 的 距 离 。 为 了 达 到 实 时 监控 钢 板 生 产 情 况 的 目 的 ,将 系 统 设 计 成 了 客 户 端 / 服 务 器 端模 式 。 客 户 端 部 署 在 生 产 线 上 ,负 责 控 制 照 相 机 自 动 拍 照 ,并 将 拍 摄 的 照 片 上 传 到 服 务 端 ;服 务 器 端 部 署 在 操 作 台 附近 ,以 便 与 操 作 台 相 连 ,记 录 操 作 信 息 。 服 务 器 端 负 责 缺 陷检 测 ,并 记 录 缺 陷 信 息 及 生 产 时 的 一 些 生 产 信 息 ,以 便 对 产品 进 行 分 等 和
15、改 进 生 产 工 艺 。经 过 调 研 及 总 结 得 出 了 钢 板 生 产 的 具 体 过 程 ,其 流 程如 图 1 所 示 。图 1 生 产 流 程 图启 动 生 产 线 后 ,生 产 线 进 行 预 热 等 准 备 工 作 ,待 准 备 工作 完 成 后 提 示 生 产 员 工 生 产 操 作 ,并 等 待 员 工 的 生 产 操 作 。生 产 卷 钢 板 的 典 型 操 作 流 程 为 :胀 径 运 行 剪 切 缩 径 。生 产 线 重 复 这 一 操 作 流 程 ,直 至 达 到 生 产 要 求 。 实 际 生 产过 程 中 可 能 会 遇 到 操 作 失 败 等 情 况 ,只
16、 需 重 复 操 作 ,并 根 据实 际 情 况 配 合 点 动 剪 切 掉 多 余 的 钢 板 即 可 。2. 2 系 统 设 计由 于 生 产 现 场 环 境 限 制 ,照 相 机 与 钢 板 之 间 的 最 大 距离 约 为 1 200mm。 多 方 面 考 虑 价 格 、 性 能 等 因 素 ,本 系 统 选用 了 Microvision 公 司 的 一 款 工 业 照 相 机 。 该 款 工 业 照 相机 焦 距 确 定 为 16mm ,CCD 靶 面 确 定 为 6. 6mm 8. 8mm ,由 此 确 定 了 照 相 机 的 视 场 范 围 约 为 :650mm 485mm。生
17、产 线 上 的 钢 板 宽 度 为 1250mm ,并 且 工 业 照 相 机 的视 场 范 围 已 经 确 定 为 650mm 485mm。 所 以 ,为 了 达 到 客户 端 的 要 求 即 拍 照 范 围 覆 盖 钢 板 的 正 反 所 有 表 面 ,至 少 要用 正 反 各 两 个 ,共 四 台 工 业 照 相 机 在 一 定 的 频 率 下 不 停 地拍 照 (参 见 图 2) 。 生 产 线 上 钢 板 的 最 大 运 行 速 度 为 3333mm/ s ,所 以 照 相 机 的 拍 照 频 率 达 到 3 333/ 486 7 帧 /秒 就 能 保 证 覆 盖 钢 板 的 所 有
18、 表 面 。 为 了 提 高 客 户 端 的 工 作效 率 ,每 台 工 业 照 相 机 由 一 台 客 户 端 主 机 控 制 。图 2 生 产 线 示 意 图为 了 实 现 客 户 端 自 动 拍 照 ,在 生 产 线 传 送 钢 板 的 卷 轴上 安 装 一 个 USB 计 数 器 。 转 轴 每 转 0. 1 度 计 数 器 产 生 一次 脉 冲 ,转 筒 直 径 为 750mm ,工 业 照 相 机 每 次 拍 照 所 覆 盖的 长 度 为 485mm。 由 此 ,可 以 计 算 出 系 统 应 每 隔 800 个 脉冲 拍 照 一 次 。客 户 端 和 服 务 器 端 通 过 交
19、换 机 相 连 接 形 成 局 域 网 ,实现 图 片 和 USB 计 数 器 值 的 传 送 。 根 据 工 业 照 相 机 的 分 辨率 ,每 张 照 片 的 数 据 大 小 为 1 280 1 024 3 = 3. 75M ,每秒 上 传 至 服 务 端 的 数 据 量 最 大 为 3. 75 4 7 = 105M。 这就 要 求 系 统 的 交 换 机 是 1 GBit/ s 带 宽 的 交 换 机 。由 于 现 场 环 境 的 限 制 ,照 相 机 并 不 能 安 装 在 分 割 两 卷钢 板 的 切 刀 附 近 ,而 是 安 装 在 了 切 刀 之 前 、 距 离 切 刀 有 一
20、定距 离 的 地 方 。 这 就 使 得 在 这 段 距 离 内 的 钢 板 ,对 其 表 面 进行 拍 照 发 生 在 前 一 段 钢 板 运 行 的 时 间 内 。 但 是 ,这 些 图 片却 是 属 于 下 一 段 钢 板 (参 见 图 3) 。 为 了 解 决 这 个 问 题 ,系统 应 该 记 录 各 个 生 产 操 作 ,通 过 各 种 操 作 信 号 以 及 这 些 信号 发 生 时 的 计 数 器 值 来 计 算 出 究 竟 哪 些 图 片 属 于 上 一 卷 钢板 ,而 哪 些 又 是 属 于 下 一 卷 钢 板 。 这 就 要 求 服 务 器 能 够 监听 并 记 录 各
21、种 操 作 信 号 ,同 时 记 录 产 生 该 信 号 时 的 计 数 器值 。图 3 系 统 示 意 图为 了 保 存 和 查 看 缺 陷 信 息 报 告 ,应 为 服 务 端 配 置 一 台打 印 机 ,以 便 打 印 出 缺 陷 信 息 报 告 。 系 统 还 应 为 服 务 器 配置 一 台 报 警 灯 ,当 服 务 器 判 断 出 现 严 重 缺 陷 时 将 启 动 报 警灯 报 警 ,提 醒 员 工 进 行 及 时 处 理 。26综 上 ,系 统 对 硬 件 的 所 有 需 求 如 下 :四 台 工 业 照 相 机 、四 台 客 户 端 主 机 、 一 个 USB 计 数 器 、
22、 1 GBit/ s 带 宽 的 交 换机 、 一 台 服 务 端 主 机 、 一 台 打 印 机 和 一 台 报 警 灯 。根 据 需 求 ,系 统 布 局 如 下 :首 先 ,四 台 客 户 端 主 机 以 及四 台 工 业 照 相 机 部 署 、 运 行 在 生 产 线 上 的 钢 板 附 近 。 由 于只 有 一 个 USB 计 数 器 ,所 以 需 要 有 一 台 客 户 端 主 机 作 为 主客 户 端 与 USB 计 数 器 连 接 。 当 主 客 户 端 收 到 计 数 器 发 来的 拍 照 信 号 后 ,控 制 其 他 客 户 端 一 起 同 步 拍 照 。 服 务 端 主机
23、 部 署 在 操 作 台 附 近 ,连 接 操 作 台 、 打 印 机 和 报 警 灯 三 个 设备 。 系 统 示 意 图 如 图 4 所 示 。图 4 系 统 示 意 图系 统 的 工 作 原 理 如 下 :系 统 在 启 动 后 ,由 主 客 户 端 定 时查 询 USB 计 数 器 的 值 ,当 其 值 为 800 的 整 数 倍 时 ,向 各 个客 户 端 发 送 拍 照 信 息 进 行 同 步 拍 照 ,并 将 拍 摄 好 的 图 片 以及 相 关 信 息 通 过 局 域 网 传 送 到 服 务 器 端 ;服 务 器 端 在 接 收到 图 片 以 后 ,通 过 缺 陷 检 测 算
24、法 对 图 片 进 行 检 测 ,判 断 是 否存 在 缺 陷 以 及 缺 陷 的 类 型 ,并 记 录 相 关 信 息 ,然 后 根 据 缺 陷的 类 型 做 相 应 的 处 理 。 如 果 是 一 般 缺 陷 ,则 只 需 记 录 缺 陷信 息 ;如 果 缺 陷 较 为 严 重 ,报 警 提 示 ;如 果 缺 陷 非 常 严 重 ,则报 警 并 停 止 生 产 线 。3 软 件 设 计3. 1 客 户 端 软 件根 据 系 统 对 于 客 户 端 的 要 求 ,总 结 客 户 端 的 功 能 主 要如 下 :控 制 照 相 机 拍 照 、 响 应 串 口 消 息 、 与 服 务 端 通 讯
25、 、 处 理图 片 数 据 。 为 了 实 现 系 统 功 能 ,将 客 户 端 软 件 划 分 成 了 几个 模 块 ,各 个 模 块 与 其 功 能 总 结 如 表 1 所 示 。表 1 客 户 端 模 块 表名 称 功 能主 模 块 负 责 客 户 端 的 界 面 和 总 体 流 程USB 计 数 器信 息 模 块主 客 户 端 :负 责 查 询 USB 计 数 器 的 值 ,并 通 过 局 域 网 发 给 从 客 户 端 拍 照 消 息从 客 户 端 :等 待 主 客 户 端 的 拍 照 消 息通 讯 模 块 负 责 与 服 务 端 通 讯图 片 数 据 处 理 模 块 负 责 处 理
26、 缓 冲 区 中 的 图 片 数 据拍 照 模 块 负 责 控 制 照 相 机 拍 照客 户 端 流 程 :初 始 化 并 检 查 串 口 ;连 接 服 务 端 ,然 后 分为 两 个 线 程 ,一 个 等 待 拍 照 信 号 并 控 制 拍 照 ,一 个 处 理 缓 冲区 中 的 图 片 。 其 流 程 图 如 图 5 所 示 。客 户 端 的 各 个 照 相 机 拍 照 应 该 是 一 个 同 步 的 过 程 。 但是 ,由 于 USB 计 数 器 只 能 连 接 到 一 台 主 客 户 端 上 ,所 以 其他 客 户 端 只 能 由 主 客 户 端 控 制 拍 照 ,这 样 必 将 有
27、一 定 的 延时 。 系 统 应 该 尽 量 减 少 延 时 ,使 得 各 个 客 户 端 的 拍 照 延 时并 不 会 影 响 系 统 的 实 现 以 及 数 据 的 可 靠 性 。 系 统 启 动 后 ,主 客 户 端 通 过 串 口 5 循 环 查 询 USB 计 数 器 的 值 ,以 此 判 断是 否 需 要 拍 照 。 当 USB 计 数 器 值 为 800 的 整 数 倍 时 ,通 知各 个 从 客 户 端 同 步 拍 照 。客 户 端 的 图 片 处 理 功 能 就 是 将 图 片 以 及 相 关 信 息 上 传至 服 务 器 端 。 为 了 保 证 上 传 图 片 的 完 整
28、性 和 正 确 性 ,局 域网 内 的 通 讯 采 取 了 TCP 协 议 。为 了 提 高 客 户 端 的 工 作 效 率 ,在 图 片 处 理 的 过 程 中 采用 了 多 线 程 技 术 ,利 用 典 型 的 “ 生 产 者 / 消 费 者 模 型 ” 实 现 了客 户 端 的 图 片 处 理 。 拍 照 模 块 为 生 产 者 ,图 片 处 理 模 块 为消 费 者 ,在 内 存 中 申 请 的 存 放 图 片 的 空 间 作 为 缓 冲 区 。 作为 “ 生 产 者 ” 的 拍 照 模 块 根 据 USB 计 数 器 信 号 不 停 地 进 行拍 照 ,并 将 拍 摄 的 图 片 放
29、 入 “ 缓 冲 区 ” 中 ;同 时 ,作 为 “ 消 费36者 ” 的 图 片 处 理 模 块 不 停 地 将 图 片 从 缓 冲 区 中 取 出 ,并 上 传至 服 务 器 端 。3. 2 服 务 器 端 软 件根 据 系 统 对 于 服 务 器 端 的 要 求 ,总 结 服 务 器 端 的 功 能主 要 如 下 :监 听 切 卷 操 作 、 与 客 户 端 通 讯 、 处 理 图 片 数 据 、 管理 数 据 库 、 打 印 报 表 。 为 了 实 现 系 统 功 能 ,将 服 务 器 端 软 件划 分 成 了 几 个 模 块 ,各 个 模 块 与 其 功 能 总 结 如 表 2 所
30、示 。表 2 服 务 器 端 模 块 表名 称 功 能主 模 块 负 责 服 务 端 界 面 和 总 体 流 程并 口 模 块 负 责 侦 听 并 处 理 用 户 的 切 卷 操 作通 讯 模 块 负 责 与 客 户 端 进 行 通 讯图 片 数 据 处 理 模 块 负 责 处 理 缓 冲 区 中 的 图 片 数 据数 据 库 管 理 模 块 负 责 将 缺 陷 数 据 保 存 到 数 据 库 中报 表 打 印 模 块 负 责 将 统 计 的 结 果 生 成 报 表 并 打 印 出 来(1)服 务 端 流 程 :初 始 化 阶 段 ,需 要 做 的 事 情 有 系 统 自检 、 连 接 数 据
31、 库 、 等 待 客 户 机 响 应 ;初 始 化 结 束 以 后 ,系 统 将开 始 两 个 并 行 的 线 程 :一 个 处 理 客 户 端 上 传 的 图 片 ,一 个 监听 并 口 。 流 程 图 图 6 所 示 。(2)并 口 通 讯 :为 了 解 决 图 片 的 归 属 问 题 而 需 要 记 录 切卷 操 作 信 号 ,服 务 端 的 并 口 模 块 完 成 了 这 一 功 能 。 为 了 实现 这 一 功 能 ,首 先 对 并 口 信 号 进 行 总 结 ,得 到 并 口 信 号 如 表3 所 示 。表 3 并 口 信 号 表信 号 名 称 信 号 说 明 出 现 时 间 是
32、否 采 集胀 径 撑 胀 钢 板 ,使 钢 板 固 定 到 转 轴上 一 卷 开 始 是缩 径 松 开 钢 板 ,使 钢 板 退 出 转 轴 一 卷 结 束 是运 行 胀 径 后 按 下 运 行 ,钢 板 正 常 运行 是剪 切1.缩 径 前 需 要 剪 断 钢 板 ,才 能进 行 缩 径2.当 出 现 严 重 缺 陷 时 ,剪 断 该段 钢 板 。 要 与 点 动 相 配 合 ,此卷 报 废 ,开 始 新 卷 (新 卷 的 卷 号重 新 确 定 )3.当 需 要 选 取 样 品 ,要 与 点 动相 配 合一 卷 结 束 前运 行 过 程 中一 卷 结 束 前是点 动 停 机 以 后 ,需 要
33、 运 行 一 小 段 距离 时说 明 :胀 径 可 能 不 成 功 。 如 果 不 成 功 ,需 要 反 复 “ 胀 径 ” 和 “ 缩 径 ” ,每 次 “ 胀 径 ” 前 可 能 需 要 “ 剪 切 ” 废 料 。图 7 并 口 处 理 模 块 类 图通 过 对 表 2 的 分 析 ,本 文 设 计 了 如 下 一 些 类 来 处 理 并口 逻 辑 : Parallel Thread、 ParallelSignal、 PaPic (参 见 图 7) 。Parallel Thread 类 主 要 用 来 产 生 侦 听 线 程 并 处 理 逻 辑 。Parallel Thread 还 包 含
34、 了 PaPic 类 的 对 象 和 一 个 Parallel2Signal 的 容 器 。 Parallel Thread 的 处 理 流 程 比 较 复 杂 。 需要 注 意 的 是 ,每 收 到 一 个 信 号 ,线 程 都 要 延 时 350ms ,因 为按 下 一 个 按 钮 的 脉 冲 时 间 是 350ms。 这 种 做 法 使 得 系 统 可以 区 分 连 续 两 次 脉 冲 ,而 不 会 把 一 个 脉 冲 判 断 成 两 个 。ParallelSignal 用 来 记 录 一 个 信 号 的 类 型 和 这 个 信 号 发 生 时客 户 端 连 接 的 计 数 器 的 读
35、数 值 。 记 录 计 数 器 的 读 数 主 要 是用 来 修 正 钢 板 的 长 度 以 及 确 定 图 片 的 归 属 。 PaPic 用 来 响应 并 口 信 号 。服 务 器 端 也 包 括 图 像 处 理 ,具 体 工 作 就 是 将 从 网 络 接收 到 的 图 片 进 行 缺 陷 检 测 ,并 记 录 相 应 的 缺 陷 信 息 。 和 客户 端 一 样 ,为 了 提 高 系 统 的 工 作 效 率 而 采 用 了 典 型 的 “ 生 产者 / 消 费 者 模 型 ” 的 多 线 程 技 术 ,实 现 图 片 的 接 收 和 处 理 。通 讯 模 块 作 为 “ 生 产 者 ”
36、 ,将 从 网 络 端 接 收 到 的 图 片 放 在 事先 申 请 的 内 存 “ 缓 冲 区 ” 中 ,然 后 作 为 “ 消 费 者 ” 的 图 像 处 理模 块 对 图 片 进 行 缺 陷 检 测 、 记 录 缺 陷 信 息 ,并 将 图 片 移 至 硬盘 保 存 。本 系 统 中 ,数 据 库 管 理 系 统 使 用 的 是 SQL Server2000 ,数 据 库 访 问 使 用 的 是 ADO。 系 统 的 数 据 管 理 比 较 简单 ,只 需 要 保 存 缺 陷 数 据 的 相 关 参 数 即 可 。4 缺 陷 检 测在 对 生 产 线 上 钢 板 进 行 长 时 间 的
37、拍 照 试 验 后 ,得 到 了大 量 的 缺 陷 图 片 数 据 。 在 和 质 量 检 查 人 员 一 起 对 缺 陷 图 片进 行 了 分 析 和 研 究 后 ,我 们 总 结 出 了 一 些 典 型 的 缺 陷 模 式如 图 8 所 示 。图 8 缺 陷 图 例显 然 ,由 于 图 片 的 多 样 性 和 缺 陷 的 不 规 则 性 ,并 不 能 直接 采 取 模 式 匹 配 的 方 式 进 行 缺 陷 检 测 ,所 以 系 统 在 检 测 之 前对 每 一 幅 图 片 都 进 行 了 预 处 理 6 。 具 体 步 骤 如 下 : (1) 灰 度化 :采 用 灰 度 化 的 方 法
38、减 少 每 个 像 素 点 的 可 能 取 值 ,从 而 使后 续 的 计 算 量 减 少 。 (2)图 像 去 噪 :由 于 输 入 设 备 、 现 场 环 境和 光 源 等 的 影 响 ,图 像 上 可 能 含 有 各 种 各 样 的 噪 音 ,这 将 给后 续 工 作 带 来 较 大 的 影 响 。 为 了 降 低 噪 音 的 影 响 ,我 们 采 用了 对 边 缘 保 护 较 好 的 中 值 滤 波 法 对 图 像 进 行 光 滑 处 理 。 (3)二 值 化 :用 二 值 化 的 方 法 表 示 图 片 中 的 缺 陷 。 (4) 形 态 学 特征 :利 用 形 态 学 中 的 开
39、运 算 和 闭 运 算 改 善 图 像 的 质 量 。46图 像 的 预 处 理 是 缺 陷 检 测 算 法 的 第 一 步 ,也 是 比 较 重 要的 一 步 。 由 于 要 在 预 处 理 后 的 图 像 上 进 行 缺 陷 的 识 别 及 分类 ,因 此 预 处 理 图 像 质 量 的 好 坏 直 接 影 响 缺 陷 的 检 测 效 果 。经 过 预 处 理 后 ,系 统 采 用 文 献 7 ,8 中 提 供 的 模 式 匹 配方 法 对 图 像 中 的 缺 陷 进 行 检 测 。 这 一 算 法 的 主 要 思 想 是 :首 先 将 图 片 跟 一 张 标 准 的 钢 板 图 像 进
40、行 比 较 ,判 断 是 否 存在 缺 陷 。 如 果 存 在 缺 陷 ,再 进 一 步 与 缺 陷 数 据 库 中 的 各 种缺 陷 图 片 进 行 比 较 ,最 后 得 出 缺 陷 的 类 型 。所 以 ,为 了 实 现 缺 陷 的 分 类 ,应 该 先 建 立 缺 陷 数 据 库 ,利 用 缺 陷 数 据 库 来 管 理 和 维 护 厂 家 提 供 的 典 型 缺 陷 的 彩 色图 片 ,并 从 中 提 取 缺 陷 的 色 彩 、 纹 理 和 形 态 等 特 征 值 。 在 系统 进 行 缺 陷 分 类 时 ,提 取 库 中 的 缺 陷 特 征 与 待 检 测 的 图 片的 相 应 特
41、征 值 进 行 基 于 色 彩 、 纹 理 和 形 态 等 特 征 值 的 相 似距 离 计 算 ,从 而 识 别 出 缺 陷 的 类 型 。 因 此 ,缺 陷 数 据 库 的 建立 对 于 整 个 检 测 系 统 的 实 现 起 到 了 重 要 的 作 用 。5 结 束 语本 文 对 钢 板 表 面 缺 陷 检 测 中 的 一 些 关 键 技 术 进 行 了 研究 ,主 要 内 容 有 :结 合 钢 板 生 产 线 的 特 点 ,设 计 了 钢 板 表 面缺 陷 检 测 系 统 的 总 体 方 案 ,介 绍 了 系 统 的 软 、 硬 件 方 案 ;利用 串 口 、 并 口 技 术 实 现
42、了 照 相 机 的 自 动 拍 照 和 图 片 的 分 类 ;研 究 了 缺 陷 图 像 的 特 征 提 取 ,并 利 用 其 特 征 实 现 了 缺 陷 识别 及 缺 陷 分 类 算 法 ;提 出 了 系 统 网 络 结 构 设 计 ,实 现 了 系 统网 络 通 讯 及 图 像 传 输 ,并 对 其 进 行 了 测 试 。 目 前 ,系 统 已 经应 用 到 唐 山 某 钢 板 生 产 公 司 的 实 际 生 产 中 ,系 统 工 作 正 常 ,效 果 显 著 。钢 板 只 是 众 多 板 材 中 的 一 种 ,由 于 各 种 板 材 生 产 的 共性 ,使 得 本 系 统 只 需 更 新
43、 缺 陷 数 据 库 ,并 根 据 生 产 现 场 情 况做 细 节 修 改 就 能 应 用 到 各 种 版 才 的 生 产 中 。参 考 文 献 : 1 何 永 辉 ,等 . 中 国 用 户 对 质 量 控 制 系 统 的 需 求 - 来 自 宝 钢 冷轧 现 场 的 问 题 C 首 届 中 国 - 欧 盟 高 品 质 钢 质 量 控 制 研 讨会 ,1999. 2 罗 志 勇 ,王 斌 ,刘 栋 王 ,等 . 带 钢 表 面 缺 陷 检 测 系 统 的 发 展 J .钢 铁 ,2001 (1) . 3 吴 平 川 ,路 同 浚 ,王 炎 . 钢 板 表 面 缺 陷 的 无 损 检 测 技
44、术 与 应 用J . 无 损 检 测 ,2000 ,22 (7) . 4 胡 亮 ,段 发 阶 ,丁 克 勤 ,等 . 带 钢 表 面 缺 陷 计 算 机 视 觉 在 线 检测 系 统 的 设 计 J . 无 损 检 测 ,2003 ,25 (6) . 5 吴 先 亮 ,刘 春 生 . 基 于 多 线 程 的 串 口 通 讯 软 件 的 设 计 与 实 现J . 控 制 工 程 ,2004 (3) . 6 Ma Wei2Ying , Manjunat h B S. Edge Flow : A Technique forBoundary Detection and Image Segmentta
45、tion J . IEEETrans on Image Processing ,2000 ,9 (8) :137521388. 7 Castleman K R. Digital Image Processing M . Pretice2HallInternational Inc ,1996. 8 Hawkins J K. Textural Properties for Pattern Recognition M.New York :Academic Press ,1980.(上 接 第 8 页 )要 选 出 最 佳 路 由 。 如 果 当 前 节 点 中 所 有 的 路 由 都 不 可 用 ,
46、源 节 点 将 按 与 DSR 类 似 的 路 由 建 立 原 理 从 零 开 始 新 建 一条 路 由 。3. 4 路 由 建 立 过 程源 节 点 S 与 目 的 节 点 D 的 路 由 建 立 过 程 如 下 :第 (1) 步 : S 发 送 路 由 请 求 信 息 包 RREQ 给 其 依 附 的Mix 节 点 ,假 设 为 Ms ,其 中 RREQ 格 式 如 下 :即 RREQ 信 息 包 包 含 S 的 地 址 、 D 的 地 址 、 路 由 路 径 记 录path(记 录 从 源 节 点 到 目 的 节 点 路 由 中 的 中 间 节 点 ) 、 请 求I D (即 S + s
47、eqnum) 。第 (2) 步 : Ms 查 找 自 己 所 缓 存 的 路 由 信 息 ,协 助 S 建立 到 D 的 实 际 路 由 。第 ( 3) 步 : D 收 到 S 发 来 的 RREQ 信 息 后 , D 通 过RREQ 中 的 path获 取 S 到 D 的 路 由 信 息 。 显 然 , D 可 能会 获 取 多 个 不 同 的 到 S 的 路 由 信 息 ,此 时 D 先 进 行 路 由 选择 。 如 果 D 还 没 有 注 册 到 其 依 附 的 Mix 节 点 ,则 通 过DREG包 建 立 起 与 其 依 附 Mix 接 点 的 联 系 ; 然 后 通 过RREP(R
48、oute Replay)信 息 回 传 给 S ,告 诉 S 到 D 的 路 径 。第 (4) 步 : S 按 照 D 发 来 的 RREP 包 中 的 路 由 信 息 进行 数 据 包 的 传 送 。需 要 说 明 的 是 ,因 为 S 与 D 在 发 送 之 前 都 先 与 其 依 附的 Mix 节 点 联 系 ,因 此 通 过 这 种 方 式 建 立 的 Mix 路 由 至 少包 含 一 个 Mix 节 点 (当 S 与 D 依 附 的 Mix 节 点 为 同 一 个Mix 节 点 时 ,其 它 情 况 Mix 路 由 至 少 由 两 个 或 两 个 以 上 的Mix 节 点 所 组 成
49、 ) ,从 而 提 高 了 MAN ET 网 络 的 安 全 性 。另 外 ,即 使 不 良 企 图 者 会 监 控 到 RREP 包 ,但 由 于 Mix节 点 要 进 行 隐 藏 输 入 与 输 出 数 据 之 间 的 有 关 处 理 ,不 良 企图 者 也 很 难 把 正 在 传 输 的 数 据 包 与 某 些 路 由 对 应 起 来 ,即使 获 取 某 RREP 中 的 路 由 信 息 也 没 有 什 么 实 际 意 义 。4 结 束 语总 而 言 之 ,路 由 公 告 、 路 由 更 新 与 维 护 是 定 期 性 工 作 ,能 及 时 获 取 MAN ET 的 最 新 当 前 状 态 ,为 数 据 传 输 前 的 路由 建 立 过 程 提 供 可 用 的 、 最 新 的 路 由 信 息 ,一 方 面 可 加 快 路由 建 立 的 速 度 ,另 一 方 面 随 时 反 映 出 路 由 信 息 的 动 态 性 ,随着 拓 扑 结 构 的 变 化 实 时 变 化 。 因 此 ,此 方 案 非 常 适 合 网 络拓 扑 结 构 频 繁 发 生