一,、 布匹生產(chǎn)在線檢測(cè)概述
　　
自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)作為一種快速,、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確采集與處理信息的高新技術(shù),，已逐漸成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化,、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力不可缺少的技術(shù)工具和手段。布匹在現(xiàn)代生產(chǎn)流水線上,，需要判別出布匹的顏色是否合格,、布匹上是否有雜質(zhì)及雜質(zhì)的數(shù)量。由于生產(chǎn)線運(yùn)行速度較快,，要求雜質(zhì)分辨直徑較小,，用人工難以做到實(shí)時(shí)檢測(cè)，事后抽樣檢測(cè)效率低下,，且抽檢后的產(chǎn)品仍然有存在瑕疵的可能,。計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化，正好適合于快速實(shí)時(shí)地檢測(cè),。布匹生產(chǎn)在線檢測(cè)系統(tǒng)正是基于機(jī)器視覺(jué)的技術(shù),，快速高效的檢測(cè)出布匹的顏色和存在的雜質(zhì)。機(jī)器視覺(jué)就是用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷,。視覺(jué)系統(tǒng)" title="機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)">機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是指通過(guò)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品（即圖像攝取裝置）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào),，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布,、亮度和顏色等信息,，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)；圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征,，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)識(shí)別圖像的內(nèi)容或控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作,。

二、項(xiàng)目要求
　　
在布匹的生產(chǎn)過(guò)程中,，像布匹質(zhì)量檢測(cè)這種有高度重復(fù)性和智能性的工作只能靠人工檢測(cè)來(lái)完成,在現(xiàn)代化流水線后面常?？煽吹胶芏嗟臋z測(cè)工人來(lái)執(zhí)行這道工序,給企業(yè)增加巨大的人工成本和管理成本的同時(shí),卻仍然不能保證100 %的檢驗(yàn)合格率（即“零缺陷”） 。對(duì)布匹質(zhì)量的檢測(cè)是重復(fù)性勞動(dòng),，容易出錯(cuò)且效率低,。
　　
流水線進(jìn)行自動(dòng)化的改造，使布匹生產(chǎn)流水線變成快速,、實(shí)時(shí),、準(zhǔn)確、高效的流水線,。在流水線上,，所有布匹的顏色、及數(shù)量都要進(jìn)行自動(dòng)確認(rèn)（以下簡(jiǎn)稱“布匹檢測(cè)”）?，F(xiàn)在采用機(jī)器視覺(jué)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)完成以前由人工來(lái)完成的工作,。在大批量的布匹檢測(cè)中，用人工檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高,，用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度,。
　　
三、項(xiàng)目方案
　　
機(jī)器視覺(jué)是在沒(méi)有人工干預(yù)的情況下使用計(jì)算機(jī)來(lái)處理和分析圖像信息并作出結(jié)論,。機(jī)器視覺(jué)的特點(diǎn)是自動(dòng)化,、客觀、非接觸和高精度,與一般意義上的圖像處理系統(tǒng)相比,機(jī)器視覺(jué)強(qiáng)調(diào)的是精度和速度,以及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的可靠性,。
　　
在機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用中,，包括以下幾個(gè)過(guò)程：
　　
圖像采集
通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)，由相機(jī)采集圖像,，圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式式并傳入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器,。
　　
圖像處理
處理器運(yùn)用不同的算法來(lái)處理對(duì)決策有重要影響的圖像要素,，如對(duì)圖像進(jìn)行顏色辨識(shí),面積、長(zhǎng)度測(cè)量,，圖像增強(qiáng),，邊緣銳化，降噪等處理,。
　　
特性提取
處理器識(shí)別并量化圖像的關(guān)鍵特性,，例如布匹的顏色和雜質(zhì)的形狀等等。然后這些數(shù)據(jù)傳送到控制程序,。
　　
判決和控制
處理器的控制程序根據(jù)收到的數(shù)據(jù)做出結(jié)論,。例如：這些數(shù)據(jù)包括雜質(zhì)的直徑是否在要求規(guī)格之內(nèi)或者布匹的顏色是否合格。
　　
視覺(jué)系統(tǒng)一般包括：光源,、光學(xué)系統(tǒng),、相機(jī)、圖像處理單元,、圖像分析處理軟件,、監(jiān)視器、通訊/輸入輸出單元等,。布匹檢測(cè)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的組成如下圖所示,。視覺(jué)系統(tǒng)的輸出是經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理之后的檢測(cè)結(jié)果——各種雜質(zhì)的數(shù)量。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲得檢測(cè)結(jié)果后,指揮運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)或輸入輸出系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的控制動(dòng)作（如分選）,。
　　
下面就布匹檢測(cè)系統(tǒng)提出詳細(xì)方案設(shè)計(jì)說(shuō)明書,。　
　　
圖像處理軟件
機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中,，視覺(jué)信息的處理技術(shù)主要依賴于圖像處理方法,，它包括圖像增強(qiáng)、數(shù)據(jù)編碼和傳輸,、平滑,、邊緣銳化、分割,、特征抽取,、圖像識(shí)別與理解等內(nèi)容。經(jīng)過(guò)這些處理后,，輸出圖像的質(zhì)量得到相當(dāng)程度的改善,，既改善了圖像的視覺(jué)效果，又便于計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行分析,、處理和識(shí)別,。
　　
特征提取辨識(shí)
一般布匹檢測(cè)（自動(dòng)識(shí)別）先利用高清晰度、高速攝像鏡頭拍攝標(biāo)準(zhǔn)圖像，在此基礎(chǔ)上設(shè)定一定標(biāo)準(zhǔn),；然后拍攝被檢測(cè)的圖像,，再將兩者進(jìn)行對(duì)比。但是在布匹質(zhì)量檢測(cè)工程中要復(fù)雜一些：
1． 圖像的內(nèi)容不是單一的圖像,，每塊被測(cè)區(qū)域存在的雜質(zhì)的數(shù)量,、大小、顏色,、位置不一定一致。
2． 雜質(zhì)的形狀難以事先確定,。
3． 由于布匹快速運(yùn)動(dòng)對(duì)光線產(chǎn)生反射,，圖像中可能會(huì)存在大量的噪聲。
4． 在流水線上,，對(duì)布匹進(jìn)行檢測(cè),，有實(shí)時(shí)性的要求。
由于上述原因,，圖像識(shí)別處理時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的算法,，提取雜質(zhì)的特征，進(jìn)行模式識(shí)別,，實(shí)現(xiàn)智能分析,。
我們使用德國(guó)Stemmer公司的機(jī)器視覺(jué)軟件開(kāi)發(fā)包-CVB中的color、blob工具,，它適合于開(kāi)發(fā)顏色模式識(shí)別和斑點(diǎn)的檢測(cè),。
　　
Color檢測(cè)
一般而言，從彩色CCD相機(jī)中獲取的圖像都是RGB圖像,。也就是說(shuō)每一個(gè)像素都由紅（R）綠（G）籃（B）三個(gè)成分組成,，來(lái)表示RGB色彩空間中的一個(gè)點(diǎn)。問(wèn)題在于這些色差不同于人眼的感覺(jué),。即使很小的噪聲也會(huì)改變顏色空間中的位置,。所以無(wú)論我們?nèi)搜鄹杏X(jué)有多么的近似，在顏色空間中也不盡相同,?；谏鲜鲈颍覀冃枰獙GB像素轉(zhuǎn)換成為另一種顏色空間CIELAB,。目的就是使我們?nèi)搜鄣母杏X(jué)盡可能的與顏色空間中的色差相近,。
　　
Blob檢測(cè)
根據(jù)上面得到的處理圖像，根據(jù)需求,，在純色背景下檢測(cè)雜質(zhì)色斑,，并且要計(jì)算出色斑的面積,以確定是否在檢測(cè)范圍之內(nèi)。因此圖像處理軟件要具有分離目標(biāo)，檢測(cè)目標(biāo),，并且計(jì)算出其面積的功能,。
　　
Blob分析（Blob Analysis）是對(duì)圖像中相同像素的連通域進(jìn)行分析，該連通域稱為Blob,。經(jīng)二值化（Binary Thresholding）處理后的圖像中色斑可認(rèn)為是blob,。Blob分析工具可以從背景中分離出目標(biāo)，并可計(jì)算出目標(biāo)的數(shù)量,、位置,、形狀、方向和大小,，還可以提供相關(guān)斑點(diǎn)間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),。在處理過(guò)程中不是采用單個(gè)的像素逐一分析，而是對(duì)圖形的行進(jìn)行操作,。圖像的每一行都用游程長(zhǎng)度編碼（RLE）來(lái)表示相鄰的目標(biāo)范圍,。這種算法與基于象素的算法相比，大大提高處理速度,。
　　
結(jié)果處理和控制
應(yīng)用程序把返回的結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)或用戶指定的位置,，并根據(jù)結(jié)果控制機(jī)械部分做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)識(shí)別的結(jié)果,，存入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行信息管理,。以后可以隨時(shí)對(duì)信息進(jìn)行檢索查詢，管理者可以獲知某段時(shí)間內(nèi)流水線的忙閑,，為下一步的工作作出安排,；可以獲知近期內(nèi)布匹的質(zhì)量情況等等。
　　
四,、用戶界面及操作

項(xiàng)目要求利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù),，智能的識(shí)別出流水線上布匹的所有雜質(zhì)以及它們的數(shù)量、大小,。根據(jù)項(xiàng)目要求,，我們?cè)O(shè)計(jì)如下：
　　
（1）圖像顯示區(qū)：實(shí)時(shí)的顯示由相機(jī)采集的彩色圖像，系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前的圖像內(nèi)容實(shí)時(shí)的識(shí)別布匹信息,。
（2）信息顯示區(qū)：把圖像的內(nèi)容——各種雜質(zhì)的數(shù)量實(shí)時(shí)的顯示到表格里,。系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)（如：實(shí)時(shí)檢測(cè)，停止檢測(cè),，觸發(fā)信號(hào)狀態(tài)）實(shí)時(shí)的顯示在狀態(tài)顯示欄中,，以便于操作人員了解系統(tǒng)狀態(tài)。
（3）信息管理區(qū)：管理人員可隨時(shí)查看流水線的統(tǒng)計(jì)信息,。操作人員可以靈活的配置系統(tǒng)的配置信息（如：數(shù)據(jù)庫(kù)的配置,，控制模塊通訊配置,，識(shí)別參數(shù)的校正）。權(quán)限管理控制系統(tǒng)使用者的操作權(quán)限,，例如：只有高級(jí)操作人員才能對(duì)系統(tǒng)信息進(jìn)行配置,；只有擁有相應(yīng)權(quán)限的人員才能查看統(tǒng)計(jì)信息。
　　
五,、布匹顏色學(xué)習(xí)工具

我們開(kāi)發(fā)了布匹顏色學(xué)習(xí)工具,，此工具界面友好，操作簡(jiǎn)單,。

布匹顏色學(xué)習(xí)工具

一種顏色應(yīng)該提供多個(gè)模板圖像進(jìn)行訓(xùn)練,，這樣可以提高識(shí)別的能力。學(xué)習(xí)完畢后要保存成CLF文件,，以后模式識(shí)別就按照保存特征進(jìn)行識(shí)別,。
　　
六、總結(jié)
　　
視覺(jué)系統(tǒng)涉及到光學(xué)和圖像處理算法,，本身就是高度專業(yè)化的產(chǎn)品，尤其在整個(gè)識(shí)別控制系統(tǒng)中,，還要與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)配合完成后續(xù)操作,。在本項(xiàng)目的視覺(jué)系統(tǒng)中提取識(shí)別對(duì)象顏色特征值，然后采用模式識(shí)別的方法,，識(shí)別出不合格區(qū)域然后使用斑點(diǎn)分析判斷是否為雜質(zhì),。同時(shí)提到了整個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)部件的選擇和用戶界面的設(shè)計(jì)。
　　
總之,，應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)能夠大幅降低檢驗(yàn)成本,，提高產(chǎn)品質(zhì)量，加快生產(chǎn)速度和效率,。對(duì)于現(xiàn)代化企業(yè)來(lái)說(shuō),，意識(shí)到技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)并首先付諸實(shí)施者無(wú)疑將走在競(jìng)爭(zhēng)的前列。