正在加载图片...
D0I:10.13374/j.issnl00I63.2006.06.018 第28卷第6期 北京科技大学学报 Vol.28 No.6 2006年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2006 形态小波在中厚板表面裂纹缺陷检测中的应用 吴贵芳)徐科)徐金梧)杨朝霖)孙浩)王春梅) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)济南钢铁集团总公司技术中心，济南250101 摘要中厚板表面裂纹缺陷在图像中容易受背景噪声和氧化铁皮的影响，传统的图像处理方法 很难将裂纹缺陷从图像中检测出来.提出了将形态小波变换应用于中厚板表面裂纹缺陷检测的方 法·该方法利用小波分解对突变信号的检测能力，结合裂纹缺陷在形态上近似于直线的性质，将裂 纹缺陷从图像中准确提取出来。实验证明形态小波用来检测中厚板表面裂纹缺陷比用其他方法更 有效· 关键词中厚板：表面裂纹：缺陷检测：形态小波 分类号TP391 目前中厚板的表面缺陷检测一般都是通过人 形态小波变换[6]是一种新的图像变换方 工检测进行的，也就是检测人员在生产线上通过 法，它把数学形态学与小波变换结合起来，不但具 肉眼直接观察钢板表面，这种方法不仅存在着检 有形态学的形态滤波特性，还具有小波分解的多 出率低、检测效率差等问题：而且中厚板生产线的 分辨率等特性，通过形态小波对裂纹缺陷图像进 环境恶劣，高温、噪声及粉尘等对检测员的身心健 行分解，取其垂直方向上的分量作进一步的处理， 康造成了很大的影响，随着企业生产规模的扩 得到很好的裂纹检测效果， 大，自动化程度的提高，以及用户对产品质量的要 求越来越严格，中厚板表面缺陷在线自动检测技 1形态小波变换 术得到了越来越多的钢铁企业的关注， 形态小波变换是以数学形态学与小波变换理 表面缺陷在线自动检测就是通过机器视觉技 论为基础的，对线性小波变换在数学形态学上进 术，对被检测物体表面状态进行实时监测，当带有 行非线性扩展的一种变换方法， 缺陷的被检测物体通过检测装置时，检测系统就 1.1数学形态学理论 可以自动将缺陷检测出来，并且可以以报警等形 数学形态学[3-可]诞生于1964年，以几何学为 式通知质检部门，达到质量检测控制的目的，到 基础，从集合的层次上来描述和分析图像。它研 目前为止，冷轧带钢的表面缺陷在线自动检测技 究图像几何结构的基本思想是利用一个结构元素 术已经相对成熟，但在中厚板上应用的表面缺陷 (structuring element)去探测一个图像，可以通过 在线自动检测系统则还处于起步阶段， 不同的结构元素来达到不同的分析目的，最基本 表面裂纹缺陷是中厚板表面最为常见的一种 的操作有形态腐蚀、形态膨胀、形态开运算和形态 缺陷类型，也是影响中厚板表面质量最为严重的 闭运算.设f(x,y)表示一个定义在Z上的灰度 一种缺陷类型、由于中厚板表面存在大量氧化铁 图像，g(x,y)表示一个定义在Z上的结构元素， 皮，图像噪声干扰大，表面裂纹缺陷的检测往往会 Dg和D分别代表结构元素g和图像f的定义 很困难，尤其细小的裂纹以及比较浅的裂纹，它与 域，则利用结构元素g(x,y)对图像f(x,y)进 背景的对比度低，并且很容易被氧化铁皮掩盖，常 行形态操作定义如下： 用的小波分析方法仍不能达到好的效果，因此可 (fOg)(x,y)=min(f(x+i,y+j) 以考虑采用数学形态学3]的方法加以解决， g(i,j)(i,j)∈Dg(x,y)∈D (1) 收稿日期：2005-03-07修回日期：2005-09-14 (f⊕g)(x,y)=max(f(x+i,y十j)+ 基金项目：国家“863”计划资助项目(N0.2001AA339030;No g(i,j),(ij)∈Dg(x,y)∈D (2) 2003AA331080) (f°g)(x,y)=(fOg)(x,y)© 作者简介：吴贵芳(1978一)，男，博士研究生：徐科(1972-)，男， g(x,y)(i,j)∈Dg,(x,y)∈D (3) 副研究员，博士形态小波在中厚板表面裂纹缺陷检测中的应用 吴贵芳1） 徐 科1） 徐金梧1） 杨朝霖1） 孙 浩2） 王春梅2） 1） 北京科技大学机械工程学院北京100083 2） 济南钢铁集团总公司技术中心济南250101 摘 要 中厚板表面裂纹缺陷在图像中容易受背景噪声和氧化铁皮的影响传统的图像处理方法 很难将裂纹缺陷从图像中检测出来．提出了将形态小波变换应用于中厚板表面裂纹缺陷检测的方 法．该方法利用小波分解对突变信号的检测能力结合裂纹缺陷在形态上近似于直线的性质将裂 纹缺陷从图像中准确提取出来．实验证明形态小波用来检测中厚板表面裂纹缺陷比用其他方法更 有效． 关键词 中厚板；表面裂纹；缺陷检测；形态小波 分类号 TP391 收稿日期：20050307 修回日期：20050914 基金项目：国家“863” 计划资助项目（No．2001AA339030；No． 2003AA331080） 作者简介：吴贵芳（1978—）男博士研究生；徐科（1972—）男 副研究员博士 目前中厚板的表面缺陷检测一般都是通过人 工检测进行的也就是检测人员在生产线上通过 肉眼直接观察钢板表面．这种方法不仅存在着检 出率低、检测效率差等问题；而且中厚板生产线的 环境恶劣高温、噪声及粉尘等对检测员的身心健 康造成了很大的影响．随着企业生产规模的扩 大自动化程度的提高以及用户对产品质量的要 求越来越严格中厚板表面缺陷在线自动检测技 术得到了越来越多的钢铁企业的关注． 表面缺陷在线自动检测就是通过机器视觉技 术对被检测物体表面状态进行实时监测当带有 缺陷的被检测物体通过检测装置时检测系统就 可以自动将缺陷检测出来并且可以以报警等形 式通知质检部门达到质量检测控制的目的．到 目前为止冷轧带钢的表面缺陷在线自动检测技 术已经相对成熟但在中厚板上应用的表面缺陷 在线自动检测系统则还处于起步阶段． 表面裂纹缺陷是中厚板表面最为常见的一种 缺陷类型也是影响中厚板表面质量最为严重的 一种缺陷类型．由于中厚板表面存在大量氧化铁 皮图像噪声干扰大表面裂纹缺陷的检测往往会 很困难尤其细小的裂纹以及比较浅的裂纹它与 背景的对比度低并且很容易被氧化铁皮掩盖常 用的小波分析方法仍不能达到好的效果因此可 以考虑采用数学形态学［35］的方法加以解决． 形态小波变换［68］ 是一种新的图像变换方 法它把数学形态学与小波变换结合起来不但具 有形态学的形态滤波特性还具有小波分解的多 分辨率等特性．通过形态小波对裂纹缺陷图像进 行分解取其垂直方向上的分量作进一步的处理 得到很好的裂纹检测效果． 1 形态小波变换 形态小波变换是以数学形态学与小波变换理 论为基础的对线性小波变换在数学形态学上进 行非线性扩展的一种变换方法． 1∙1 数学形态学理论 数学形态学［35］诞生于1964年以几何学为 基础从集合的层次上来描述和分析图像．它研 究图像几何结构的基本思想是利用一个结构元素 （structuring element）去探测一个图像可以通过 不同的结构元素来达到不同的分析目的．最基本 的操作有形态腐蚀、形态膨胀、形态开运算和形态 闭运算．设 f （ xy）表示一个定义在 Z 上的灰度 图像g（ xy）表示一个定义在 Z 上的结构元素 Dg 和 Df 分别代表结构元素 g 和图像 f 的定义 域则利用结构元素 g（ xy）对图像 f （ xy）进 行形态操作定义如下： （ f⦵g）（ xy）＝min（ f （ x＋ iy＋ j）— g（ ij））（ ij）∈ Dg（ xy）∈ Df （1） （ f♁g）（ xy）＝max（ f （ x＋ iy＋ j）＋ g（ ij））（ ij）∈ Dg（ xy）∈ Df （2） （ f●g）（ xy）＝（ f⦵g）（ xy）♁ g（ xy）（ ij）∈ Dg（ xy）∈ Df （3） 第28卷 第6期 2006年 6月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．28No．6 Jun．2006 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2006．06．018