基于维氏硬度的压痕图像识别方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种基于维氏硬度的压痕图像识别方法及系统，所述的方法包括：通过维氏硬度计在布氏硬度试块上压出压痕；通过相机获取与所述的压痕对应的压痕图像；对所述的压痕图像进行聚类粗定位，得到定位范围；在所述的定位范围内对所述的压痕图像进行边缘抑制提取，得到提取的边缘；根据所述的边缘对所述的压痕图像进行四边拟合定位，得到所述压痕图像的最佳拟合直线；根据所述的最佳拟合直线进行角点定位，得到最终角点。解决现有技术中识别得到的硬度值具有较大的误差，准确性较低的技术问题，实现了对压痕图像的准确测量。

【技术实现步骤摘要】
基于维氏硬度的压痕图像识别方法及系统
本专利技术关于硬度的测量技术，特别是关于维氏硬度的测量技术，具体的讲是一种基于维氏硬度的压痕图像识别方法及系统。
技术介绍
硬度测量广泛应用于工业生产、科学实验和国家建设领域。硬度是材料机械性能和产品质量的重要指标之一，是固体材料抵抗形变、破坏的能力。物质的硬度值的大小不仅取决于材料本身，而且更取决于测量方法和测量条件。常规的硬度测量方法按照施加负荷的情况可分为静负荷试验方法和动负荷试验方法二大类，其中静负荷试验方法是在静负荷作用下使压头压入材料来测定硬度，如布氏、维氏、洛氏、肖氏等硬度试验方法；动负荷试验方法是在动负荷作用下使压头冲击材料来测定硬度，如冲击布氏、冲击肖氏试验。维氏硬度试验是由1925年英国人R.L.Smith和G.E.Standland专利技术，由Vickers公司首先制造。这种试验方法是利用夹角136°的正四棱锥金刚石压头在一定负荷作用下压入试件，通过测量菱形压痕对角线长度来表示硬度值。关于压痕的测量方式可以分为人工和半人工测量两种方式。人工测量采用目测与手动调节位移相结合的方法，借助显微目镜分划板移动试件，确定压痕上下、左右边缘的切线位置，分别读取移动的位移大小作为压痕宽度计算硬度。半人工测量则是明确压痕大致区域后利用图像处理对压痕进行垂直、水平轴向范围内的自动识别和测量。上述传统的测量方式中造成误差的直接原因是由于人工视觉极易疲劳且受限于感观认识差异。随着工作时间的推移，工作效率渐低，误差也会逐步增大。因此，测量得到的硬度值具有较大的误差，准确性较低。
技术实现思路
为了解决现有技术中测量得到的硬度值具有较大的误差，准确性较低的技术问题，本专利技术实施例提供了一种基于维氏硬度的压痕图像识别方法及系统，通过维氏硬度计的光路系统以及相机分别对布氏硬度试块开展自动识别，通过粗定位将压痕从不同复杂背景中剥离出来，再进行边缘抑制提取，无效干扰的边缘信息得到抑制，从而将压痕轮廓边界的主干边缘保留下来，其后通过精细定位得到四边拟合直线，将当前测量的边界范围加上角点从新定位后即可实现对压痕图像的准确测量。本专利技术的目的之一是，提供一种基于维氏硬度的压痕图像识别方法，所述的方法包括：通过维氏硬度计在布氏硬度试块上压出压痕；通过相机获取与所述的压痕对应的压痕图像；对所述的压痕图像进行聚类粗定位，得到定位范围；在所述的定位范围内对所述的压痕图像进行边缘抑制提取，得到提取的边缘；根据所述的边缘对所述的压痕图像进行四边拟合定位，得到所述压痕图像的最佳拟合直线；根据所述的最佳拟合直线进行角点定位，得到最终角点。本专利技术的目的之一是，提供一种基于维氏硬度的压痕图像识别系统，所述的系统包括：维式硬度计，用于在布氏硬度试块上压出压痕；相机，用于获取与所述的压痕对应的压痕图像；聚类粗定位装置，用于对所述的压痕图像进行聚类粗定位，得到定位范围；抑制提取装置，用于在所述的定位范围内对所述的压痕图像进行边缘抑制提取，得到提取的边缘；四边拟合定位装置，用于根据所述的边缘对所述的压痕图像进行四边拟合定位，得到所述压痕图像的最佳拟合直线；角点定位装置，用于根据所述的最佳拟合直线进行角点定位，得到最终角点。本专利技术的有益效果在于，提供了一种基于维氏硬度的压痕图像识别方法及系统，通过维氏硬度计的光路系统以及相机分别对布氏硬度试块开展自动识别，通过粗定位将压痕从不同复杂背景中剥离出来，再进行边缘抑制提取，无效干扰的边缘信息得到抑制，从而将压痕轮廓边界的主干边缘保留下来，其后通过精细定位得到四边拟合直线，将当前识别的边界范围加上角点从新定位后即可实现对压痕图像的准确测量，具有比较好的自适应能力和鲁棒性，解决了现有技术中测量得到的硬度值具有较大的误差，准确性较低的技术问题。为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于维氏硬度的压痕图像识别方法的流程图；图2为图1中的步骤S103的具体流程图；图3为图2中的步骤S201的具体流程图；图4为图2中的步骤S205的具体流程图；图5为图1中的步骤S104的具体流程图；图6为图5中的步骤S502的具体流程图；图7为图1中的步骤S105的具体流程图；图8为图1中的步骤S106的具体流程图；图9为本专利技术实施例提供的一种基于维氏硬度的压痕图像识别系统的结构框图；图10为图9中的聚类粗定位装置300的结构框图；图11为图10中的融合模块301的结构框图；图12为图10中的邻近分析模块305的结构框图；图13为图9中的抑制提取装置400的结构框图；图14为图13中的直方统计模块402的结构框图；图15为图9中的四边拟合定位装置500的结构框图；图16为图9中的角点定位装置600的结构框图；图17为TH700维氏硬度计的基本测量光路示意图；图18为δ=2.5时的高斯核系数的曲线示意图；图19为原始维氏压痕1的示意图；图20为原始维氏压痕1抑制后的边缘示意图；图21为原始维氏压痕2的示意图；图22为原始维氏压痕2抑制后的边缘示意图；图23为原始维氏压痕3的示意图；图24为原始维氏压痕3抑制后的边缘示意图；图25为直线截矩的几何示意图；图26为压痕轮廓的4个角点的示意图；图27为压痕轮廓的角点提取时的示意图；图28为原始维氏压痕4的示意图；图29为原始维氏压痕4识别后的示意图；图30为原始维氏压痕5的示意图；图31为原始维氏压痕5识别后的示意图；图32为原始维氏压痕6的示意图；图33为原始维氏压痕6识别后的示意图；图34为原始维氏压痕7的示意图；图35为原始维氏压痕7识别后的示意图；图36为原始维氏压痕8的示意图；图37为原始维氏压痕8识别后的示意图；图38为α≥90°时直线截矩的几何示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一般来说，不同试件表面由于粗糙度、磨损程度的不同，压痕背景具有较大的不确定度。结合被测试件的压痕成像效果，本文提出了粗定位、边缘提取分析、四边拟合定位、角点精细定位的方法。由于受不同金属反射率的不同，自动识别过程会面临如下几种情况：（1）、根据应用场合不同，外部光强度有较大差异，压痕中心区域会出现反光的亮斑，且亮斑位置范围不确定。压痕与试件表面的对比度也或强或弱，这都给自动识别定位带来了困难。（2）、不同材质物体表面的粗糙度、光洁度、反射率不同，因此成像效果本身就带有极大不确定性。受各种条件影响，金属表面甚至还会出现锈斑和不规则的纹理，基于简单的分割剥离、边缘提取是远远不能满足精细处理的要求。综合上面的分析，本专利技术在测量方式上提出如下假设：（1）、测量压痕的中心应大致靠近于图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于维氏硬度的压痕图像识别方法，其特征是，所述的方法包括：通过维氏硬度计在布氏硬度试块上压出压痕；通过相机获取与所述的压痕对应的压痕图像；对所述的压痕图像进行聚类粗定位，得到定位范围；在所述的定位范围内对所述的压痕图像进行边缘抑制提取，得到提取的边缘；根据所述的边缘对所述的压痕图像进行四边拟合定位，得到所述压痕图像的最佳拟合直线；根据所述的最佳拟合直线进行角点定位，得到最终角点。

【技术特征摘要】
1.一种基于维氏硬度的压痕图像识别方法，其特征是，所述的方法包括：通过维氏硬度计在布氏硬度试块上压出压痕；通过相机获取与所述的压痕对应的压痕图像；对所述的压痕图像进行聚类粗定位，得到定位范围，该步骤包括对所述的压痕图像进行融合，得到融合图像矩阵；对所述的融合图像矩阵进行分割，得到二值化图像；对所述的二值化图像进行腐蚀剥离形态运算，得到待聚类样本图像矩阵；根据试探聚类算法将所述的待聚类样本图像矩阵分为压痕以及无效点；对所述的压痕进行邻近分析，得到分析结果；根据所述的分析结果采用聚类补偿法对填充后的压痕进行聚类粗定位，得到定位范围；在所述的定位范围内对所述的压痕图像进行边缘抑制提取，得到提取的边缘；根据所述的边缘对所述的压痕图像进行四边拟合定位，得到所述压痕图像的最佳拟合直线；根据所述的最佳拟合直线进行角点定位，得到最终角点。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，对所述的压痕图像进行融合，得到融合图像矩阵包括：确定所述压痕图像的水平方向梯度分量；确定所述压痕图像的垂直方向梯度分量；根据所述的水平方向梯度分量以及所述垂直方向梯度分量确定与所述的压痕图像对应的梯度模矩阵；获取预先设定的权值系数；根据所述的权值系数将所述的梯度模矩阵与所述的压痕图像进行融合，得到融合图像矩阵。3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，对所述的压痕进行邻近分析包括：获取预先设定的所述压痕的起始位置；采用自适应法确定待聚类样本图像矩阵的起始距离；采用自适应法确定待聚类样本图像矩阵的步长值；确定所述待聚类样本图像矩阵中各个样本到所述压痕中心的欧氏距离。4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征是，在所述的定位范围内对所述的压痕图像进行边缘抑制提取包括：构造高斯一阶导核函数；根据所述的高斯一阶导函数进行直方统计；获取预先设定的抑制阈值；根据所述的抑制阈值进行梯度抑制遍历，得到初次抑制矩阵；对所述的初次抑制矩阵进行扫描标记；对扫描标记后的初次抑制矩阵进行提取，得到提取的边缘。5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，根据所述的高斯一阶导函数进行直方统计具体包括：根据所述的高斯一阶导函数确定高斯核系数；根据所述的高斯核系数在所述的定位范围内对所述的压痕图像做卷积，得到二维高斯梯度矩阵；确定所述二维高斯梯度矩阵的梯度模矩阵；确定所述二维高斯梯度矩阵的梯度角度矩阵；对所述的梯度角度矩阵进行方向标志划分；根据方向标志划分后的梯度角度矩阵对所述的二维高斯梯度矩阵进行直方统计。6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征是，根据所述的边缘对所述的压痕图像进行四边拟合定位，得到所述压痕图像的最佳拟合直线具体包括：根据所述的边缘构造所述压痕图像的四边对应的直线方程；对所述的直线方程对应的斜率角度进行分类，得到斜率角度类别；对所述的直线方程对应的截距进行分类，得到截距类别；根据所述的斜率角度类别、所述的截距类别确定所述压痕图像内的直线轨迹；逐一搜索所述的直线轨迹所覆盖的有效边缘点的数量；根据所述的有效边缘点的数量确定拟合直线。7.根据权利要求6所述的方法，其特征是，根据所述的最佳拟合直线进行角点定位具体包括：根据所述的最佳拟合直线确定所述压痕图像的初步角点；以所述的初步角点的坐标为中心扩展范围，得到所述初步角点的局部图像；对所述的局部图像进行均值统计，得到均值统计阈值；根据所述的均值统计阈值分割所述的局部图像，得到二值图；对所述的二值图进行滤除，得到滤除图像；统计所述的滤除图像的投影值；根据所述的投影值确定出最终角点。8.一种基于维氏硬度的压痕图像识别系统，其特征是，所述的系统包括：维式硬度计，用于在布氏硬度试块上压出压痕；相机，用于获取与所述的压痕对应的压痕图像；聚类粗定位装置，用于对所述的压痕图像进行聚类粗定位，得到定位范围，所述聚类粗定位装置具体包括融合模块，用于对所述的压痕图像进行融合，得到融合图像矩阵；分割模块，用于对所述的融合图像矩阵进行分割，得到二值化图像；腐蚀剥离模块，用于对所述的二值化图像进行腐蚀剥离形态运算，得到待...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘阁，吴速，杨长江，武剑，曹永超，
申请(专利权)人：北京时代之峰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11