一种工业机器视觉系统图像处理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种工业机器视觉系统图像处理方法，所述方法基于的工业机器视觉系统硬件架构包括相互设置数据传输和控制传输连接的采样取景系统、位移装置和反馈联动系统，所述方法基于光照反射的高精度测量装置中设置多束光源，通过不同光照模式下的图像重建瑕疵产品三维形貌；嵌入基于光照反射的高精度测量装置，根据采集的高精度图像反馈，发现微细管道或小尺寸特征内孔是否存在产品瑕疵。本发明专利技术通过取景组件和位移装置，系统整体跟随待检测工业加工产线工艺顺序移动，监控加工产线工艺精度，反向预警或者修正产线动作，调整生产过程中产生的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种工业机器视觉系统图像处理方法
本专利技术公开了一种工业机器视觉系统图像处理方法，涉及机器视觉

技术介绍
机器视觉是人工智能正在快速发展的一个分支。简单说来，机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分CMOS和CCD两种），将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，得到被摄目标的形态信息，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号;图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。在大批量重复性工业生产过程中，用机器视觉检测方法可以大大提高生产的效率和自动化程度。现有技术中有一些利用机器视觉技术进行工业检测的方法，例如：CN104971973B的专利技术专利《一种汽车轮罩滚边系统及其使用方法》中提到了视觉系统的应用，但其仅限于视觉系统的定位功能。在滚边加工领域，视觉系统的应用停留在定位、检测有无等基础方面，将视觉系统应用于轨迹优化，以提高滚边加工的制造质量，仍然属于空白。CN201810264297的专利技术专利《-基于视觉系统的滚压包边轨迹优化方法及系统》中提到了在滚压包边翻边、预包边、终包边三道加工工序中，视觉系统跟随采集滚边部位的图像，分别通过图像计算出每道工序加工后工件的成形参数，通过偏差分析判断滚边的质量，借助质量数据库进行问题诊断，反馈滚压包边系统进行轨迹优化。但其技术方案局限于预先设定好的轨迹优化，无法解决传统的基于单个相机的视觉检测系统无法覆盖360度，部分区域无法实现缺陷检测。CN201810494716的专利技术专利《一种机器视觉检测与筛选装置而基于线扫相机的检测系统》所公开的技术方案，实现了多角度的覆盖检测，但是该技术方案需要在生产线上安装特定的旋转机构，才可以检测物体的四周的缺陷，但使用不便，且工作效率低，其物体上表面的缺陷检测不到，不能真正实现全方位缺陷检测。除此之外，现有技术中机器视觉技术在工业系统中的应用还存在着如下一些问题：随着科技发展，工业领域中的零件结构日益复杂，微细管道或小尺寸特征内孔的各类缺陷不易由于检测精度和检测方位的原因，难以被观察到。常规的微细管孔检测是检测传感器微型化后对微细孔进行检测，例如利用微型内窥镜或CCD摄像头进入微孔内采集内表面图像，在通过人工或图像处理算法识别缺陷，但这些方法只能判断缺陷有无，无法获得其三维信息。只能定性判断管孔内部缺陷信息，无法对管孔内壁缺陷实现定量检测。CN201810361225的专利技术专利《一种基于光照反射模型的微细孔三维形貌测量装置及方法》公开了一种基于光照反射模型的微细孔三维形貌测量装置及方法，方法包括运动牵引模块和测量传感器模块，运行牵引模块实现测量传感器模块在微细孔内的移动和定位，测量传感器模块完成不同光照模式下的孔内表面缺陷图像的采集。通过设计开发出的测量传感器模块，基于反射模型构建方法获得孔内表面光照反射模型，利用成像系统采的特定光照模式下的序列图像，完成孔内表面缺陷三维曲面的重构，实现基于光照反射模型的微细孔内表面缺陷几何量，尤其是缺陷高度或深度尺寸的测量。但是这个专利技术着重解决的是航空航天、汽车、化工等工业领域对微孔内表面中缺陷三维信息测量的需求。该方法的应用场景比较单一，测量计算方法本身的使用场合未能得到更合理的利用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种工业机器视觉系统图像处理方法，所述方法基于的工业视觉系统设置顶部、侧面取景组件和设置位移装置，在顶部或侧面取景组件中，嵌入基于光照反射的高精度测量装置，根据微细管道或小尺寸特征内孔的不同光照模式下的图像重建其三维形貌，判断产品瑕疵是否影响产品质量，反向推导瑕疵产生原因，调整生产过程中产生的问题，尤其可以将工业机器视觉的图像处理方法，延伸使用场景，扩展到例如农产品检测等具体的应用场合。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种工业机器视觉系统图像处理方法，所述方法基于的工业机器视觉系统硬件架构包括相互设置数据传输和控制传输连接的采样取景系统、位移装置和反馈联动系统，其中，所述位移装置包括水平伸缩横杆、竖直伸缩立柱、旋转调节装置和位置移动组件；所述反馈联动系统包括反馈联动处理装置和反馈联动控制装置；水平伸缩横杆通过旋转调节装置与竖直伸缩立柱相连接，竖直伸缩立柱设置于位置移动组件上；所述反馈联动控制装置设置于位移装置中，所述反馈联动处理装置设置于工业生产线控制端；所述取景系统包括顶部取景组件、侧面取景组件、顶部运动控制装置、侧面运动控制装置和基于光照反射的高精度测量装置；所述顶部和侧面取景组件的前端设置安装基于光照反射的高精度测量装置，顶部、侧面取景组件分别通过顶部、侧面运动控制装置连接与水平伸缩横杆上；所述基于光照反射的高精度测量装置包括2n个光源模块、取景成像模块、CCD拼接聚拢反射镜和光源反射镜，其中，n为自然数；所述光源模块均匀设置于取景成像模块周围，取景成像模块通过第一、第二支撑架分别连接CCD拼接聚拢反射镜和光源反射镜，光源模块投射出的光线经过光源反射镜照向待测物品内部，待测物品反射出的光线经过CCD拼接聚拢反射镜的聚拢和反射，再投向取景成像模块；所述方法中，测量前，根据CCD标定方法，利用光源模块（301）在待测物体的内、外表面形成的激光点阵图像完成CCD参数标定；测量时，打开光源模块（301），光源模块（301）的光线照射到光源反射镜（303）上，经反射后照射至待测物品的指定位置；当前光照模式下的光照反射强度分布通过CCD拼接聚拢反射镜（303）传送至取景成像模块（302），获得该光照模式下的孔表面图像；依次打开光源模块（301）中不同位置的光源，获得同一待测物品表面位置2n副不同光照模式下的图像，依据摄像机成像光度原理，通过上述图像计算出被测表面的向量场数据，再利用法向量与梯度之间的直接对应关系，利用梯度场到高度场的重建技术完成，完成被测区域三维高度场信息的计算；最后，结合CCD标定参数，获得孔表面的三维形貌几何量信息。作为本专利技术的进一步优选方案，所述方法中，通过多幅多角度光照模式下的孔内表面光照反射分布状态，即多幅孔内表面不同光照模式下的二维图像，获得孔表面的三维形貌参数，具体为：以取景成像模块（302）为中心的全局坐标系，使其中1个坐标轴与取景成像模块（302）的光轴对齐，将物体表面形状参数用函数A＝B(x,y)描述，其表面法向量可以表示为：C＝(m,n,-1)，其中，用固定向量来规定光源的方向(m’,n’)；建立表面反射光分布和表面法向量、光源入射方向之间的关系表达式为：R＝G(m,n,m’,n’,d)，其中，R为表面反射光分布，d为光源辐照度常数；将物体表面某点的光照反射分布表示为R(m,n)，由于物体表面的图像灰度值I(x,y)∝R(m,n)，进而建立物体表面形状参数和二维图像灰度信息间的关系；用2个光源分别从不共面的多个方向照射物体表面，获得不同光照方向下2幅图像，进而由这2幅图像获得表面的法向量；设2幅图像的光源方向分别为ei＝[ei1,ei2]，其中eij,i,j＝1,2为光源与坐标轴角度参数，则E＝[e1,e2]构成1个二阶方阵；设定F＝[F1,F2]表示2幅图像中同一点的灰度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业机器视觉系统图像处理方法，其特征在于：所述方法基于的工业机器视觉系统硬件架构包括相互设置数据传输和控制传输连接的采样取景系统、位移装置和反馈联动系统，其中，所述位移装置包括水平伸缩横杆、竖直伸缩立柱、旋转调节装置和位置移动组件；所述反馈联动系统包括反馈联动处理装置和反馈联动控制装置；水平伸缩横杆通过旋转调节装置与竖直伸缩立柱相连接，竖直伸缩立柱设置于位置移动组件上；所述反馈联动控制装置设置于位移装置中，所述反馈联动处理装置设置于工业生产线控制端；所述取景系统包括顶部取景组件、侧面取景组件、顶部运动控制装置、侧面运动控制装置和基于光照反射的高精度测量装置；所述顶部和侧面取景组件的前端设置安装基于光照反射的高精度测量装置，顶部、侧面取景组件分别通过顶部、侧面运动控制装置连接与水平伸缩横杆上；所述基于光照反射的高精度测量装置包括2n个光源模块、取景成像模块、CCD拼接聚拢反射镜和光源反射镜，其中，n为自然数；所述光源模块均匀设置于取景成像模块周围，取景成像模块通过第一、第二支撑架分别连接CCD拼接聚拢反射镜和光源反射镜，光源模块投射出的光线经过光源反射镜照向待测物品内部，待测物品反射出的光线经过CCD拼接聚拢反射镜的聚拢和反射，再投向取景成像模块；所述方法中，测量前，根据CCD标定方法，利用光源模块（301）在待测物体的内、外表面形成的激光点阵图像完成CCD参数标定；测量时，打开光源模块（301），光源模块（301）的光线照射到光源反射镜（303）上，经反射后照射至待测物品的指定位置；当前光照模式下的光照反射强度分布通过CCD拼接聚拢反射镜（303）传送至取景成像模块（302），获得该光照模式下的孔表面图像；依次打开光源模块（301）中不同位置的光源，获得同一待测物品表面位置2n副不同光照模式下的图像，依据摄像机成像光度原理，通过上述图像计算出被测表面的向量场数据，再利用法向量与梯度之间的直接对应关系，利用梯度场到高度场的重建技术完成，完成被测区域三维高度场信息的计算；最后，结合CCD标定参数，获得孔表面的三维形貌几何量信息。...

【技术特征摘要】
1.一种工业机器视觉系统图像处理方法，其特征在于：所述方法基于的工业机器视觉系统硬件架构包括相互设置数据传输和控制传输连接的采样取景系统、位移装置和反馈联动系统，其中，所述位移装置包括水平伸缩横杆、竖直伸缩立柱、旋转调节装置和位置移动组件；所述反馈联动系统包括反馈联动处理装置和反馈联动控制装置；水平伸缩横杆通过旋转调节装置与竖直伸缩立柱相连接，竖直伸缩立柱设置于位置移动组件上；所述反馈联动控制装置设置于位移装置中，所述反馈联动处理装置设置于工业生产线控制端；所述取景系统包括顶部取景组件、侧面取景组件、顶部运动控制装置、侧面运动控制装置和基于光照反射的高精度测量装置；所述顶部和侧面取景组件的前端设置安装基于光照反射的高精度测量装置，顶部、侧面取景组件分别通过顶部、侧面运动控制装置连接与水平伸缩横杆上；所述基于光照反射的高精度测量装置包括2n个光源模块、取景成像模块、CCD拼接聚拢反射镜和光源反射镜，其中，n为自然数；所述光源模块均匀设置于取景成像模块周围，取景成像模块通过第一、第二支撑架分别连接CCD拼接聚拢反射镜和光源反射镜，光源模块投射出的光线经过光源反射镜照向待测物品内部，待测物品反射出的光线经过CCD拼接聚拢反射镜的聚拢和反射，再投向取景成像模块；所述方法中，测量前，根据CCD标定方法，利用光源模块（301）在待测物体的内、外表面形成的激光点阵图像完成CCD参数标定；测量时，打开光源模块（301），光源模块（301）的光线照射到光源反射镜（303）上，经反射后照射至待测物品的指定位置；当前光照模式下的光照反射强度分布通过CCD拼接聚拢反射镜（303）传送至取景成像模块（302），获得该光照模式下的孔表面图像；依次打开光源模块（301）中不同位置的光源，获得同一待测物品表面位置2n副不同光照模式下的图像，依据摄像机成像光度原理，通过上述图像计算出被测表面的向量场数据，再利用法向量与梯度之间的直接对应关系，利用梯度场到高度场的重建技术完成，完成被测区域三维高度场信息的计算；最后，结合CCD标定参数，获得孔表面的三维形貌几何量信息。2.如权利要求1所述的一种工业机器视觉系统图像处理方法，其特征在于，所述方法中，通过多幅多角度光照模式下的孔内表面光照反射分布状态，即多幅孔内表面不同光照模式下的二维图像，获得孔表面的三维形貌参数，具体为：以取景成像模块（302）为中心的全局坐标系，使其中1个坐标轴与取景成像模块（302）的光轴对齐，将物体表面形状参数用函数A＝B(x,y)描述，其表面法向量可以表示为：C＝(m,n,-1)，其中，用固定向量来规定光源的方向(m’,n’)；建立表面反射光分布和表面法向量、光源入射方向之间的关系表达式为：R＝G(m,n,m’,n’,d)，其中，R为表面反射光分布，d为光源辐照度常数；将物体表面某点的光照反射分布表示为R(m,n)，由于物体表面的图像灰度值I(x,y)∝R(m,n)，进而建立物体表面形状参数和二维图像灰度信息间的关系；用2个光源分别从不共面的多个方向照射物体表面，获得不同光照方向下2幅图像，进而由这2幅图像获得表面的法向量；设2幅图像的光源方向分别为ei＝[ei1,ei2]，其中eij,i,j＝1,2为光源与坐标轴角度参数，则E＝[e1,e2]构成1个二阶方阵；设定F＝[F1,F2]表示2幅图像中同一点的灰度组成的向量，该点的表面法向量表示为H＝[h1,h2]，该点的反射系数为k，则F＝kEH；在E-1存在的条件下，H为归一化向量，有k＝|E-1I|；则H＝E-1I/|E-1I|，其中|*|表示取模运算，由此可以获得被测物体的表面法向量；...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈林琳，黄菊，于翔，杨健兵，
申请(专利权)人：南通科技职业学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32