基于差影法与局部方差测量算子的复杂瓷砖表面缺陷检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于差影法与局部方差测量算子的复杂瓷砖表面缺陷检测方法，该方法采用基于图像的差分运算与改进的局部方差测量算子代替缺陷轮廓提取的方式。首先，对每一块缺陷瓷砖采用聚类方法分割出图像中的显著性区域；然后，采用差影法获取图像的大致缺陷区域；最后，通过计算缺陷边缘像素点与其周围像素点的局部方差值，对缺陷瓷砖的轮廓进行提取，经过平滑和填充等形态学操作之后，最终获得精确完整的缺陷区域。本发明专利技术利用差影法与改进的局部方差测量算子对复杂瓷砖表面进行缺陷检测方法具有旋转不变性的效果，计算复杂度低，且检测效率高，具有较好的鲁棒性，特别是对低质量瓷砖缺陷的识别也具有较好的效果。

【技术实现步骤摘要】
基于差影法与局部方差测量算子的复杂瓷砖表面缺陷检测方法
本专利技术涉及计算机视觉技术在目标识别领域中的应用，特别是涉及一种基于差影法与局部方差测量算子的复杂瓷砖表面缺陷检测方法。
技术介绍
基于计算机视觉的表面缺陷检测技术是自动化检测中一个非常重要的环节，其广泛的应用于玻璃、瓷砖、钢球、织物、木材等产品的表面缺陷检测，是一种很便捷可靠的检测方法，相比于人眼检测的成本高、效率低，自动化检测由于稳定性强、检测速度快、成本低等优点，因而被广泛的应用在缺陷检测领域。对于瓷砖表面的缺陷检测，通常分为简单砖表面缺陷检测和复杂砖表面缺陷检测，简单砖表面干扰小，检测比较容易；而复杂砖表面是由花纹、背景及缺陷组成，表面干扰大，况且由于瓷砖制造工序复杂，使得瓷砖的表面产生一些细微的、局部的材质缺损，这些缺损大致可以分为刮痕、斑点、落脏和散点四类，为瓷砖的表面缺陷检测增加了难度。前人大多基于简单瓷砖表面缺陷进行检测，检测方法单一，由于瓷砖表面的多样性，无法适用于所有瓷砖的检测。差影法针对同一背景下的两幅图像做差分运算，通过提取图像中不同灰度值的区域，达到检测的目的，已有研究人员将其应用于表面缺陷检测中。张军等人利用小波变换与形态学融合的差分方法来提取缺陷的边缘及背景信息。王义文等人提出一种圆形轮廓外界矩形与差分方法实现了对钢球表面缺陷的检测。Hanzaei等人提出了一种将图像转换为二进制矩阵进行差分运算，然后对缺陷的边缘区域进行提取，虽然取得了不错的效果，但是此方法只应用于简单瓷砖表面的检测，适用范围较窄，具有一定的局限性。局部方差测量算子是对局部二进制模式(LBP)进行改进的应用于图像轮廓提取的一种算法，具有旋转不变性和对光照不敏感的优点。将其应用于瓷砖表面缺陷的检测，不仅降低了计算成本，而且减少了计算量。通过计算图像缺陷边缘像素点与其周围像素点之间的方差值来提取缺陷轮廓，对提取到的轮廓区域通过计算局部方差加权信息熵突出缺陷的边缘区域，较好的保留了缺陷的细节信息，加强了视觉效果，同时也避免了由于手动设置边缘阈值所造成的误差，降低了瓷砖的误检率。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于差影法与局部方差测量算子的复杂瓷砖表面缺陷检测方法，以建立一种有效的、准确且稳定的瓷砖表面缺陷检测方法。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于差影法与局部方差测量算子的复杂瓷砖表面缺陷检测方法，其特征在于，顺序执行以下步骤：步骤1)图像预处理：输入标准瓷砖I和待检测瓷砖图像D，采用中值滤波技术对其进行预处理操作滤除图像表面的噪声点，提高图像的质量，得到预处理后的图像为I1和D1；步骤2)k-means聚类分割：对预处理后的图像I1和D1的图像区域进行聚类分组，将其分成有意义的部分包括图像的前景和背景，完成对瓷砖图像的分割，得到标准瓷砖图像和待检测瓷砖图像中的显著性区域图像I2和D2；步骤3)差影法：将经过预处理和图像分割后的标准瓷砖图像I2与待检测瓷砖图像D2之间做差分运算，将它们对应坐标的像素值相减得到的差值图像为瓷砖缺陷图像G；步骤4)局部方差测量算子：针对步骤3)中的得到的每幅瓷砖缺陷图像G的边缘像素点，计算该像素点与其周围像素点的局部方差，对得到的缺陷图像进行平滑和填充操作，从而取得最终的完整瓷砖缺陷图。作为优选所述步骤3)中的差影法对两幅图像进行差分运算时的公式为：其中，G(u,v)是差分运算之后的缺陷图像，I(x,y)为标准图像，D(x',y')是缺陷图像，u,v,x,y,x',y'则代表的是各个图像相对应的坐标位置，将它们对应坐标的像素值做差分，相同则标记为“0”，否则标记为“1”。作为优选所述步骤4)中对步骤3)中的得到的每幅瓷砖缺陷图像G，采用基于局部方差加权信息熵对瓷砖缺陷的轮廓进行提取。先通过公式(2)计算局部窗口G内的像素点与其周围像素点的局部方差，得到瓷砖的缺陷区域，计算图像的局部方差公式为：其中其中P为邻近点的个数，R为邻域半径，局部方差测量算子通过计算缺陷周围像素点的方差值来提取其轮廓，避免了手动设置轮廓阈值所造成的误差，但是采用该方法对缺陷提取得到的图像精度较低，所以还需采用图像区域的局部方差加权信息熵修正，其公式如下：n是局部窗口的像素总数，k是局部窗口内的缺陷图像G含有的r(1≤r≤n)种不同的像素灰度(1≤k≤r)，Pk为不同像素灰度所出现的概率。通过公式(3)计算图像的局部方差加权信息熵保留了缺陷图像的细节信息，更全面的反映了缺陷图像的信息量，提高了缺陷图像的精度，降低了工厂的劳动成本。有益效果：本专利技术提供一种基于差影法与局部方差测量算子的复杂瓷砖表面缺陷检测方法，具有旋转不变性和较强的鲁棒性，使瓷砖表面缺陷检测的准确率更高，通过局部方差加权信息熵对其缺陷轮廓进行提取的方法简单高效，通过单张瓷砖检测就能达到检测目的，降低了误检率和工厂的成本，提高了检测效率，对低质量瓷砖图像的识别也能达到更好的效果。附图说明图1为本专利技术的基于差影法与局部方差测量算子的复杂瓷砖表面缺陷检测方法的流程图；图2为本专利技术的原始瓷砖图像和缺陷瓷砖图像经预处理之后的图像示意图；其中上排图片a)为原始图像，下排图片b)为处理后的图像；图3为本专利技术的对预处理后的瓷砖图像采用k-means阈值分割后的示意图；其中左图a)为标准图像，右图b)为缺陷图像；图4为采用本专利技术的基于差影法与局部方差测量算子的瓷砖表面缺陷检测方法的缺陷效果图；图5为本专利技术的采用形态学操作之后的效果图；图6为本专利技术的方法与现有的缺陷检测方法的比较结果；图7为本专利技术实用例1中的图库示例。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明如图1所示，本专利技术的一种基于差影法与局部方差测量算子的复杂瓷砖表面缺陷检测方法，包括以下步骤：步骤1)图像预处理：图2中a)图为输入的原始瓷砖图像,包括标准瓷砖图像I和缺陷瓷砖图像D，采用中值滤波技术对其进行预处理操作滤除图像表面的噪声点，提高图像的质量，同时也较好地保留图像的边缘部分，得到预处理后的图像如b)图所示，分别为标准瓷砖图像I1和缺陷瓷砖图像D1；步骤2)k-means聚类分割：对预处理后标准瓷砖图像I1和缺陷瓷砖图像D1的图像区域进行聚类分组，将其分成有意义的部分，因为本专利技术涉及复杂瓷砖表面的缺陷检测，所以包括图像的前景和背景区域，通过对图像像素进行聚类，完成对瓷砖图像的分割，得到瓷砖图像中的显著性区域图像I2和D2；如图3所示；步骤3)差影法：将经过预处理和图像分割后的标准瓷砖图像I2与缺陷瓷砖图像D2之间做差分运算，将它们对应坐标的像素值相减得到的差值值图像为缺陷图像G，其过程可用式(1)表示：其中，G(u,v)是差分运算之后的缺陷图像，I(x,y)为标准图像，D(x',y')是缺陷图像，u,v,x,y,x',y'则代表的是各个图像相对应的坐标位置，将它们对应坐标的像素值做差分，相同则标记为“0”，否则标记为“1”。对于复杂瓷砖图像的表面缺陷检测来说，由于表面花纹复杂，干扰较大，检测起来比较困难，所以差影法所得到的检测结果还包括一些非缺陷区域，并不是完整地缺陷图像，还要进一步的对缺陷的轮廓进行提取以获得完整的缺陷区域。相比较于其他方法，差影法对同一背景下的瓷砖进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于差影法和局部方差测量算子的复杂瓷砖表面缺陷检测方法，其特征在于，顺序执行如下步骤：步骤1)图像预处理：输入标准瓷砖图像I和待检测瓷砖图像D，采用中值滤波技术对其进行预处理操作滤除图像表面的噪声点，提高图像的质量，得到预处理后的图像为I1和D1；步骤2)k‑means聚类分割：对预处理后的图像I1和D1的图像区域进行聚类分组，将其分成有意义的部分包括图像的前景和背景两部分，完成对瓷砖图像的分割，得到标准瓷砖图像和待检测瓷砖图像中的显著性区域图像I2和D2；步骤3)差影法：将经过预处理和图像分割后的标准瓷砖图像I2与待检测瓷砖图像D2之间做差分运算，将它们对应坐标的像素值相减得到的差值图像为瓷砖缺陷图像G；步骤4)局部方差测量算子：针对步骤3)中的得到的每幅瓷砖缺陷图像G的边缘像素点，计算该像素点与其周围像素点的局部方差，对得到的缺陷图像进行平滑和填充操作，从而取得最终的完整瓷砖缺陷图。

【技术特征摘要】
1.一种基于差影法和局部方差测量算子的复杂瓷砖表面缺陷检测方法，其特征在于，顺序执行如下步骤：步骤1)图像预处理：输入标准瓷砖图像I和待检测瓷砖图像D，采用中值滤波技术对其进行预处理操作滤除图像表面的噪声点，提高图像的质量，得到预处理后的图像为I1和D1；步骤2)k-means聚类分割：对预处理后的图像I1和D1的图像区域进行聚类分组，将其分成有意义的部分包括图像的前景和背景两部分，完成对瓷砖图像的分割，得到标准瓷砖图像和待检测瓷砖图像中的显著性区域图像I2和D2；步骤3)差影法：将经过预处理和图像分割后的标准瓷砖图像I2与待检测瓷砖图像D2之间做差分运算，将它们对应坐标的像素值相减得到的差值图像为瓷砖缺陷图像G；步骤4)局部方差测量算子：针对步骤3)中的得到的每幅瓷砖缺陷图像G的边缘像素点，计算该像素点与其周围像素点的局部方差，对得到的缺陷图像进行平滑和填充操作，从而取得最终的完整瓷砖缺陷图。2.根据权利要求书所述的一种基于差影法和局部方差测量算子的复杂瓷砖表面缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军华，权小霞，汪宇玲，陈昊，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西,36