基于改进Otsu算法的金属表面腐蚀检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于改进Otsu算法的金属表面腐蚀检测方法。针对金属表面的腐蚀缺陷检测，本发明专利技术提出了一种改进的Otsu算法。在传统Otsu算法分割腐蚀区域易导致部分腐蚀区域丢失的基础上，通过加入权值k调整最大类间方差值，由阈值与最大类间方差值之间关系获取相对应的阈值，从而实腐蚀区域的最佳分割。以均方误差对传统Otsu算法与改进Otsu算法进行分割对比，分析腐蚀效果，并根据腐蚀情况，引入腐蚀度，划分腐蚀等级。实验结果表明，该算法对金属表面腐蚀特征提取简单，检测误差小，适应范围广，检测精度高。检测精度高。检测精度高。

【技术实现步骤摘要】
基于改进Otsu算法的金属表面腐蚀检测方法


[0001]本专利技术提供一种基于改进Otsu算法的金属腐蚀检测方法，具体涉及分割方法的改进、分割效果评价和腐蚀度等级的划分。

技术介绍

[0002]随着时代的快速发展，金属逐渐成为人类使用的重要制造材料。而作为更为常用的金属如铁、铝、铜等更是被广泛应用在汽车、船舶、建筑、航空航天以及生产制造等工业领域。
[0003]而在金属加工的各个阶段，受原材料不纯、设备安装不合理、工艺设计有误差、工人操作不当等因素影响，易导致金属产品出现如毛刺、孔洞、裂纹等偏差。金属长时间使用，不注意维护又容易出现腐蚀等现象。而出现这些表面缺陷后，如未被检测出来就投入到产品生产、加工中，轻则造成产品质量问题，影响产品寿命，重则导致设备损毁，造成巨大的财产损失，甚至严重会威胁工作人员的生命安全。因此，在相关的生产制造中，必须进行金属表面的缺陷检测，以保证金属产品质量。准确检测出金属制品表面缺陷的意义在于：可以及时剔除不合格产品，确保出厂的产品质量；针对剔除的产品进行分析，确定缺陷形成的原因，为后续缺陷检测提供相应的经验积累，并为后续加工工艺的改进以及技术升级做铺垫。
[0004]现阶段，根据相应的金属材料特点，我国也研制了对应的金属检测设备，如超声波、射线、渗透等检测方式。但考虑到这些设备会带来一些辐射、噪声等干扰的影响，造成工作人员的身心健康，不宜大规模使用。在日常金属检测中，传统的人工目视检测才是常用的检测方式。但受主观性影响严重，很容易出现误检、漏检。
[0005]近年来，机器视觉发展迅猛，在自动化生产、交通侦测、医学检测和农业生产的检测中都得到了应用，不但提高了检测的效率，在检测精度上也有了极大的提高，一般采用传统Ostu算法进行腐蚀性分析，但对于某些腐蚀区域与背景差异不明显或噪声干扰严重的情况，存在精度问题，导致产生分析误差。

技术实现思路

[0006]为了解决上述存在技术问题，本专利技术提出基于改进Otsu算法的金属表面腐蚀检测方法。
[0007]本专利技术目的是通过下述技术方案实现的：基于改进Otsu算法的金属表面腐蚀检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008]步骤S1：针对采集的腐蚀图像进行图像二直化处理，用于简化图像，减小数据量，突出重点区域；
[0009]步骤S2，金属腐蚀区域图像增强，提高腐蚀区域与金属表面的对比度，便于后续操作；
[0010]其具体过程为：根据腐蚀图像的特征，采用空间域法中的emphasize()算子进行图像增强；通过使用低通(mean_image)进行滤波，并将得到的灰度值(mean)和原始灰度值
(orig)按如下公式计算得到灰度值(res)；res＝round((orig
‑
mean)*Factor)+orig；式中：Factor为对比度强度，通过和均值滤波模板一起配合控制图像的增强效果。
[0011]步骤S3，基于改进Otsu算法对增强后的图像进行阈值分割，使腐蚀区域获取更贴合实际情况；
[0012]所述改进Otsu算法是在原始Ostu算法的基础上加权，在类间方差值前引入权值k，从而改变类间方差值与阈值之间的对应关系，获得期望阈值；
[0013]改进的最大类间方差σ
′
B2
与原参数之间的关系式可表示为：σ
′
B2
＝kσ
B2
＝kP0P1(μ0‑
μ1)2，其中权值k的推导：
[0014]建立腐蚀图像数据集；
[0015]将图像进行Otsu算法处理，获得相应的Otsu阈值、P0；
[0016]分析图像获取实际的期望阈值，并对比Otsu阈值，区分Otsu阈值与期望阈值差异；
[0017]得到最大类间方差值σ
B2
，并通过期望阈值T
’
获得对应的类间方差值σ
′
B2
；
[0018]对比σ
′
B2
与σ
B2
的值，得到对应权值k的大小，并有不同k值对应的P0呈一定关系；
[0019]将采集图像得到的权值k与对应的P0作比较分析得出对应的关系；
[0020]经以上分析可以得到k与P0的关系为：
[0021]步骤S4，对分割后的图像进行特征筛选，过滤噪音，筛选出腐蚀区域轮廓；
[0022]步骤S5，形态学处理：利用形态学中的圆形闭运算，将孤立的腐蚀区域连接在一起，用以获取整体腐蚀区域。其中闭运算处理的过程是将区域内部的空洞及孤立点连接为一体，其原理是先膨胀后腐蚀“Θ”，膨胀效果大于腐蚀效果。利用B对A作闭运算，表示为A
●
B,定义为经闭运算后，进行填充及区域筛选即可获得整体腐蚀区域。
[0023]针对有铆钉区域，执行步骤S6，针对无铆钉区域，直接跳转到步骤S8；
[0024]步骤S6，铆钉区域提取：以自动阈值分割获取多重阈值，快速选出铆钉轮廓。然后经过形态学中的闭运算及区域填充补全铆钉区域，最后通过最大内接圆轮廓得到铆钉区域；
[0025]步骤S7，铆钉周围金属表面腐蚀区域提取：将整体铆钉腐蚀区域与铆钉区域以difference()作差，可得到铆钉周围蒙皮腐蚀区域；
[0026]步骤S8，分割效果评价：为了衡量分割效果的好坏，引入均方误差(MSE)进行评估；通过客观评价经阈值分割后腐蚀区域被分割错误的概率来衡量分割效果，具体表示如下：式中：W
×
H为整个图像像素数；X(i,j)为目标区域的真实像素数；Y(i,j)为经阈值分割后获取的区域像素数。分割效果越好的图像，MSE值越趋向于0；分割越差，MSE值越趋向于1。
[0027]步骤S9腐蚀度分析的具体过程如下：引入腐蚀度进行腐蚀等级的划分，对于带铆钉的部分，设整体腐蚀区域面积为A1，铆钉区域面积为A2，则腐蚀度可表示为：K＝(A1‑
A2)/A2×
100％；将腐蚀状况划分为三个等级，Ⅰ级轻度损伤，铆钉区域不大于检测区域，即K不大于1，可进行简易的操作进行腐蚀修补；Ⅱ级中度损伤，腐蚀区域大于检测区域，但不大于铆钉
区域的2倍，即1<K≤2，结构腐蚀损伤较为严重，清除相应的腐蚀产物后，还需进行相应的补强操作；Ⅲ级重度损伤，腐蚀区域过大，即K>2，需谨慎考虑修补手段，并考虑拆卸铆钉换新处理。
[0028]步骤S9腐蚀度分析的具体过程如下：引入腐蚀度进行腐蚀等级的划分，对于不带铆钉的部分，设整体腐蚀区域面积为A1’
，以所用铆钉钉头直径8.5mm的区域面积为参照定义为A2’
，则腐蚀度可表示为：K1＝A1’
/A2’
；将腐蚀状况划为三个等级，Ⅰ级轻度损伤，即K1不大于1，可进行简易的操作进行腐蚀修补；Ⅱ级中度损伤，腐蚀区域略大于检测区域，即1<K1≤2，结构腐蚀损伤较为严重，清除相应的腐蚀产物后，还需进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于改进Otsu算法的金属表面腐蚀检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：针对采集的腐蚀图像进行图像二直化处理，用于简化图像，减小数据量，突出重点区域；步骤S2，金属腐蚀区域图像增强，提高腐蚀区域与金属表面的对比度，便于后续操作；步骤S3，基于改进Otsu算法对增强后的图像进行阈值分割，使腐蚀区域获取更贴合实际情况；步骤S4，对分割后的图像进行特征筛选，过滤噪音，筛选出腐蚀区域轮廓；步骤S5，形态学处理：利用形态学中的圆形闭运算，将孤立的腐蚀区域连接在一起，并进一步去除多余的噪声；针对有铆钉区域，执行步骤S6，针对无铆钉区域，直接跳转到步骤S8；步骤S6，铆钉区域提取：以自动阈值分割获取多重阈值，快速选出铆钉轮廓；然后经过形态学中的闭运算及区域填充补全铆钉区域，最后通过最大内接圆轮廓得到铆钉区域；步骤S7，铆钉周围金属表面腐蚀区域提取：将整体铆钉腐蚀区域与铆钉区域以difference()作差，可得到铆钉周围蒙皮腐蚀区域；步骤S8，分割效果评价：为了衡量分割效果的好坏，引入均方误差(MSE)进行评估；步骤S9，腐蚀度分析：由腐蚀度划分腐蚀等级，便于工人腐蚀修复。2.根据权利要求1所述的基于改进Otsu算法的金属表面腐蚀检测方法，其特征在于，所述步骤S2金属腐蚀区域图像增强的过程为：根据腐蚀图像的特征，采用空间域法中的emphasize()算子进行图像增强；通过使用低通(mean_image)进行滤波，并将得到的灰度值(mean)和原始灰度值(orig)按如下公式计算得到灰度值(res)；res＝round((orig
‑
mean)*Factor)+orig；式中：Factor为对比度强度，通过和均值滤波模板一起配合控制图像的增强效果。3.根据权利要求1所述的基于改进Otsu算法的金属表面腐蚀检测方法，其特征在于，所述步骤S3，基于改进Otsu算法对增强后的图像进行阈值分割，对增强后的图像进行阈值分割的实现流程如下：所述改进Otsu算法是在原始Ostu算法的基础上加权，在类间方差值前引入权值k，从而改变类间方差值与阈值之间的对应关系，获得期望阈值；改进的最大类间方差与原参数之间的关系式可表示为：其中权值k的推导：建立腐蚀图像数据集；将图像进行Otsu算法处理，获得相应的Otsu阈值、P0；分析图像获取实际的期望阈值，并对比Otsu阈值，区分Otsu阈值与期望阈值差异；得到最大类间方差值σ
B2
，并通过期望阈值T
’
获得对应的类间方差值对比与σ
B2
的值，得到对应权值k的大小，并有不同k值对应的P0呈一定关系；将腐蚀图像数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭勇翼，聂鹏，岳星佐，单春富，刘景东，
申请(专利权)人：沈阳百祥机械加工有限公司，
类型：发明
国别省市：