專(zhuān)利名稱(chēng)：金屬板帶表面圖像背景標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬板帶表面圖像背景在線(xiàn)動(dòng)態(tài)參照模型的建立方法，用于板帶
表面質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，屬于先進(jìn)制造技術(shù)及設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在冶金行業(yè)加工行業(yè)，隨著產(chǎn)能的不斷提高，國(guó)內(nèi)外對(duì)于產(chǎn)品表面質(zhì)量檢測(cè)的需 求不斷增多，對(duì)于檢測(cè)效果的要求越來(lái)越高。目前國(guó)內(nèi)無(wú)論是對(duì)于引進(jìn)的設(shè)備還是對(duì)于自 行研制的實(shí)驗(yàn)性檢測(cè)設(shè)備，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)研發(fā)的主體設(shè)備均遇到對(duì)于檢測(cè)目標(biāo)的定位效果不是 很好，主要的原因是被檢測(cè)對(duì)象背景容易受到材料類(lèi)型、板型狀況、環(huán)境干擾以及大量良性 附著物的影響。 對(duì)于工業(yè)實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的目標(biāo)定位，傳統(tǒng)方法一般都是以分析目標(biāo)灰度異常特征作為 主要的線(xiàn)索，區(qū)別只是在于根據(jù)目標(biāo)的不同，所選用的特征不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用與傳統(tǒng)以分析目標(biāo)各種特征為基礎(chǔ)進(jìn)行缺陷定位完全不同的方法，提 出一種基于目標(biāo)背景特征分析為基礎(chǔ)的金屬板帶表面圖像背景標(biāo)定方法，該方法簡(jiǎn)單穩(wěn)定 可靠，完全適用于在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，有效解決板帶表面質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)中的背景 參照問(wèn)題。 金屬板帶表面圖像背景標(biāo)定方法，特點(diǎn)是首先，在圖像上設(shè)定標(biāo)志線(xiàn)，確定出矩
形，依次將所有平移標(biāo)志線(xiàn)向矩形內(nèi)部平移相同單位，即每次平移一個(gè)像素位置，平移k
次，得k個(gè)新矩形，計(jì)算每個(gè)矩形上像素點(diǎn)的方差；比較上述k+l個(gè)方差的大小，取出最小方
差所對(duì)應(yīng)的矩形上的像素點(diǎn)作為背景標(biāo)定的樣本點(diǎn)； 計(jì)算用于背景標(biāo)定的樣本點(diǎn)的均值，得出背景代表值； 再利用相鄰圖像間的關(guān)系判斷所求的背景代表值是否異常； 若出現(xiàn)異常值，則通過(guò)圖像分割結(jié)果修正確定背景代表值； 最后利用確定的背景代表值對(duì)圖像進(jìn)行背景標(biāo)定。 進(jìn)一步地，上述的金屬板帶表面圖像背景標(biāo)定方法，對(duì)圖像設(shè)定四條標(biāo)志線(xiàn)，通過(guò) 平移標(biāo)志線(xiàn)和方差最小化的方法定出用于反映圖像的背景信息的矩形。 更進(jìn)一步地，上述的金屬板帶表面圖像背景標(biāo)定方法，反映圖像的背景信息的矩 形上取出用于標(biāo)定背景的像素，極大的減少要處理的數(shù)據(jù)量的同時(shí)，又沒(méi)有丟失多少圖像 背景信息，實(shí)現(xiàn)容易。 更進(jìn)一步地，上述的金屬板帶表面圖像背景標(biāo)定方法，通過(guò)反映圖像的背景信息 的矩形上的像素點(diǎn)計(jì)算出的背景代表值標(biāo)定圖像背景，即以背景代表值確定出一個(gè)能量區(qū) 間表示圖像背景模型。 再進(jìn)一步地，上述的金屬板帶表面圖像背景標(biāo)定方法，找出其上像素值方差最小 的矩形，以矩形上像素均值作為圖像的背景代表值。
再進(jìn)一步地，上述的金屬板帶表面圖像背景標(biāo)定方法，能量區(qū)間是以背景代表值 為中心上下浮動(dòng)一個(gè)百分位數(shù)的數(shù)值區(qū)間。 再進(jìn)一步地，上述的金屬板帶表面圖像背景標(biāo)定方法，判斷計(jì)算出的背景代表值 是否異常，判斷方法是利用相鄰圖像背景間具有連續(xù)性和相似性的特點(diǎn)，判斷當(dāng)前背景代 表值是否落在相鄰的前一個(gè)圖像的背景能量區(qū)間內(nèi)，若是，認(rèn)為是正常的，否則，認(rèn)為出現(xiàn)異常。 再進(jìn)一步地，上述的金屬板帶表面圖像背景標(biāo)定方法，當(dāng)出現(xiàn)異常值時(shí)，利用圖像 分割的結(jié)果確定修正背景代表值；即出現(xiàn)異常值時(shí)，用異常值所對(duì)應(yīng)的圖像的相鄰的前一 幅圖像的背景代表值，對(duì)該幅圖像進(jìn)行背景和目標(biāo)分割，若分割成功，則將當(dāng)前異常值修正 為前幅圖像的背景代表值，否則，不修正，認(rèn)為實(shí)際上并沒(méi)有出現(xiàn)異常。
本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在 本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，相比較于傳統(tǒng)的背景參照?qǐng)D像，極大減少了要處理的數(shù)據(jù)量，且 由于板帶表面圖像本身的特征，取出的像素點(diǎn)能夠代表圖像背景的性質(zhì)，并沒(méi)有丟失多少 圖像背景信息；能對(duì)板帶表面圖像背景進(jìn)行快速有效準(zhǔn)確的標(biāo)定，完全滿(mǎn)足工程實(shí)時(shí)性要 求。同時(shí)本發(fā)明進(jìn)一步利用相鄰圖像的信息，根據(jù)相鄰圖像背景的相似性特點(diǎn)判斷背景代 表值的可信度，再根據(jù)圖像分割結(jié)果確定最終的背景代表值，極大減小了背景標(biāo)定的誤差。


圖1 :本發(fā)明所用的標(biāo)志線(xiàn)； 圖2 :本發(fā)明對(duì)異常值的判定和修正示意圖； 圖3 :標(biāo)定原理整體框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明采用逆向思維的方法，從分析目標(biāo)背景動(dòng)態(tài)分布特征出發(fā)，構(gòu)建出適用于 各種情況下的動(dòng)態(tài)背景模型，能夠?qū)崟r(shí)更新在線(xiàn)材料背景參照，使得在選擇圖像分割算法 時(shí)即使使用最簡(jiǎn)單的相對(duì)浮動(dòng)閾值分割算法，也能取得較為理想的分割效果，并且在對(duì)于 目標(biāo)分割的總體時(shí)間上卻贏得了巨大的優(yōu)勢(shì)。相比傳統(tǒng)方法，有效提高了實(shí)時(shí)缺陷目標(biāo)定 位效果和實(shí)時(shí)性，有效地解決了工業(yè)金屬板帶背景易受材料規(guī)格，檢測(cè)位置、帶料厚度以及 加工道次因素等影響，采集數(shù)據(jù)背景快速?gòu)?fù)雜變化等問(wèn)題。 本發(fā)明技術(shù)方案，如圖3所示，首先在圖像上設(shè)定標(biāo)志線(xiàn)l，確定一個(gè)矩形，依次將 所有平移標(biāo)志線(xiàn)向矩形內(nèi)部平移相同單位，即每次平移一個(gè)像素位置，平移k次，得k個(gè)新 矩形，計(jì)算每個(gè)矩形上像素點(diǎn)的方差；比較上述k+l個(gè)方差的大小，取出最小方差所對(duì)應(yīng)的 矩形上的像素點(diǎn)作為背景標(biāo)定的樣本點(diǎn)2。計(jì)算用于背景標(biāo)定的樣本點(diǎn)的均值，得出背景代 表值3，以該值計(jì)算出表示背景模型的能量區(qū)間。再利用相鄰圖像間的關(guān)系判斷所求的背景 代表是否異常4，對(duì)來(lái)的每一幅圖像計(jì)算其背景代表值，得到一個(gè)背景代表值時(shí)間序列，判 斷背景代表值時(shí)間序列是否有異常點(diǎn)；對(duì)異常點(diǎn)的值進(jìn)行修正，若有異常點(diǎn)，則通過(guò)圖像背 景和目標(biāo)的分割結(jié)果判斷異常點(diǎn)的取值，以此確定出該圖像的背景代表值5。最后利用確定 的背景代表值對(duì)圖像進(jìn)行背景標(biāo)定6。
具體實(shí)施包含以下詳細(xì)步驟
(1)對(duì)圖像設(shè)定標(biāo)志線(xiàn)并用最小方差取出用于標(biāo)定背景的樣本點(diǎn)。 為了進(jìn)行背景標(biāo)定，本發(fā)明在圖像上設(shè)定了四條標(biāo)志線(xiàn)，構(gòu)成一個(gè)矩形ABCD。平
行的兩條標(biāo)志線(xiàn)AB和CD與圖像的邊緣距離為p個(gè)像素點(diǎn)，AB和CD與圖像的邊緣距離為q
個(gè)像素點(diǎn)。四條標(biāo)志線(xiàn)同時(shí)向矩形中心平移一個(gè)像素位置，則得到新的矩形，重復(fù)該步驟k
次，就得到k個(gè)新矩形，計(jì)算上述k+1個(gè)矩形邊上的像素的方差，取最小方差所對(duì)應(yīng)的矩形
上的點(diǎn)作為背景標(biāo)定的樣本點(diǎn)。根據(jù)需要，將標(biāo)志線(xiàn)上所有的像素取出來(lái)，以等間隔的取出
其一部分像素，作為計(jì)算背景模型的樣本點(diǎn)。
(2)求圖像背景代表值和背景模型能量區(qū)間。 計(jì)算用于背景標(biāo)定的樣本點(diǎn)的均值d，將其作為該圖像的背景代表值，以該值為中 心，上下波動(dòng)n^ (n為整數(shù))的數(shù)值區(qū)間[d(l-n%)， d(l+n%)]標(biāo)定為背景模型的能量 區(qū)間。 (3)判斷背景代表值是否是異常值。 計(jì)算每一幅圖像的背景代表值，得到一個(gè)背景代表值時(shí)間序列{dp d2， d3，...，
dj ，其中d表示背景代表值，d的下標(biāo)i表示第i幅圖像。判斷每個(gè)背景代表值是否落在前 一個(gè)圖像背景能量區(qū)間內(nèi)，若是，則認(rèn)為該背景代表值是正常值，否則，認(rèn)為該背景代表值 是該時(shí)間序列的一個(gè)異常值。
(4)通過(guò)圖像分割結(jié)果修正異常值，以此確定出該圖像的背景代表值。
假設(shè)當(dāng)前異常點(diǎn)位置為第i幅圖像，背景代表值為di，則用&與前一幅相鄰圖像 的背景代表值d卜工分別對(duì)第i幅圖像進(jìn)行分割，通過(guò)圖像背景和目標(biāo)的分割結(jié)果判斷異常 點(diǎn)的取值，以此確定出該圖像的背景代表值。 為了更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
圖1是本發(fā)明為取出具有代表性背景樣本點(diǎn)而設(shè)計(jì)的四條標(biāo)志線(xiàn)AB、CD、BC和DA， 四條標(biāo)志線(xiàn)構(gòu)成一個(gè)矩形。平行的兩條標(biāo)志線(xiàn)AB和CD與圖像的邊緣距離為p個(gè)像素點(diǎn)， AC和BD與圖像的邊緣距離為q個(gè)像素點(diǎn)。對(duì)于M*N大小的圖像，標(biāo)志線(xiàn)上的像素點(diǎn)的總數(shù) 為2 (M+N-2p-2q)，每向矩形內(nèi)部平移一次標(biāo)志線(xiàn)，矩形的每條邊長(zhǎng)減小兩個(gè)單位，計(jì)算每個(gè) 矩形上的像素值的方差，取出最小方差所對(duì)應(yīng)的矩形上像素作為背景標(biāo)定的樣本點(diǎn)。根據(jù) 需要，將矩形上所有的像素取出來(lái)，以沿著矩形邊等間隔的取出其一部分像素，作為計(jì)算背 景模型的樣本點(diǎn)。 取方差最小的矩形上的像素的灰度值的均值d作為該圖像的背景代表值，再通過(guò) 該值計(jì)算出表示圖像背景模型的能量區(qū)間，即以該值為中心，上下波動(dòng)nX (n為整數(shù))的數(shù) 值區(qū)間[d(l-n% )， d(l+n% )]標(biāo)定為背景模型的能量區(qū)間。 圖2是本發(fā)明對(duì)異常值的判定和修正示意圖，對(duì)每一幅圖像計(jì)算其背景代表值， 得到一個(gè)由背景代表值構(gòu)成的時(shí)間序列{4， d2， d3， . . . ， cU 。 由于按時(shí)間排列的圖像序列其背景具有連續(xù)性和極大的相似性，特別是對(duì)于同一 塊板帶或相同規(guī)格的板帶，因此背景代表值所構(gòu)成的時(shí)間序列中相鄰元素之間具有極大的 相近性，甚至相等；如果序列中&在其前一幅圖像的能量區(qū)間內(nèi)，即& G [(1^(11%)， d卜Jl+n^)]，則認(rèn)為背景代表值正常；如果《g[oU(l-"M),Kl + "e/。)]，則認(rèn)為背景代表 值出現(xiàn)了異常；此時(shí)分別用&和d卜工作為第i幅圖像的背景代表值，對(duì)該圖像進(jìn)行分割，取 分割成功的背景代表值作為第i幅圖像最終的背景代表值，然后計(jì)算其背景能量區(qū)間，從
5而標(biāo)定出背景。 本發(fā)明的方法的重要特征首先在于利用標(biāo)志線(xiàn)和最小方差取出背景樣本點(diǎn)，即降 低數(shù)據(jù)量又能反映圖像的背景信息；其次利用樣本均值定出背景代表值；最后，利用相鄰 圖像間的信息再一次確定背景代表值，標(biāo)定出圖像背景，以建立符合圖像的背景模型，用于 實(shí)時(shí)圖像處理應(yīng)用系統(tǒng)。 以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用 等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
金屬板帶表面圖像背景標(biāo)定方法，其特征在于首先，在圖像上設(shè)定標(biāo)志線(xiàn)，確定出矩形，依次將所有平移標(biāo)志線(xiàn)向矩形內(nèi)部平移相同單位，即每次平移一個(gè)像素位置，平移k次，得k個(gè)新矩形，計(jì)算每個(gè)矩形上像素點(diǎn)的方差；比較上述k+1個(gè)方差的大小，取出最小方差所對(duì)應(yīng)的矩形上的像素點(diǎn)作為背景標(biāo)定的樣本點(diǎn)；計(jì)算用于背景標(biāo)定的樣本點(diǎn)的均值，得出背景代表值；再利用相鄰圖像間的關(guān)系判斷所求的背景代表值是否異常；若出現(xiàn)異常值，則通過(guò)圖像分割結(jié)果修正確定背景代表值；最后利用確定的背景代表值對(duì)圖像進(jìn)行背景標(biāo)定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬板帶表面圖像背景標(biāo)定方法，其特征在于對(duì)圖像設(shè)定 四條標(biāo)志線(xiàn)，通過(guò)平移標(biāo)志線(xiàn)和方差最小化的方法定出用于反映圖像的背景信息的矩形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬板帶表面圖像背景標(biāo)定方法，其特征在于反映圖像的 背景信息的矩形上取出用于標(biāo)定背景的像素。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬板帶表面圖像背景標(biāo)定方法，其特征在于通過(guò)反映圖 像的背景信息的矩形上的像素點(diǎn)計(jì)算出的背景代表值標(biāo)定圖像背景，即以背景代表值確定 出 一個(gè)能量區(qū)間表示圖像背景模型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬板帶表面圖像背景標(biāo)定方法，其特征在于找出其上像 素值方差最小的矩形，以矩形上像素均值作為圖像的背景代表值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬板帶表面圖像背景標(biāo)定方法，其特征在于能量區(qū)間是 以背景代表值為中心上下浮動(dòng)一個(gè)百分位數(shù)的數(shù)值區(qū)間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬板帶表面圖像背景標(biāo)定方法，其特征在于判斷計(jì)算出 的背景代表值是否異常，判斷方法是利用相鄰圖像背景間具有連續(xù)性和相似性的特點(diǎn)，判 斷當(dāng)前背景代表值是否落在相鄰的前一個(gè)圖像的背景能量區(qū)間內(nèi)，若是，認(rèn)為是正常的，否 則，認(rèn)為出現(xiàn)異常。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬板帶表面圖像背景標(biāo)定方法，其特征在于當(dāng)出現(xiàn)異常 值時(shí)，利用圖像分割的結(jié)果確定修正背景代表值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的金屬板帶表面圖像背景標(biāo)定方法，其特征在于出現(xiàn)異常值 時(shí)，用異常值所對(duì)應(yīng)的圖像的相鄰的前一幅圖像的背景代表值，對(duì)該幅圖像進(jìn)行背景和目 標(biāo)分割，若分割成功，則將當(dāng)前異常值修正為前幅圖像的背景代表值，否則，不修正，認(rèn)為實(shí) 際上并沒(méi)有出現(xiàn)異常。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬板帶表面圖像背景標(biāo)定方法，先對(duì)圖像設(shè)定四條標(biāo)志線(xiàn)，構(gòu)成一個(gè)矩形，依次將所有的標(biāo)志線(xiàn)同時(shí)向矩形中心平移一個(gè)像素，2個(gè)像素，直至k個(gè)像素，得到不同大小的k個(gè)矩形，計(jì)算上述k+1個(gè)不同矩形上的像素的方差，比較k+1個(gè)方差值的大小，取其中最小方差所對(duì)應(yīng)的矩形上的像素作為背景標(biāo)定的樣本點(diǎn)；利用這些樣本點(diǎn)求出該圖像的背景能量參照基準(zhǔn)值，也稱(chēng)背景代表值，以該值計(jì)算出表示背景模型的能量區(qū)間；再利用圖像時(shí)間序列中相鄰圖像背景間的連續(xù)性和相似性特征判斷背景代表值是否異常；最后通過(guò)圖像背景和目標(biāo)的分割結(jié)果確定最終的背景代表值，標(biāo)定板帶表面圖像的背景。該方法滿(mǎn)足在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，且其標(biāo)定穩(wěn)定可靠。
文檔編號(hào)G06T7/00GK101706958SQ20091021293
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者李坤杰, 王龍, 羅新斌, 邢青青, 鄭文勝, 黃秀琴 申請(qǐng)人:蘇州有色金屬研究院有限公司