略谈建筑装饰材料尺寸偏差的计算机视觉检测系统

　　摘要：本文以墙地砖等建筑装饰材料为研究对象，以计算机视觉理论为基础，采用计算机图象处理技术，研究了墙地砖等建筑装饰材料尺寸偏差自动检测和识别的关键技术，并编制了该软件系统。
　　关键词：计算机视觉；尺寸偏差；模式识别
　　1 引言
　　随着人类生活水平的不断提高，人类对建筑装饰产品的质量要求越来越高，建筑装饰产品生产现场的人工目视检测以抽样方式进行已不能满足需要，取而代之的是实时在线全数检测。这对于大理石、墙地砖、各种装饰壁纸、墙布及人造装饰材料等尤为重要，然而其产品质量特别是其过大的尺寸差异(以墙地砖为例，GB11947—89(彩色釉面陶瓷地砖)规定边长尺寸>250mm时的尺寸允许偏差为±2．5mm)，不仅难于满足工程创优的排列要求，而且在质检过程中，经常由于检查者的疏忽而出现大量尺寸不合格的产品。这不仅影响了生产企业的信誉，而且为施工单位造成了不必要的损失。
　　本文所研究的建筑装饰材料尺寸偏差计算机视觉检测系统已经能够快速准确地测量出尺寸偏差，它可以用于各种建筑装饰材料如大理石、墙地板、木板砖、装饰壁纸、墙布及人造装饰板材等的实时在线全数质量检测。现以墙地砖为例。应用于该软件的智能墙地砖分拣机可以快速实时在线全数检测各种型号墙地砖。
　　2 系统设计
　　2．1 本软件系统的组成尺寸偏差的计算机视觉检测系统墙地砖的图象经工业CCD摄象机摄取，由采集卡输入到计算机，尺寸偏差检测结果由屏幕与打印机输出。
　　2．2 系统的工作原理整个系统的图象处理流程见图2。
　　彩色墙地砖图象经过CCD摄象机获取后，提取彩色图象中的红(R)色变量，彩色图象变成256级灰度图象，因为该图象含有各种噪声与失真，同时考虑到实时在线快速检测的需要，首先进行快速中值滤波【2)去除噪声，再利用判别分析法自动确定最佳阈值。
　　判别分析法求最佳阈值的具体原理如下：
　　设灰度级为L的图象总象素数为N，灰度值为i的象素数为ni，至灰度级k的灰度分布的0阶及一阶矩，定义为：
　　2．3 系统评判的原理现行生产厂家的分拣方法是利用人工进行定图3 墙地砖边界跟踪结果期抽检，对尺寸超标的产品直接划为次品。对尺寸合格者再分别根据变形、表面质量划分等级。
　　为了满足工程创优的要求以及为了提高施工效率，可将各种建筑装饰材料进行分组分等级识别与输出。以4O0 X 4O0mm2墙地砖为例，按照国标(GB11947—89(彩色釉面陶瓷地砖)规定边长尺寸>250mm时的尺寸允许偏差为4-2．5mm的要求，墙地砖的尺寸上可分为：
　　第一组[397．5，398．5]第二组[398．5，399．5]
　　第三组[399．5，4O0．5]第四组[400．5，401．5]
　　第五组[401．5，402．5]第六组[402．5，403．5]
　　第七组[396．5，397．5]
　　墙地砖被分为7组(根据统计原理和生产实际，分为7组是最合适的)，其中第六组与第七组虽然不符合国标，但为了避免产品的浪费，同样将之进行分级。这样不仅可将其尺寸波动限制在4-0．5mm的范围内，避免了按照国标铺设安装所导致的不能工程创优的缺陷，而且同时在将原来为优等品的各种建筑装饰材料继续保持为优等品的基础上，又可将原来由于尺寸偏差过大而造成的非优等品转化为优等品，从而提高了优等品率，创造了巨大的经济效益。用户只要将同样尺寸(组别)的产品铺设于某一独立的区域，进行类同于机械产品的分组装配法铺设安装，即可满足铺设整齐的要求。
　　3 尺寸偏差检测分析尺寸偏差检测分析
　　实际要检测的图像边界夸大为曲线，在图4所示的实际图像的回归直线基础上作标准模板图像见图所示正判断Ll、L0、Wl、W0是否属于所给定的各组等级标准区间，如是，则属于所给定的等级。
　　否则不是。具体判别各组标准等级如下：
　　L1>130或L0<110，则X方向尺寸不合格。
　　W1>130或W0<110，则Y方向尺寸不合格。
　　以下为分组判别条件(仍以400×400)墙地砖为例：
　　在长度方向上：L1≤130且L0≥128，则属于第一组。
　　Ll≤127且L0≥125，则属于第二组。
　　u≤124且L0≥122，则属于第三组。
　　u≤121且L0≥119，则属于第四组。
　　u≤118且L0≥116，则属于第五组。
　　u≤115且L0≥113，则属于第六组。
　　u≤112且L0≥110，则属于第七组。
　　在列方向上的判别：W1≤130且W0≥128，则属于第一组。
　　W1≤127且wO≥125，则属于第二组。
　　W1≤124且wO≥122，则属于第三组。
　　W1≤121且wO≥119，则属于第四组。
　　W1≤118且wO≥116，则属于第五组。
　　W1≤115且w0≥113，则属于第六组。
　　W1≤112且wO≥110，则属于第七组。
　　(4)将长、宽方向上的检测结果分别相与，取其中的较小等级即可。如此检测，既提高了效率，又满足实时在线检测的需要。实践表明，用上述的标准检测所用的时间只占按照正常的标准检测时间的15％。同时各等级的机器视觉检测结果与人工分级检测结果一致率为97．9％ 。基本上满足实时在线全数检测的要求。
　　4 系统的软件设计
　　为了便于调试与扩充，本系统采用结构化程序设计。本软件采用以下功能模块：用户界面模块(主菜单)，点处理模块，区处理模块，帧处理模块，尺寸偏差判别功能模块，变形检测功能模块(另文有述)，自动分级模块。
　　5 系统菜单简介
　　本系统采用两级调用方式。主菜单一级调用共设4项功能子菜单。
　　文件操作：文件打开与关闭图象显示等。
　　预处理：包括图象平滑，图象分割，直方图显示与边界跟踪。
　　特征检测：主要包括尺寸偏差检测、变形检测。依据一定的标准分别对墙地砖进行检测。
　　综合分级：在分别对墙地砖进行尺寸偏差、变形以及在以后将提到的的墙地砖色差和缺陷进行检测的基础上，采取相与的方法，对其进行综合分级。

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