面向工業(yè)產(chǎn)品表面缺陷檢測(cè)的二值圖像連通域標(biāo)記方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于工業(yè)產(chǎn)品表面缺陷檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種面向工業(yè)產(chǎn)品表面缺 陷檢測(cè)的二值圖像連通域標(biāo)記方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，人們希望能在高速生產(chǎn)線上同步無(wú)損檢測(cè)產(chǎn)品的質(zhì)量，比如， 在千米/分的造紙機(jī)上檢測(cè)產(chǎn)品上是否有紙病，在高速印刷機(jī)上檢測(cè)印刷產(chǎn)品的質(zhì)量是否 達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，在高速電路板生產(chǎn)線上自動(dòng)檢測(cè)布線是否有斷裂和短路等。在這些情況下，檢測(cè) 圖像中的目標(biāo)、提取它們的物體特征是不可或缺的處理。
[0003] 提取圖像中的目標(biāo)及其特征，首先要通過(guò)二值化手段將圖像中的像素區(qū)分為目標(biāo) 像素和背景像素。由于同一目標(biāo)的像素通常具有連通性，一般通過(guò)連通域標(biāo)記來(lái)分離圖像 中不同的目標(biāo)，進(jìn)而提取它們的特征并進(jìn)行模式識(shí)別。所以，連通域標(biāo)記處理是提取圖像中 各個(gè)目標(biāo)物體特征的前提，是圖像模式識(shí)別領(lǐng)域里極為重要的基本處理之一。
[0004] 常見(jiàn)的連通域標(biāo)記算法是兩次掃描像素法，該方法對(duì)于圖像中符合某種連通規(guī)則 (4鄰域連通和8鄰域連通）的像素用相同的標(biāo)號(hào)表示出來(lái)。這一方法常常需要處理大量重 復(fù)標(biāo)記，邏輯復(fù)雜、效率較低，而工業(yè)產(chǎn)品缺陷檢測(cè)實(shí)時(shí)性要求比較高，因此無(wú)法滿足工業(yè) 生產(chǎn)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種面向工業(yè)產(chǎn)品表面缺 陷檢測(cè)的二值圖像連通域標(biāo)記方法，能夠有效地避免對(duì)圖像的重復(fù)掃描次數(shù)，提高二值圖 像連通域標(biāo)記算法的效率，提高工業(yè)產(chǎn)品表面缺陷檢測(cè)的效率，滿足工業(yè)產(chǎn)品表面缺陷檢 測(cè)對(duì)速度的需求，具有效率高、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] 面向工業(yè)產(chǎn)品表面缺陷檢測(cè)的二值圖像連通域標(biāo)記方法，步驟如下：
[0008] 步驟一：
[0009] 通過(guò)工業(yè)攝像機(jī)獲得產(chǎn)品表面的灰度圖像，利用中值濾波技術(shù)，對(duì)灰度圖像進(jìn)行 去噪處理，利用動(dòng)態(tài)多閾值方法將灰度圖像轉(zhuǎn)為二值化圖像；
[0010] 步驟二：
[0011] 對(duì)二值圖像按照從左至右、從上到下每三行掃描一次的順序進(jìn)行第一次掃描，每 次標(biāo)記三個(gè)像素，在標(biāo)記的同時(shí)，隨時(shí)合并等價(jià)連通域、記錄連通域的代表標(biāo)號(hào)；
[0012] 步驟三：
[0013] 對(duì)上述步驟二標(biāo)記后的圖像進(jìn)行第二次掃描，在第二次掃描圖像時(shí)，用各連通域 的代表標(biāo)號(hào)復(fù)寫對(duì)應(yīng)連通域中的每一個(gè)像素，使每一個(gè)連通域中的每個(gè)像素具有唯一的一 個(gè)標(biāo)號(hào)，以達(dá)到目標(biāo)像素分離的目的，為后續(xù)物體特征的提取做準(zhǔn)備。
[0014] 所述步驟二中做第一次掃描時(shí)像素的標(biāo)記方法如下：
[0015] 按預(yù)定順序掃描二值圖像中的像素的灰度值，若當(dāng)前像素的灰度值為0,則設(shè)該點(diǎn) 為背景像素，不做任何處理；若當(dāng)前像素的灰度值為255,表明當(dāng)前像素為前景像素，需要 進(jìn)行標(biāo)記處理；標(biāo)號(hào)變量初始值為1，隨著不同連通域的出現(xiàn)，標(biāo)號(hào)變量值依次增加1。
[0016] 所述當(dāng)前三個(gè)待標(biāo)記像素依次用pl、p2、p3表示，對(duì)當(dāng)前三個(gè)待標(biāo)記的像素 pl、 p2、p3進(jìn)行標(biāo)記的步驟如下：
[0017] (1)首先用當(dāng)前像素左鄰的三個(gè)工作窗中的像素11、12、13標(biāo)記當(dāng)前的三個(gè)像素； 當(dāng)11、12、13中的任意一個(gè)像素是前景像素時(shí)，就可選用前景像素的標(biāo)號(hào)標(biāo)記當(dāng)前被處理 的標(biāo)號(hào)；當(dāng)11和13是前景像素而12是背景像素時(shí)，這時(shí)11和13原本不在一個(gè)連通域中， 當(dāng)P2是前景像素時(shí)，p2將它們連在一起形成一個(gè)連通域，此時(shí)需要合并等價(jià)連通域操作； 如果Pl像素為背景像素，當(dāng)前三個(gè)像素的標(biāo)記處理結(jié)束時(shí)，進(jìn)入下一組像素的標(biāo)記處理； 當(dāng)Pl為前景像素或者11、12、13均為背景像素時(shí)，轉(zhuǎn)至步驟（2)進(jìn)行處理；
[0018] (2)rl、r2、r3這三個(gè)像素位于當(dāng)前掃描行的上一行，均為標(biāo)記過(guò)的像素，其中，r2 是第一個(gè)作用于當(dāng)前操作的像素，根據(jù)r2的三種狀態(tài)可將當(dāng)前像素的標(biāo)記處理分三種情 況進(jìn)行：
[0019] l)r2為前景像素，如果當(dāng)前像素為待標(biāo)記像素，用r2的標(biāo)號(hào)標(biāo)記pi和p2、p3兩 個(gè)像素；工作窗中的六個(gè)像素和當(dāng)前三個(gè)像素處在一個(gè)連通域中，不需要處理等價(jià)連通域 問(wèn)題；
[0020] 2) r2為背景像素，檢查r3的狀態(tài)完成當(dāng)前像素的標(biāo)記處理；如果r3為前景像素， 用r3的標(biāo)號(hào)標(biāo)記當(dāng)前待標(biāo)記的像素，當(dāng)11為前景像素時(shí)，因?yàn)閷儆趦蓚€(gè)不同連通域的像素 11和r3被pi連接形成一個(gè)連通域，所以需要合并等價(jià)連通域操作；如果r3為背景像素，依 據(jù)rl的狀態(tài)標(biāo)記當(dāng)前待處理像素，rl同樣具有三種可能的狀態(tài)，且無(wú)論rl是否屬于前景 像素，均不需要合并等價(jià)連通域，如果Pl為待標(biāo)記的前景像素，rl是前景像素時(shí)，用rl的 標(biāo)號(hào)標(biāo)記pl，否則賦給pl -個(gè)新的標(biāo)號(hào)；
[0021] 3)r2為未知像素，此時(shí)需要檢查r2,如果r2是前景像素，后續(xù)的處理過(guò)程同步驟 1)，否則r2為背景像素，后續(xù)的處理過(guò)程同步驟2);至此當(dāng)前的三個(gè)像素 pl、p2、p3標(biāo)記結(jié) 束，進(jìn)入下一組像素的標(biāo)記過(guò)程。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0023] 本發(fā)明對(duì)比于現(xiàn)有的二次掃描算法，在第一次掃描過(guò)程中借助工作窗最大限度地 使用已有像素的標(biāo)記結(jié)果標(biāo)記當(dāng)前像素，并將一次掃描標(biāo)記一個(gè)像素?cái)U(kuò)展到一次掃描標(biāo)記 三個(gè)像素的處理，另提出了標(biāo)記狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指明了每一次標(biāo)記結(jié)束后下一個(gè)工作窗的狀態(tài)， 簡(jiǎn)化了算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，提高算法的運(yùn)行效率；在標(biāo)記的過(guò)程中，記錄了每一個(gè)連通域的代 表標(biāo)號(hào)，并在標(biāo)記過(guò)程中合并等價(jià)連通域，這樣在二次掃描過(guò)程中可以直接用代表標(biāo)號(hào)復(fù) 寫每一個(gè)前景像素的標(biāo)號(hào)，整個(gè)過(guò)程最大限度地減少了重復(fù)檢查像素的次數(shù)，從而提高二 值圖像連通域標(biāo)記算法的效率，提高了產(chǎn)品表面缺陷檢測(cè)的效率，滿足了工業(yè)產(chǎn)品表面缺 陷檢測(cè)對(duì)速度的要求，具有效率高、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1為本發(fā)明連通域標(biāo)記方法的工作窗圖。
[0025] 圖2為同時(shí)標(biāo)記三個(gè)像素的狀態(tài)圖，共16種，其中，f代表前景像素，b代表背景像 素，-代表無(wú)意義像素，？代表未知像素。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0027] 參見(jiàn)圖1，面向工業(yè)產(chǎn)品表面缺陷檢測(cè)的二值圖像連通域標(biāo)記方法，包括以下步 驟：
[0028] 步驟一：
[0029] 通過(guò)C⑶攝像機(jī)獲得待檢工業(yè)產(chǎn)品表面的原始灰度圖像，對(duì)原始圖像選用3*3的 濾波窗口進(jìn)行中值濾波，以去除噪聲的影響，對(duì)原始灰度圖像進(jìn)行二值化分割，這里結(jié)合工 業(yè)產(chǎn)品表面灰度圖像的特征，選用動(dòng)態(tài)多閾值方法進(jìn)行二值化分割。
[0030] 步驟二：
[0031] 對(duì)二值圖像按從左到右、從上而下每三行掃描一次的順序進(jìn)行掃描，并做出初步 的標(biāo)記；具體來(lái)講，處理過(guò)程如下：
[0032] 按預(yù)定順序掃描二值圖像中的像素的灰度值，若當(dāng)前像素的灰度值為0,則設(shè)該點(diǎn) 為背景點(diǎn)，不做任何處理；若當(dāng)前像素的灰度值為255,則需要根據(jù)所在工作窗（工作窗如 圖1所示）中像素的標(biāo)記情況對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記；標(biāo)號(hào)變量值初始化為1，隨著不同連通域的出 現(xiàn)，標(biāo)號(hào)變量值依次增加1。
[0033] 當(dāng)前三個(gè)待標(biāo)記像素依次用pl、p2、p3表示，處理當(dāng)前三個(gè)待標(biāo)記像素時(shí)，借助已 經(jīng)標(biāo)記的六個(gè)鄰接像素標(biāo)記它們，由這六個(gè)鄰接像素形成的區(qū)域稱作工作窗，這六個(gè)像素 分別是位于掃描行的上一行的三個(gè)像素和位于當(dāng)前待標(biāo)記的三個(gè)像素左側(cè)的三個(gè)像素，位 于掃描行的上一行的三個(gè)像素從左到右依次用rl、r2、r3表示，位于當(dāng)前待標(biāo)記的三個(gè)像 素左側(cè)的三個(gè)像素自上而下依次用11、12、13表示，11、12、13這三個(gè)像素是在前一個(gè)標(biāo)記 處理中被標(biāo)記的像素，每個(gè)像素是否為前景像素是已知的，可以直接根據(jù)它們的標(biāo)記結(jié)果 直接對(duì)當(dāng)前像素進(jìn)行標(biāo)記。
[0034] 具體來(lái)講，對(duì)當(dāng)前三個(gè)待標(biāo)記的像素 pi、p2、p3進(jìn)行標(biāo)記的步驟如下：
[0035] (1)首先用當(dāng)前像素左鄰的三個(gè)工