專利名稱：用于識(shí)別表面上的不均勻區(qū)域的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于識(shí)別表面上的不均勻區(qū)域的方法。
特別地，該方法涉及對(duì)在表面上再現(xiàn)的裝飾性圖形中出現(xiàn)的彩色 不均勻性、含義缺陷或者瑕疵的識(shí)別。優(yōu)選但并非排他地，該表面是 瓷磚的表面。
一般地，所涉及的該缺陷表現(xiàn)為邊緣和著色或多或少規(guī)
則和鮮明(intense)的斑點(diǎn)的形式。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)已對(duì)用于識(shí)別瓷磚裝飾表面上的缺陷的方法進(jìn)行了說(shuō) 明， 一般地，該方法包括獲取瓷磚裝飾表面的圖像并使之?dāng)?shù)字化， 對(duì)瓷磚圖像執(zhí)行一 些參數(shù)值的測(cè)量(這些參數(shù)表示瓷磚表面的 一定特 性)，將所測(cè)量的值與閾值相比較，這些閾值表示對(duì)應(yīng)的參數(shù)相對(duì)于 與不存在缺陷的情況相對(duì)應(yīng)的值的容許偏差(或不容許偏差)。
通過(guò)一系列電視攝像機(jī)來(lái)獲取瓷磚圖像，在系列電視攝像機(jī)中， 至少有一個(gè)是垂直指向所帶的裝飾上有待識(shí)別的缺陷的表面。
根據(jù)所分析的指示參數(shù)，基于各自不同的數(shù)學(xué)算法來(lái)執(zhí)行指示參 數(shù)的測(cè)量及其與閾值的比較。各種指示參數(shù)可以包括例如灰度平均值、 平均對(duì)比度值或者表面相對(duì)于預(yù)定基準(zhǔn)圖像的相似度百分比。
當(dāng)指示參數(shù)值與對(duì)應(yīng)的閾值之間的差超過(guò)預(yù)定的容許水平時(shí)，通 知可能存在缺陷。識(shí)別方法的可靠性依賴于僅當(dāng)識(shí)別出真正的缺陷時(shí) (即，當(dāng)已經(jīng)相當(dāng)明顯地超過(guò)容許水平時(shí))才指示已經(jīng)超過(guò)預(yù)定容許 水平的能力。
用于測(cè)量指示參數(shù)并將其與閾值比較的已知數(shù)學(xué)算法的一些例 子為"對(duì)比度"算法、"亮度(Lum)，，算法和"斑點(diǎn)(stain)"算法。 對(duì)比度算法基于對(duì)通過(guò)應(yīng)用不同的濾波器而得到的圖像進(jìn)行巻積。所
生成的圖像是這樣的圖像該圖像中表現(xiàn)出高梯度(即，相對(duì)于背景 的高對(duì)比度水平)的所有部分以較大的灰度強(qiáng)度被顯示，而所有其余 的部分被削弱。這種類型的算法對(duì)于搜索實(shí)現(xiàn)在光滑的單調(diào) (monotone)表面上的裝飾缺陷尤其有效。在這些情況下，可以在對(duì) 所分析的表面的測(cè)量結(jié)果與對(duì)應(yīng)于無(wú)缺陷裝飾的全體標(biāo)準(zhǔn)值之間執(zhí)行 相對(duì)精確的比較。
亮度算法基于對(duì)裝飾表面的整體亮度的測(cè)量?；旧?，該算法是 基于搜索相對(duì)于無(wú)缺陷的瓷磚較暗或者較亮的像素?？梢酝ㄟ^(guò)與整體 亮度的容許水平上限和下限進(jìn)行比較來(lái)識(shí)別這些像素。即使對(duì)于再現(xiàn) 在非單調(diào)背景上的裝飾，該方法也是有效的。相反，對(duì)于表面上的隨
機(jī)裝飾，該算法是無(wú)效的。
斑點(diǎn)算法基于發(fā)光度的局部分析。為此，該算法將圖像分割成許
多片斷(fragment)，基于在臨近片斷中所發(fā)現(xiàn)的最高的平均灰度值
利用二值化值來(lái)識(shí)別各片斷。該算法使得可以識(shí)別灰度值偏離瓷磚背
景的像素塊。人們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于具有隨機(jī)裝飾的瓷磚，由于難以正確地
標(biāo)定與所識(shí)別的像素塊和瓷磚背景之間的對(duì)比度相對(duì)應(yīng)的閾值，該算
法所提供的結(jié)果的精確性相對(duì)較低。
對(duì)于具有各種顏色或帶有隨機(jī)裝飾的有光滑表面來(lái)說(shuō)，尤其是如
果缺陷以與表面的色彩非常相似的色斑的形式顯現(xiàn)，并且還呈現(xiàn)出模 糊的邊緣，則上述方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的可靠識(shí)別。在這種情況下， 當(dāng)所設(shè)置的閾值較嚴(yán)格時(shí)，對(duì)假定缺陷的錯(cuò)誤識(shí)別顯著增加。通常必 須接受不令人滿意的折衷值，其中可以通過(guò)對(duì)裝飾表面進(jìn)行采樣并修 改所有可能的可用參數(shù)，經(jīng)過(guò)分析，在相當(dāng)浪費(fèi)時(shí)間的情況下，僅憑 經(jīng)驗(yàn)定義該折衷值。
本發(fā)明的目的是提供一種用于識(shí)別表面上的不均勻區(qū)域的方法， 該方法消除了已知方法的缺點(diǎn)。
該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，無(wú)需憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)置重要的參數(shù)和/或閾值。 該方法的另一優(yōu)點(diǎn)在于，它對(duì)具有任何類型的裝飾的任何類型的 表面都是有效的。
通過(guò)下面對(duì)本發(fā)明方法的優(yōu)選但非排他實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā) 明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將更好地顯現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
該方法包括下面將在這里列出并說(shuō)明的主要步驟。
特性。在該步驟中，大體上預(yù)定義可能;在^待檢查的裝飾二面上的 缺陷的形狀。通過(guò)良好的近似，可以假定缺陷的形狀是圓形或橢圓形， 因?yàn)橐话愕卦撔螤钤从诔练e在裝飾表面上的顏料滴的形成。因此，不 均勻區(qū)域的幾何和尺寸特性包括該區(qū)域的直徑和/半軸。
該方法還包括這樣的步驟定義由預(yù)定函數(shù)表示的數(shù)學(xué)模型，該 預(yù)定函數(shù)確立由尺寸和幾何特性(形狀特性)與待識(shí)別的不均勾區(qū)域 相似的區(qū)域所組成的二維域或子域的各要素和二維對(duì)應(yīng)域 (co-domain)或子對(duì)應(yīng)域(sub-co-domain)的對(duì)應(yīng)要素之間的一致 性或相關(guān)性，其中各要素表示灰色調(diào)的強(qiáng)度值。
確立由幾何尺寸和特性(形狀)與待識(shí)別的不均勻區(qū)域相似的區(qū) 域所組成的二維域或子域的各要素和二維對(duì)應(yīng)域的對(duì)應(yīng)要素(各要素 表示灰色調(diào)的強(qiáng)度值)之間的一致性或相關(guān)性的預(yù)定函數(shù)是可通過(guò)下 面的方式來(lái)表達(dá)的二維高斯函數(shù)
他力士"""^ (ID 其中，3是標(biāo)準(zhǔn)偏差(即，相對(duì)于平均值的距離，在該處該函數(shù) 表現(xiàn)為拐點(diǎn))，X。和h表示該滴的中心的坐標(biāo)。所有的坐標(biāo)都可以以 關(guān)于表面圖像的像素來(lái)表示，在該方法的另一步驟中獲得該表面圖像。
可以i^為該滴的中心的坐標(biāo)為(0， 0)，因此方程(l.l)可以變
成
<formula>formula see original document page 6</formula>
方程(1.2)中的參數(shù)KM/5〖27t)"表示該函數(shù)自身的峰值?？梢约?br> 定參數(shù)K為1到255之間的值。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，值K-255表示該函數(shù)的 最佳值，因?yàn)?，?duì)于該值，該方法相對(duì)于缺陷灰度值基本不變化。
當(dāng)我們假定不均勻區(qū)域或缺陷在形狀上為圓形時(shí)，應(yīng)用公式 (1.2)。
另一方面，如果缺陷在形狀上是橢圓，則與公式(1.2)—起存 在下列系統(tǒng)條件
a =
7
6 =-
2C
一 a S jc S a
廣 2 、
1丄 、fl 乂
jc2 + 6
v乙、
、"乂
(1.3)
其中，D-2a是橢圓的長(zhǎng)軸，2b是其短軸。
該方法還包括這樣的步驟為了獲取待檢查表面的圖像而對(duì)該表 面進(jìn)行探測(cè)?？梢允褂貌噬蚝诎纂娨晹z像機(jī)來(lái)執(zhí)行對(duì)表面的探測(cè)。 通過(guò)預(yù)定大小的區(qū)域或"窗口 ，，來(lái)比較所獲得的圖像與表示數(shù)學(xué)模型的 對(duì)應(yīng)域或子對(duì)應(yīng)域，并識(shí)別兩個(gè)比較對(duì)象之間的差異。針對(duì)每一區(qū)域 或"窗口"，執(zhí)行整體數(shù)字指標(biāo)r的計(jì)算，整體數(shù)字指標(biāo)r表示與數(shù)學(xué) 模型的相關(guān)性值?？梢砸韵铝袔喎e的形式來(lái)執(zhí)行該計(jì)算
(1.4)
式(1.4)表示非歸一化巻積，其中Mi是模型的N個(gè)像素，Ii 是出現(xiàn)在比較窗口中存在的圖像的N個(gè)像素。
當(dāng)對(duì)研究圖像的每一像素都執(zhí)行了相關(guān)性計(jì)算時(shí)，結(jié)果為較大值
的窗口的位置就是將發(fā)現(xiàn)缺陷模型的位置。為了獲得運(yùn)算測(cè)量的穩(wěn)定， 即，為了獲得相對(duì)于圖像的灰度值和相對(duì)于模型的不變性，必須通過(guò)
歸一化r來(lái)修正其計(jì)算<formula>formula see original document page 8</formula>在這種情況下，當(dāng)模型和缺陷相同時(shí)結(jié)果r達(dá)到最大值1,而當(dāng) 它們不相關(guān)時(shí)r變成O。
由此將各整體數(shù)字指標(biāo)與預(yù)定的可接受性閾值相比較。如果數(shù)字 指標(biāo)超過(guò)預(yù)定的可接受性閾值，則可以推斷出對(duì)應(yīng)的比較區(qū)域或窗口 呈現(xiàn)出缺陷。
所述方法提供了重要的優(yōu)點(diǎn)。
首先，由于它基于數(shù)學(xué)模型，因此無(wú)需像已知類型的方法那樣執(zhí) 行經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)置操作，在已知類型的方法中，必須基于實(shí)際存在于樣 本表面上的一定數(shù)量的缺陷來(lái)設(shè)置該模型。
該方法基本上不依賴于表面的類型和再現(xiàn)在表面上的裝飾的類 型。當(dāng)不存在與預(yù)設(shè)置的形狀特性相對(duì)應(yīng)的缺陷時(shí)，整體數(shù)字指標(biāo)r 很低，而在相反的情況下它會(huì)變得顯著。通過(guò)這種方式，可以巧妙地 將實(shí)際的缺陷從錯(cuò)誤識(shí)別的缺陷中分離。另外，通過(guò)設(shè)置缺陷尺寸的 正確的變化域，可以同時(shí)識(shí)別各種缺陷，從而相對(duì)于已知類型的方法 大大增大了該方法的效率。
該方法對(duì)于彩色和黑白圖像都能正確地起作用。
另外的重要優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)置參數(shù)的簡(jiǎn)易性，因?yàn)闉榱双@得缺陷的 高識(shí)別效率，只要設(shè)置缺陷的最小和最大的直徑以及/或者最小和最大 的橢圓度就足夠了。
權(quán)利要求
1. 一種用于識(shí)別表面上的不均勻區(qū)域的方法，其中該方法包括下面的基本步驟定義待識(shí)別的不均勻區(qū)域的主要的幾何和尺寸特性；定義由預(yù)定函數(shù)表示的數(shù)學(xué)模型，該預(yù)定函數(shù)確立由尺寸和幾何特性(形狀)與待識(shí)別的不均勻區(qū)域相似的區(qū)域組成的二維域或子域的要素和二維對(duì)應(yīng)域或子對(duì)應(yīng)域的對(duì)應(yīng)要素之間的一致性或相關(guān)性，其中各要素表示灰色調(diào)的強(qiáng)度值；探測(cè)表面，用以獲取該表面的圖像；通過(guò)預(yù)定尺寸的區(qū)域或“窗口”，將該圖像與表示數(shù)學(xué)模型的對(duì)應(yīng)域或子對(duì)應(yīng)域進(jìn)行比較，并檢測(cè)它們之間的差異；針對(duì)每一區(qū)域或“窗口”，計(jì)算表示與二維對(duì)應(yīng)域或子對(duì)應(yīng)域的要素的相關(guān)性值的整體數(shù)字指標(biāo)，其中各要素表示灰色調(diào)的強(qiáng)度值；將每一整體數(shù)字指標(biāo)與預(yù)定閾值的可接受性值進(jìn)行比較；對(duì)任何超過(guò)預(yù)定閾值的可接受性值的情況發(fā)出通知。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，確立由尺寸和幾何特性 (形狀)與待識(shí)別的不均勻區(qū)域的尺寸和幾何特性相似的區(qū)域組成的二維域或子域的要素和二維對(duì)應(yīng)域的對(duì)應(yīng)要素之間的一致性或相關(guān)性 的預(yù)定函數(shù)是如下所示的二維高斯函數(shù)，其中二維對(duì)應(yīng)域的各要素表 示灰色調(diào)的強(qiáng)度值
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，確立由尺寸和幾何特性 (形狀)與待識(shí)別的不均勻區(qū)域的尺寸和幾何特性相似的區(qū)域組成的二維域或子域的要素和二維對(duì)應(yīng)域的對(duì)應(yīng)要素之間的一致性或相關(guān)性 的預(yù)定函數(shù)由如下所示的系統(tǒng)條件來(lái)表示，其中各要素表示灰色調(diào)的 強(qiáng)度值 <formula>formula see original document page 2</formula> <formula>formula see original document page 3</formula>
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，基于下面的歸一化函數(shù)執(zhí)行針對(duì)每一區(qū)域或"窗口"的對(duì)表示與二維對(duì)應(yīng)域或子對(duì)應(yīng)域的要素 的相關(guān)性值的整體數(shù)字指標(biāo)的計(jì)算，其中各要素表示灰色調(diào)的強(qiáng)度值<formula>formula see original document page 3</formula>
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，假設(shè)參數(shù)K是1至 255之間的值。
全文摘要
一種用于識(shí)別表面上的不均勻區(qū)域的方法，包括定義待識(shí)別的不均勻區(qū)域的主要的幾何和尺寸特性；定義由預(yù)定函數(shù)表示的數(shù)學(xué)模型，該預(yù)定函數(shù)確立由與待識(shí)別的不均勻區(qū)域相似的區(qū)域組成的二維域或子域的要素和二維對(duì)應(yīng)域或子對(duì)應(yīng)域的對(duì)應(yīng)要素之間的一致性或相關(guān)性，其中各要素表示灰色調(diào)的強(qiáng)度值；探測(cè)表面，以獲取該表面的圖像；通過(guò)預(yù)定尺寸的區(qū)域或“窗口”，將該圖像與表示數(shù)學(xué)模型的對(duì)應(yīng)域或子對(duì)應(yīng)域進(jìn)行比較，并檢測(cè)它們之間的差異；針對(duì)每一區(qū)域或“窗口”，計(jì)算表示與二維對(duì)應(yīng)域或子對(duì)應(yīng)域的各要素的相關(guān)性值的整體數(shù)字指標(biāo)；將每一整體數(shù)字指標(biāo)與預(yù)定閾值的可接受性值進(jìn)行比較；對(duì)任何超過(guò)預(yù)定閾值的可接受性值的情況發(fā)出通知。
文檔編號(hào)G06T7/00GK101395635SQ200780007184
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2007年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月21日
發(fā)明者D·蘭普哥納尼, F·斯特凡尼 申請(qǐng)人:系統(tǒng)股份公司