本發(fā)明涉及噴槍噴漆量均勻度檢測方法。

背景技術(shù)：

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)經(jīng)過四十多年的發(fā)展已經(jīng)深入到了社會(huì)中的各個(gè)領(lǐng)域，在機(jī)器人，醫(yī)療，冶金，采礦，交通監(jiān)控等領(lǐng)域都已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。噴槍噴霧的形狀如圖1所示，為一關(guān)于噴嘴中軸線對稱的扇形。噴漆噴霧特性的好壞在很大程度上決定了噴漆質(zhì)量的好壞。

噴槍噴霧的效果如圖1所示。目前在噴槍噴漆量均勻度檢測的問題上，主要有兩種方法。第一種方法是人工目測法，具體的實(shí)施方法是噴漆工人在被噴工件上做噴漆實(shí)驗(yàn)，然后通過人眼目測的方法來目測均勻度的好壞。這種方法的缺點(diǎn)在于：(1)對于噴漆工人的要求高。只有經(jīng)過長時(shí)間的噴漆工作的訓(xùn)練具備了豐富的噴漆經(jīng)驗(yàn)才能在噴漆準(zhǔn)確的判斷出噴漆量均勻度的好壞。(2)該方法為一種定性的測量方法，具有很高的不確定性，沒有具體的判斷標(biāo)準(zhǔn)。不同的噴漆工人對于噴漆量均勻度好壞的判斷標(biāo)準(zhǔn)可能有所不同，沒有辦法定量化，造成了一定的隨機(jī)性。第二種方法是激光粒度儀測量法。該方法使用了一種叫做激光粒度儀的儀器。該方法可以檢測到噴漆噴霧中每一個(gè)霧滴的信息，然后在進(jìn)行均勻度的判斷。這種方法的缺點(diǎn)在于(1)激光粒度儀價(jià)格昂貴。對于噴漆量均勻度的測量這種小的工藝環(huán)節(jié)來說成本高昂。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)成本高昂和具有不確定性的問題，而提出的一種基于計(jì)算機(jī)視覺的噴槍噴漆量均勻度檢測方法。

一種基于計(jì)算機(jī)視覺的噴槍噴漆量均勻度檢測方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一：噴槍噴霧扇面檢測；

步驟一一：攝像機(jī)采集一幅圖像,調(diào)節(jié)攝像機(jī)、噴槍與背景之間的距離；

步驟一二：對圖像進(jìn)行預(yù)處理；

步驟一三：對預(yù)處理后的圖像進(jìn)行二值化處理；

步驟一四：運(yùn)用累積概率霍夫變換提取出扇面邊緣直線所在像素位置，計(jì)算兩條直線夾角；

步驟一五：以檢測出來的兩條直線的終點(diǎn)的連線將區(qū)域封閉作為噴漆區(qū)域，標(biāo)記噴霧區(qū)域內(nèi)的像素點(diǎn)；

步驟一六：標(biāo)記出圖像中包含噴霧區(qū)域像素點(diǎn)的每一行，記為ya,ya+1......yb-1,yb；對于yi,i＝a,a+1…b-1,b，標(biāo)記yi行內(nèi)的噴霧區(qū)域內(nèi)的像素點(diǎn)記為(xk,yi),(xk+1,yi)…(xl-1,yi),(xl,yi)并記錄每一行中像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)l-k；第yi行的標(biāo)記點(diǎn)(xk,yi),(xk+1,yi)…(xl-1,yi),(xl,yi)的像素值分別為p(k,i),p(k+1,i)…p(l-1,i),p(l,i)。

步驟二：噴槍噴霧均勻性分析；

步驟二一：對進(jìn)行過預(yù)處理后的灰度圖像進(jìn)行分析；

步驟二二：通過標(biāo)記的噴霧區(qū)域內(nèi)每一行的像素值的大小來描述均勻度；

步驟二三：通過特征樣本數(shù)據(jù)畫出直方圖與均勻分布概率模型作比較判斷均勻性。

發(fā)明效果：

激光粒度儀的檢測精確到了每一個(gè)霧滴大小，在提高精度的同時(shí)帶來了大量的數(shù)據(jù)計(jì)算量，增加了數(shù)據(jù)處理的難度，對于實(shí)時(shí)在線測量難以保證。本發(fā)明采用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)來進(jìn)行噴漆量均勻度的檢測。通過對于攝像機(jī)采回的噴漆噴霧的圖像信息來分析噴漆量均勻度的好壞。本發(fā)明給出了定量描述噴漆量均勻度的方法。同時(shí)所需成本較低，只需要一個(gè)攝像機(jī)即可實(shí)現(xiàn)，成本低廉。

1、將計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)運(yùn)用到噴槍噴漆量檢測的問題上，充分利用了圖像中的信息，開辟了計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用的新領(lǐng)域。

2、本發(fā)明解決了人工目測方法的不確定性過高的問題，降低了對于噴漆工人的要求，提高了自動(dòng)化的程度。

3、本發(fā)明具有快速性、實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，檢測時(shí)間在20ms以內(nèi)。

4、本發(fā)明具有成本較低，適合在此小的工藝環(huán)節(jié)使用的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為噴槍噴霧視覺效果圖；

圖2為檢測裝置示意圖；

圖3為扇面檢測程序流程圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：如圖3所示，一種基于計(jì)算機(jī)視覺的噴槍噴漆量均勻度檢測方法包括以下步驟：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于計(jì)算機(jī)視覺的檢測方法。在攝像機(jī)采集到圖像以后，對圖像進(jìn)行處理，先檢測出圖像中噴槍噴出的噴霧所在的區(qū)域，然后對于該區(qū)域的像素信息進(jìn)行分析進(jìn)行均勻度信息的判斷。

本發(fā)明的檢測裝置圖如圖2所示。其特征為：

1、使用紅色led與凹透鏡作為輔助光源，輔助光源應(yīng)該保證能在1米的范圍內(nèi)完全照亮噴槍的扇面。

2、噴槍后放置白色背景布，背景布大小應(yīng)該保證在距離噴槍扇面2米的范圍外可以全部占據(jù)工業(yè)相機(jī)視野。

3、工業(yè)相機(jī)1與背景布3位于噴槍的兩側(cè)，相機(jī)1與光源位于同一水平面。

4、采用兩組輔助光源2，且兩組光源關(guān)于相機(jī)1對稱。

5、扇面采集圖像應(yīng)滿足背景布占滿整個(gè)圖像，且在輔助光源2的照射下，扇面肉眼可見明顯特征。

6、圖像檢測裝置鏡頭的中軸線垂直于白色背景并且鏡頭與噴槍噴嘴位于同一條直線上。噴漆噴霧產(chǎn)生的扇面4與背景基本平行。

步驟一：噴槍噴霧扇面檢測；

步驟一一：攝像機(jī)采集一幅圖像,調(diào)節(jié)攝像機(jī)、噴槍與背景之間的距離；

步驟一二：對圖像進(jìn)行預(yù)處理；

步驟一三：對預(yù)處理后的圖像進(jìn)行二值化處理；

步驟一四：運(yùn)用累積概率霍夫變換提取出扇面邊緣直線所在像素位置，計(jì)算兩條直線夾角；

步驟一五：以檢測出來的兩條直線的終點(diǎn)的連線將區(qū)域封閉作為噴漆區(qū)域，標(biāo)記噴霧區(qū)域內(nèi)的像素點(diǎn)；

步驟一六：標(biāo)記出圖像中包含噴霧區(qū)域像素點(diǎn)的每一行，記為ya,ya+1......yb-1,yb；對于yi,i＝a,a+1…b-1,b，標(biāo)記yi行內(nèi)的噴霧區(qū)域內(nèi)的像素點(diǎn)記為(xk,yi),(xk+1,yi)…(xl-1,yi),(xl,yi)并記錄每一行中像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)l-k；對第yi行的標(biāo)記點(diǎn)(xk,yi),(xk+1,yi)…(xl-1,yi),(xl,yi)，記這些像素點(diǎn)的像素值分別為p(k,i),p(k+1,i)…p(l-1,i),p(l,i)；其中分別為噴霧區(qū)域第i行中最左邊和最右邊像素的橫坐標(biāo)；

步驟二：噴槍噴霧均勻性分析；

步驟二一：對進(jìn)行過預(yù)處理后的灰度圖像進(jìn)行分析；

步驟二二：通過標(biāo)記的噴霧區(qū)域內(nèi)每一行的像素值的大小來描述均勻度；

步驟二三：通過特征樣本數(shù)據(jù)畫出直方圖與均勻分布概率模型作比較判斷均勻性。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：所述步驟一一中調(diào)節(jié)攝像機(jī)、噴槍與背景之間的距離具體為：

使整個(gè)噴漆噴霧區(qū)域都處在圖像內(nèi)且噴漆噴霧區(qū)域占整幅圖像的比例大于等于50％并小于等于80％。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二不同的是：所述步驟一二中對于圖像進(jìn)行預(yù)處理具體過程為：

對采集的圖像進(jìn)行灰度變換和中值濾波的操作，灰度變換將原rgb彩色圖像通過rgb空間到y(tǒng)uv空間轉(zhuǎn)換的方法得到灰度圖，中值濾波抑制圖像中的噪聲；其中r為紅色子像素，g為綠色子像素，b為藍(lán)色子像素。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是：所述步驟一三中對于預(yù)處理后的圖像進(jìn)行二值化處理具體為：

采用最大類間差法進(jìn)行二值化閾值的選取。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至三之一相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一不同的是：所述步驟二一中對進(jìn)行過預(yù)處理后的灰度圖像進(jìn)行分析具體為：

采用灰度信息描述像素點(diǎn)的噴漆量。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至四之一相同。

具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至五之一不同的是：所述步驟二二中通過標(biāo)記的噴霧區(qū)域內(nèi)每一行的像素值的大小來描述均勻度具體為：

通過對目標(biāo)區(qū)域像素點(diǎn)灰度信息的分析得到樣本數(shù)據(jù)描述落在工件在噴槍不移動(dòng)的靜態(tài)情況下的噴漆量；

采用以下公式計(jì)算圖像中每一行像素所代表的噴漆量：

其中所述p(n,i)代表圖像噴霧區(qū)域中第i行第n個(gè)像素點(diǎn)像素值，其中mi代表圖像噴霧區(qū)域中每一行像素所代表的噴漆量。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至五之一相同。

實(shí)施例一：

本實(shí)施例使用的工業(yè)攝像機(jī)型號為mv-vdm小型高速工業(yè)攝像機(jī)，其分辨率為640*480，足以滿足本實(shí)施例的需求。使用的噴漆噴槍型號為德國sata4000b噴漆槍。實(shí)施例使用紅色led與凹透鏡作為輔助光源2，輔助光源應(yīng)該保證能在1米的范圍內(nèi)完全照亮噴槍的扇面4。噴槍后放置白色背景布3，背景布大小應(yīng)該保證在距離噴槍扇面2米的范圍外可以全部占據(jù)工業(yè)相機(jī)1視野。工業(yè)相機(jī)1與背景布3位于噴槍的兩側(cè)，相機(jī)1與光源2位于同一水平面。采用兩組輔助光源，且兩組光源關(guān)于相機(jī)對稱。扇面采集圖像應(yīng)滿足背景布占滿整個(gè)圖像，且在輔助光源的照射下，扇面肉眼可見明顯特征。采集回的圖像通過usb口傳輸給pc機(jī)處理。

本實(shí)施例采用的具體技術(shù)方案是：在測量時(shí)采用白色背景。在進(jìn)行第一步噴漆噴霧扇面形狀檢測時(shí)，利用圖像采集裝置來獲得數(shù)字圖像，利用圖像算法對采集到的數(shù)字圖像進(jìn)行灰度化，中值濾波，二值化的預(yù)處理得到整個(gè)噴漆噴霧區(qū)域并記錄區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)的坐標(biāo)信息。然后利用hough變換檢測出噴漆噴霧扇面的兩條邊界線來確定出噴漆噴霧區(qū)域的兩條邊界線同時(shí)得到兩條直線的交點(diǎn)也就是噴槍噴嘴在圖像中的位置信息。在進(jìn)行第二步噴漆量均勻度分析時(shí)，對經(jīng)過預(yù)處理后的原圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換，將原來的彩色圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖。再對灰度圖翻轉(zhuǎn)處理。過標(biāo)記的噴霧區(qū)域內(nèi)每一行的像素值的大小來描述均勻度。通過對目標(biāo)區(qū)域像素點(diǎn)灰度信息的分析得到樣本數(shù)據(jù)來描述落在工件在此噴槍不移動(dòng)的靜態(tài)情況下一段時(shí)間內(nèi)的噴漆量的多少。

預(yù)處理操作的具體操作方法如下：

中值濾波法是一種非線性平滑技術(shù),它將每一像素點(diǎn)的灰度值設(shè)置為該點(diǎn)某鄰域窗口內(nèi)的所有像素點(diǎn)灰度值的中值。常用于用來保護(hù)邊緣信息,是經(jīng)典的平滑噪聲的方法。采集來的圖像樣本首先要進(jìn)行中值濾波,去除噪聲。

在進(jìn)行圖像的灰度變換時(shí)，采用的方法是將攝像機(jī)采集到得rgb圖像轉(zhuǎn)換為yuv空間的圖像，將圖像的亮度信息和色度信息分開，以便于下一步的處理。rgb空間的圖像與yuv空間圖像的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

取yuv三通道信息中得y通道信息作為圖像的灰度信息將原來的三通道彩色圖轉(zhuǎn)換為單通道的灰度圖。

在進(jìn)行圖像二值化處理的時(shí)候采用了最大類間方差法?；舅枷胧鞘褂靡粋€(gè)閾值將整個(gè)圖像分為黑色和白色兩部分，假如兩個(gè)類之間的方差最大，則這個(gè)閾值為最佳的閾值。

假設(shè)t為圖像前景與背景的分割閾值，將灰度級[1,l]分割成[1,t-1]和[t,l]。前景點(diǎn)數(shù)占圖像比例為ω0，平均灰度為u0，背景點(diǎn)數(shù)占圖像比例為ω1，

平均灰度為u1，則圖像的總平均灰度為u＝ω0·u0+ω1·u1。前景與背景圖像的方差為：var＝ω0(u0-u)²+ω1(u1-u)²＝ω0ω1(u0-u1)²。取在方差最大時(shí)的值為閾值得到的二值圖像即是最大類間方差法所描述的二值方法。用累積概率霍夫變換提取出扇面邊緣直線所在像素位置，計(jì)算兩條直線夾角。

均勻度分析階段：

由于采用的白色背景，本方案實(shí)質(zhì)上是采取了噴霧區(qū)域像素信息與背景圖像的差值來描述像素點(diǎn)內(nèi)漆量的多少。在實(shí)際的灰度圖像中，黑色代表亮度最低，其像素值為0，白色代表亮度最高，其值為像素值的最大值，如8位灰度圖像的最大值為255。在本方法中，采用實(shí)際像素值與白色的差值用來計(jì)算，為了計(jì)算方便，將圖像中的像素值進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。具體做法為：

設(shè)圖像中的任意一個(gè)像素點(diǎn)為(xi,yi)的像素值為pi，則翻轉(zhuǎn)后的像素值p′i＝2ⁿ-1-pi，其中n表示灰度圖像的位數(shù)，對于常用的8位灰度圖像來說，p′i＝2⁸-1-pi＝255-pi。一幅圖像中的像素值能更好的代表噴漆量的信息。

由于噴槍噴嘴與在攝像機(jī)鏡頭中軸線上，攝像機(jī)水平放置，所以噴漆扇面的頂角角平分線在圖像中顯示為一條水平直線。在上一步檢測中得到噴漆位置以后，很容易在圖像中確定角平分線的位置。

在進(jìn)行噴漆量樣本的統(tǒng)計(jì)時(shí)，標(biāo)記出圖像中包含噴霧區(qū)域像素點(diǎn)的每一行，記為ya,ya+1......yb-1,yb。對于

yi,i＝a,a+1…b-1,b，標(biāo)記yi行內(nèi)的噴霧區(qū)域內(nèi)的像素點(diǎn)記為(xk,yi),(xk+1,yi)…(xl-1,yi),(xl,yi)并記錄每一行中像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)l-k。對第yi行的標(biāo)記的點(diǎn)(xk,yi),(xk+1,yi)…(xl-1,yi),(xl,yi)，記這些像素點(diǎn)的像素值分別為p(k,i),p(k+1,i)…p(l-1,i),p(l,i),則第yi行的噴漆量可用像素值信息表示為：

再對得到的mi按照得到平均化后的m′i作為第yi行噴漆量的最終描述數(shù)據(jù)。

最后，以圖像的y軸作為橫坐標(biāo)軸，畫出關(guān)于y的直方圖。若符合m′i均勻分布的模型，則認(rèn)為均勻。