冷軋帶鋼表面缺陷圖像檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、冷軋帶鋼表面缺陷檢測(cè)技術(shù)是鋼鐵企業(yè)提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，改進(jìn)生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，傳統(tǒng)的表面缺陷檢測(cè)技術(shù)正逐漸被淘汰，取而代之的是基于機(jī)器視覺的表面缺陷檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)成為帶鋼表面缺陷檢測(cè)的主流技術(shù)。在20世紀(jì)末，歐美一些發(fā)達(dá)國家相繼研究成功了基于機(jī)器視覺的表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)。我國對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研究由于受到表面缺陷檢測(cè)速度、圖像處理速度等方面因素的制約，到目前為止尚無成功應(yīng)用的系統(tǒng)，這在一定程度上影響了我國冷軋帶鋼產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力

2、，不利于提高帶鋼產(chǎn)品的附加值。
　　在機(jī)器視覺表面缺陷檢測(cè)技術(shù)中圖像處理算法繁多且復(fù)雜，而且當(dāng)采用專用ASIC芯片或通用微處理器實(shí)現(xiàn)圖像處理系統(tǒng)時(shí)，存在著靈活性和處理效率相互制約的問題。采用專用ASIC電路可以高速、可靠的實(shí)現(xiàn)圖像處理，但是這種專用電路靈活性差，開發(fā)周期長，芯片設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。通用微處理器（如計(jì)算機(jī)、DSP等）可以靈活的實(shí)現(xiàn)不同的圖像處理算法，但是這種實(shí)現(xiàn)方法受到其處理器架構(gòu)的制約，在實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用中，多采用并行

3、處理器陣列來實(shí)現(xiàn)，使得系統(tǒng)龐大、價(jià)格昂貴、維護(hù)復(fù)雜。針對(duì)這些問題，本文研究了基于FPGA硬件平臺(tái)的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)，以及多IP核的圖像并行處理技術(shù)，使得系統(tǒng)以較少的硬件資源實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的功能，在提高系統(tǒng)執(zhí)行速度的同時(shí)降低成本。
　　分析了表面缺陷圖像噪聲來源及類型，在研究了基于偏微分方程圖像去噪模型的基礎(chǔ)上，選擇了能夠滿足對(duì)比不變性和仿射不變性條件的AMSS(Affine Morphological Scale Space)方程對(duì)表

4、面缺陷圖像進(jìn)行濾波處理，有效地去除缺陷圖像中的噪聲信息。采用有限差分法求解AMSS方程，并且分析了迭代步長和尺度參數(shù)對(duì)濾波效果的影響，改進(jìn)了對(duì)稱交叉熵的定義形式，提出了基于改進(jìn)對(duì)稱交叉熵的迭代停止準(zhǔn)則，避免了依靠人為觀察濾波結(jié)果，選擇濾波尺度參數(shù)的問題，拓寬了基于AMSS方程圖像濾波方法的應(yīng)用領(lǐng)域，改善了表面缺陷圖像預(yù)處理的效果。
　　冷軋帶鋼表面缺陷由于受到帶鋼材質(zhì)以及缺陷形成機(jī)理的影響，在缺陷與正常帶鋼之間普遍存在著過渡區(qū)域，

5、同時(shí)該區(qū)域有助于識(shí)別帶鋼表面缺陷的類型，因而提出了基于過渡區(qū)的局部閾值圖像分割方法。該方法充分利用了缺陷的過渡區(qū)信息，克服了局部閾值分割方法中子圖像大小影響圖像分割效果的問題，提高了缺陷分割的準(zhǔn)確性和完整性。提取了缺陷的灰度特征、基于灰度共生矩陣的紋理特征和不變矩特征，采用核主成分分析的方法對(duì)缺陷同種特征進(jìn)行抽取，降低了缺陷同種特征之間的相關(guān)性。基于信息融合理論，將缺陷特征組合，采用偏最小二乘法分析組合特征，降低組合特征中相同缺陷不同種

6、類特征之間的相關(guān)性，使得組合特征能夠更加準(zhǔn)確、有效的描述缺陷。
　　研究了支持向量機(jī)分類理論，分析了基于支持向量機(jī)的多類分類方法，將一類支持向量機(jī)多類分類的方法與不確定性理論相結(jié)合，設(shè)計(jì)了缺陷分類器并進(jìn)行了分類實(shí)驗(yàn)，在有限樣本的情況下，采用不同特征組合，使分類的準(zhǔn)確率最高達(dá)到95％。研制了可重構(gòu)圖像并行處理系統(tǒng)，并且在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了表面缺陷圖像的預(yù)處理和分割算法，提高了圖像處理算法的運(yùn)算速度，使得圖像處理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理速度可以達(dá)到3