[发明专利]一种瓷砖表面缺陷在线检测装置及方法

权利要求书

1.一种瓷砖表面缺陷在线检测装置及方法，其特征在于，包括底座(1)，底座(1)中间位置安装有用于传送瓷砖的传送带(2)，底座(1)侧边装有龙门架(6)，龙门架(6)侧边内壁底部装有用于感应瓷砖位置的感应开关(4)，龙门架(6)侧边内壁顶部装有光源支架(11)，光源支架(11)上装有用于提供均匀光线的光源(5)，龙门架(6)顶部中间装有升降平台(7)，所述升降平台上装有用于拍摄瓷砖表面图像工业相机(8)，底座(1)外侧安装有用于接收和处理图像的工控机(10)，工控机(10)内部安装有存储器、通讯模块、图像处理单元，龙门架(6)侧边外壁安装有用于显示瓷砖表面缺陷检测结果显示器(9)。

2.根据权利要求1所述的一种瓷砖表面缺陷在线检测装置及方法，其特征在于，光源(5)对称安装于龙门架两侧。

3.根据权利要求1所述的一种瓷砖表面缺陷在线检测装置及方法，其特征在于，工控机(10)安装有可编辑的图像分割算法，用于处理工业相机(8)拍摄的图像。

4.根据权利要求1所述的一种瓷砖表面缺陷在线检测装置及方法，其特征在于，光源(5)优选地采用面光源。

5.根据权利要求1所述的一种瓷砖表面缺陷在线检测装置及方法，其特征在于，升降平台(7)安装有用于驱动相机沿垂直方向滑动的丝杆和为其提供动力的伺服电机。

6.根据权利要求3所述的一种瓷砖表面缺陷在线检测装置及方法，其特征在于，图像分割算法具体包括以下步骤：

(a)考虑瓷砖在传送过程中的位置差异，对于工业相机拍摄的图像，利用直线检测技术识别瓷砖四个角点，采用旋转变换算法将瓷砖角度进行校正；

(b)从校正后的图像中提取瓷砖区域，将彩色图转换为灰度图，并采用对比度拉伸、Gamma校正、直方图均衡等方法对图像进行增强，得到图像T；

(c)构建圆形、长条形、方形滤波器，分别记作G1、G2、G3，分别采用G1、G2、G3对增强后的图像进行滤波操作，得到滤波结果F1、F2、F3，并将其进行相加融合和归一化，得到结果F，F中缺陷区域响应较大、正常区域响应较小；

(d)引入阈值ε对图像F进行初始分割，大于阈值ε的区被判定为缺陷区域，

小于阈值ε的区域被判定为正常区域，得到的初始分割结果记作S；

(e)为了进一步优化检测结果，构建如下图割能量函数：

其中，v为图像T中的体素，L_v为体素v的3×3邻域像素集，u为L_v中的像素，R(v)和B(v,u)分别表示图割能量函数中的区域惩罚项和边界惩罚项，α为权重参数；区域惩罚项R(v)主要用于对单个体素分配标签为“目标”，即“缺陷区域”，或“背景”，即“正常区域”，进行惩罚；R(v)根据步骤(c)和(d)获取的结果F和S计算得到，具体计算公式如下：

R(v)＝β·R₁(v)+(1-β)·R₂(v)

其中，F(v)表示图像F中像素v的值，F(v)值越大，对该像素分配为目标的惩罚越小，且对该像素分配为背景的惩罚越大，β为权重参数，g_v表示像素v的强度值，和γ分别表示根据初始分割结果S计算得到的缺陷区域的强度均值和标准差；边界项B(v,u)用于对相邻像素间的强度不一致进行惩罚，计算公式如下：

其中，D(v,u)表示求像素v和u之间的欧氏距离，N₁表示图像T中的像素数目，g_v和g_u分别表示像素v和u的强度值，|g_v-g_u|表示求g_v和g_u差的绝对值；采用最大流最小割算法优化所构建的能量函数即可得到最终的缺陷分割结果。

7.根据权利要求6所述的一种瓷砖表面缺陷在线检测装置及方法，其特征在于，所述α优选0.4～0.6之间的常数，β优选0.3～0.7之间的常数。