一种基于直线拟合的表面缺陷检测方法及检测系统与流程

1.本发明涉及机器视觉检测技术领域，尤其涉及一种基于直线拟合的表面缺陷检测方法及检测系统。


背景技术：

2.近年来，随着科学技术的发展，各行各业中自动化生产所占的比重不断增长。
3.目前，传统的表面缺陷检测往往采用人工质检的方式进行，这种检测方式不仅时间长，以及需要耗费大量人力财力，而且检测结果容易受质检人员的主观因素影响，从而容易出现漏检和误检的情况。再说，随着生产速度的不断提高，人工质检的方式无法保证在较低成本的情况下逐个检测生产的所有产品，所以传统的人工质检方式已经无法满足现代自动化生产需求，在表面缺陷检测领域中引入机器视觉是具有重大意义。
4.因此，需要对现有技术进行改进。
5.以上信息作为背景信息给出只是为了辅助理解本公开，并没有确定或者承认任意上述内容是否可用作相对于本公开的现有技术。


技术实现要素：

6.本发明提供一种基于直线拟合的表面缺陷检测方法及检测系统，以解决现有技术的不足。
7.为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：
8.第一方面，本发明实施例提供一种基于直线拟合的表面缺陷检测方法，所述方法包括：
9.在产品的表面图像上，沿若干个搜索线方向分别进行采样，得到与若干个所述搜索线方向对应的若干个采样点群；
10.获取每个所述采样点群中每个采样点的灰度值，得到与若干个所述采样点群对应的若干个数据点集；
11.对每个所述数据点集进行直线拟合，得到与若干个所述数据点集对应的若干条基准线；
12.通过每条所述基准线求对应的所述数据点集中每个所述采样点的基准值，并根据所述采样点的灰度值与对应的所述基准值之间的计算结果，确定所述采样点是否为表面缺陷点。
13.进一步地，所述基于直线拟合的表面缺陷检测方法中，所述在产品的表面图像上，沿若干个搜索线方向分别进行采样，得到与若干个所述搜索线方向对应的若干个采样点群的步骤包括：
14.在产品的表面图像上，以x方向、y方向、圆环方向中的任一半径方向确定若干个搜索线方向；
15.沿每个所述搜索线方向,以一定步长进行采样，得到与若干个所述搜索线方向对
应的若干个采样点群。
16.进一步地，所述基于直线拟合的表面缺陷检测方法中，所述对每个所述数据点集进行直线拟合，得到与若干个所述数据点集对应的若干条基准线的步骤包括：
17.对每个所述数据点集进行累计概率霍夫变换，以去除离群点；
18.将每个所述数据点集中剩余的点进行直线拟合，得到与若干个所述数据点集对应的若干条基准线。
19.进一步地，所述基于直线拟合的表面缺陷检测方法中，所述通过每条所述基准线求对应的所述数据点集中每个所述采样点的基准值，并根据所述采样点的灰度值与对应的所述基准值之间的计算结果，确定每个所述采样点是否为表面缺陷的步骤包括：
20.通过每条所述基准线求对应的所述数据点集中每个所述采样点的基准值；
21.若所述采样点的灰度值与对应的所述基准值之间的差值大于凸起阈值，则确定所述采样点为凸起表面缺陷点；
22.若所述采样点的基准值与对应的所述灰度值之间的差值大于凹陷阈值，则确定所述采样点为凹陷表面缺陷点。
23.进一步地，所述基于直线拟合的表面缺陷检测方法中，在所述通过每条所述基准线求对应的所述数据点集中每个所述采样点的基准值，并根据所述采样点的灰度值与对应的所述基准值之间的计算结果，确定所述采样点是否为表面缺陷点的步骤之后，所述方法还包括：
24.将所述表面缺陷点进行合并，以确定对应的表面缺陷类型。
25.第二方面，本发明实施例提供一种基于直线拟合的表面缺陷检测系统，所述系统包括：
26.图像采样模块，用于在产品的表面图像上，沿若干个搜索线方向分别进行采样，得到与若干个所述搜索线方向对应的若干个采样点群；
27.灰度获取模块，用于获取每个所述采样点群中每个采样点的灰度值，得到与若干个所述采样点群对应的若干个数据点集；
28.直线拟合模块，用于对每个所述数据点集进行直线拟合，得到与若干个所述数据点集对应的若干条基准线；
29.计算确定模块，用于通过每条所述基准线求对应的所述数据点集中每个所述采样点的基准值，并根据所述采样点的灰度值与对应的所述基准值之间的计算结果，确定所述采样点是否为表面缺陷点。
30.进一步地，所述基于直线拟合的表面缺陷检测系统中，所述图像采样模块具体用于：
31.在产品的表面图像上，以x方向、y方向、圆环方向中的任一方向确定若干个搜索线方向；
32.沿每个所述搜索线方向,以一定步长进行采样，得到与若干个所述搜索线方向对应的若干个采样点群。
33.进一步地，所述基于直线拟合的表面缺陷检测系统中，所述直线拟合模块具体用于：
34.对每个所述数据点集进行累计概率霍夫变换，以去除离群点；
35.将每个所述数据点集中剩余的点进行直线拟合，得到与若干个所述数据点集对应的若干条基准线。
36.进一步地，所述基于直线拟合的表面缺陷检测系统中，所述计算确定模块具体用于：
37.通过每条所述基准线求对应的所述数据点集中每个所述采样点的基准值；
38.若所述采样点的灰度值与对应的所述基准值之间的差值大于凸起阈值，则确定所述采样点为凸起表面缺陷点；
39.若所述采样点的基准值与对应的所述灰度值之间的差值大于凹陷阈值，则确定所述采样点为凹陷表面缺陷点。
40.进一步地，所述基于直线拟合的表面缺陷检测系统中，所述系统还包括：
41.类型确定模块，用于在所述通过每条所述基准线求对应的所述数据点集中每个所述采样点的基准值，并根据所述采样点的灰度值与对应的所述基准值之间的计算结果，确定所述采样点是否为表面缺陷点的步骤之后，将所述表面缺陷点进行合并，以确定对应的表面缺陷类型。
42.与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
43.本发明实施例提供的一种基于直线拟合的表面缺陷检测方法及检测系统，可以对产品的表面缺陷进行自动检测，不仅有效缩短了人工检测的时间成本，提高了检测效率，而且还避免了人工检测的主观因素，显著提高了检测精度，从而能够满足现代化生产需求，具有较高的市场推广潜力。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
45.图1是本发明实施例一提供的一种基于直线拟合的表面缺陷检测方法的流程示意图；
46.图2是本发明实施例一中直线拟合前后的对比图；
47.图3是本发明实施例二提供的一种基于直线拟合的表面缺陷检测系统的功能模块示意图。
具体实施方式
48.为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
49.在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设
置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。
50.此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。
51.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
52.实施例一
53.有鉴于上述现有的表面缺陷检测技术存在的缺陷，本技术人基于从事该领域多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以希望创设能够解决现有技术中缺陷的技术，使得表面缺陷检测更高效及准确。经过不断的研究、设计，并经过反复试作及改进后，终于创设出确切可行的本发明。
54.请参考图1，图1为本发明实施例一提供的一种基于直线拟合的表面缺陷检测方法的流程示意图，该方法适用于对产品的表面缺陷进行自动检测的场景，该方法由基于直线拟合的表面缺陷检测系统来执行，该装置可以由软件和/或硬件实现，集成于机台或设备的内部。该方法具体包括如下步骤：
55.s101、在产品的表面图像上，沿若干个搜索线方向分别进行采样，得到与若干个所述搜索线方向对应的若干个采样点群。
56.需要说明的是，产品的表面图像是由相机配合镜头、光源等组成的视觉检测装置采集的，其能够将产品的表面缺陷拍出并呈现在图像上，以用作后续对产品的表面缺陷的自动检测的基础。
57.所述搜索线方向的数目不限，设置多个搜索线方向的目的是保证遍历产品的表面图像，以保证不遗漏任何一产品的表面缺陷。
58.优选地，所述步骤s101可进一步细化为如下步骤：
59.在产品的表面图像上，以x方向、y方向、圆环方向中的任一方向确定若干个搜索线方向；
60.沿每个所述搜索线方向,以一定步长进行采样，得到与若干个所述搜索线方向对应的若干个采样点群。
61.需要说明的是，x方向指的是表面图像上的水平横向方向，y方向指的是表面图像上的水平竖向方向，圆环方向指的是表面图像上从外到内以及顺时针方向。无论是以哪个方向确定若干个搜索线方向，最终确定的若干个搜索线方向都需要保证遍历产品的表面图像。
62.s102、获取每个所述采样点群中每个采样点的灰度值，得到与若干个所述采样点群对应的若干个数据点集。
63.需要说明的是，获取灰度值的方式具体是先将表面图像进行二值化，然后再进行采样，这样每个采样点的灰度值是可以直接获取的，或者也可以是在采样之后，对采样点进行二值化，从而得到采样点对应的灰度值。
64.s103、对每个所述数据点集进行直线拟合，得到与若干个所述数据点集对应的若干条基准线。
65.需要说明的是，每个搜索线方向对应有一个采样点群，而每个采样点群又对应需要通过进行直线拟合得到一条基准线。
66.优选地，所述步骤s103可进一步细化为如下步骤：
67.对每个所述数据点集进行累计概率霍夫变换，以去除离群点；
68.将每个所述数据点集中剩余的点进行直线拟合，得到与若干个所述数据点集对应的若干条基准线。
69.需要说明的是，本步骤乃至本方法的核心在于去除离群点。本实施例具体是利用累计概率霍夫变换来去除离群点，以直线拟合得到基准线。霍夫线变换就是根据数据点集的每个像素(x，y)，ρ表示原点到直线的距离，以像素为单位，θ是这条垂直线和水平轴形成的角度。θ的值从0-2π，根据公式(1)获得对应的ρ值,从而获取所有像素在θ-ρ平面的曲线，得到数据点集的每个像素的曲线后，通过计算θ-ρ平面中各交点所在的曲线数量来检测直线。某点相交的曲线越多，意味着该交点所表示的直线具有越多的点，即在图像中直线越长，通过自定义阈值，在某点相交的曲线数量大于该阈值，才认为该点在图像中对应一条直线。
70.ρ＝x.cos(θ)+y.sin(θ)公式(1)
71.累计概率霍夫变换(ppht)算法是标准霍夫变换(sht)算法的一个改进，它在一定的范围内进行霍夫变换，计算单独线段的方向以及范围，从而减少计算量，缩短计算时间,之所以称ppht为“概率”的，是因为并不将累加器平面内的所有可能的点累加，而只是累加其中的一部分，如果峰值足够高，只用一小部分时间去寻找它就可以了，这样可以实质性地减少计算时间。如图2所示，粗线表示的采样点集线的凸起和凹陷都是缺陷点，在通过累计概率霍夫变换后，可以去除掉缺陷点，然后只要拟合剩余的点就可以得到基准线。
72.s104、通过每条所述基准线求对应的所述数据点集中每个所述采样点的基准值，并根据所述采样点的灰度值与对应的所述基准值之间的计算结果，确定所述采样点是否为表面缺陷点。
73.需要说明的是，所述数据点集中每个所述采样点都需要将各自对应的灰度值与其所在的数据点集对应的基准线进行差别计算，以确定哪些采样点为表面缺陷点。
74.优选地，所述步骤s104可进一步细化为如下步骤：
75.通过每条所述基准线求对应的所述数据点集中每个所述采样点的基准值；
76.若所述采样点的灰度值与对应的所述基准值之间的差值大于凸起阈值，则确定所述采样点为凸起表面缺陷点；
77.若所述采样点的基准值与对应的所述灰度值之间的差值大于凹陷阈值，则确定所述采样点为凹陷表面缺陷点。
78.需要说明的是，所述凸起阈值、凹陷阈值均为技术人员通过经验设定，该经验是基于具体的实验结果得到的，可以是任意数值。
79.若基准值-灰度值》凹陷阈值，则该采样点确定为凹陷表面缺陷点；若灰度值-基准值》凸起阈值，则该采样点确定为凸起表面缺陷点，具体计算公式如下：
80.设当前点位置为{x,y}，设定p(x,y)为当前点的灰度值，d(x,y)为{x,y}的值，k表示当前搜索线的基准线斜率，b表示当前搜索线的基准线斜率常数项(截距)，σ为凸起阈值，凹陷阈值，则判断其是否为缺陷的公式为：
[0081][0082]
优选地，在所述步骤s104之后，所述方法还可进一步包括如下步骤：
[0083]
在所述通过每条所述基准线求对应的所述数据点集中每个所述采样点的基准值，并根据所述采样点的灰度值与对应的所述基准值之间的计算结果，确定所述采样点是否为表面缺陷点的步骤之后，所述方法还包括：
[0084]
将所述表面缺陷点进行合并，以确定对应的表面缺陷类型。
[0085]
需要说明的是，在s104步骤中确定为凹陷表面缺陷点的采样点和/或确定为凸起表面缺陷点的采样点都需要进一步确定其属于哪种表面缺陷类型，本实施例首先要对这些缺陷点进行合并以及初步过滤，然后计算出所有的连通区域，接着设置筛选的特征(，比如面积、长度、外接矩形、长宽比等)，并设置合适的范围，从而检测得到符合筛选条件相应的缺陷以及判断对应的缺陷类型。
[0086]
本发明实施例提供的一种基于直线拟合的表面缺陷检测方法，可以对产品的表面缺陷进行自动检测，不仅有效缩短了人工检测的时间成本，提高了检测效率，而且还避免了人工检测的主观因素，显著提高了检测精度，从而能够满足现代化生产需求，具有较高的市场推广潜力。
[0087]
实施例二
[0088]
请参考图3，图3为本发明实施例二提供的一种基于直线拟合的表面缺陷检测系统的功能模块示意图，该系统适用于执行本发明实施例提供的基于直线拟合的表面缺陷检测方法。该系统具体包含如下模块：
[0089]
图像采样模块201，用于在产品的表面图像上，沿若干个搜索线方向分别进行采样，得到与若干个所述搜索线方向对应的若干个采样点群；
[0090]
灰度获取模块202，用于获取每个所述采样点群中每个采样点的灰度值，得到与若干个所述采样点群对应的若干个数据点集；
[0091]
直线拟合模块203，用于对每个所述数据点集进行直线拟合，得到与若干个所述数据点集对应的若干条基准线；
[0092]
计算确定模块204，用于通过每条所述基准线求对应的所述数据点集中每个所述采样点的基准值，并根据所述采样点的灰度值与对应的所述基准值之间的计算结果，确定所述采样点是否为表面缺陷点。
[0093]
优选地，所述图像采样模块201具体用于：
[0094]
在产品的表面图像上，以x方向、y方向、圆环方向中的任一方向确定若干个搜索线方向；
[0095]
沿每个所述搜索线方向,以一定步长进行采样，得到与若干个所述搜索线方向对应的若干个采样点群。
[0096]
优选地，所述直线拟合模块203具体用于：
[0097]
对每个所述数据点集进行累计概率霍夫变换，以去除离群点；
[0098]
将每个所述数据点集中剩余的点进行直线拟合，得到与若干个所述数据点集对应的若干条基准线。
[0099]
优选地，所述计算确定模块204具体用于：
[0100]
通过每条所述基准线求对应的所述数据点集中每个所述采样点的基准值；
[0101]
若所述采样点的灰度值与对应的所述基准值之间的差值大于凸起阈值，则确定所述采样点为凸起表面缺陷点；
[0102]
若所述采样点的基准值与对应的所述灰度值之间的差值大于凹陷阈值，则确定所述采样点为凹陷表面缺陷点。
[0103]
优选地，所述系统还包括：
[0104]
类型确定模块，用于在所述通过每条所述基准线求对应的所述数据点集中每个所述采样点的基准值，并根据所述采样点的灰度值与对应的所述基准值之间的计算结果，确定所述采样点是否为表面缺陷点的步骤之后，将所述表面缺陷点进行合并，以确定对应的表面缺陷类型。
[0105]
尽管本文中较多的使用了图像采样模块，灰度获取模块，直线拟合模块，计算确定模块等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
[0106]
上述系统可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果，即：
[0107]
本发明实施例提供的一种基于直线拟合的表面缺陷检测系统，可以对产品的表面缺陷进行自动检测，不仅有效缩短了人工检测的时间成本，提高了检测效率，而且还避免了人工检测的主观因素，显著提高了检测精度，从而能够满足现代化生产需求，具有较高的市场推广潜力。
[0108]
至此，以说明和描述的目的提供上述实施例的描述。不意指穷举或者限制本公开。特定的实施例的单独元件或者特征通常不受到特定的实施例的限制，但是在适用时，即使没有具体地示出或者描述，其可以互换和用于选定的实施例。在许多方面，相同的元件或者特征也可以改变。这种变化不被认为是偏离本公开，并且所有的这种修改意指为包括在本公开的范围内。
[0109]
提供示例实施例，从而本公开将变得透彻，并且将会完全地将该范围传达至本领域内技术人员。为了透彻理解本公开的实施例，阐明了众多细节，诸如特定零件、装置和方法的示例。显然，对于本领域内技术人员，不需要使用特定的细节，示例实施例可以以许多不同的形式实施，而且两者都不应当解释为限制本公开的范围。在某些示例实施例中，不对公知的工序、公知的装置结构和公知的技术进行详细地描述。
[0110]
在此，仅为了描述特定的示例实施例的目的使用专业词汇，并且不是意指为限制的目的。除非上下文清楚地作出相反的表示，在此使用的单数形式“一个”和“该”可以意指为也包括复数形式。术语“包括”和“具有”是包括在内的意思，并且因此指定存在所声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或额外地具有一个或以上的其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。除非明确地指示了执行的次序，在此描述
的该方法步骤、处理和操作不解释为一定需要按照所论述和示出的特定的次序执行。还应当理解的是，可以采用附加的或者可选择的步骤。
[0111]
当元件或者层称为是“在
……
上”、“与
……
接合”、“连接到”或者“联接到”另一个元件或层，其可以是直接在另一个元件或者层上、与另一个元件或层接合、连接到或者联接到另一个元件或层，也可以存在介于其间的元件或者层。与此相反，当元件或层称为是“直接在
……
上”、“与
……
直接接合”、“直接连接到”或者“直接联接到”另一个元件或层，则可能不存在介于其间的元件或者层。其他用于描述元件关系的词应当以类似的方式解释(例如，“在
……
之间”和“直接在
……
之间”、“相邻”和“直接相邻”等)。在此使用的术语“和/或”包括该相关联的所罗列的项目的一个或以上的任一和所有的组合。虽然此处可能使用了术语第一、第二、第三等以描述各种的元件、组件、区域、层和/或部分，这些元件、组件、区域、层和/或部分不受到这些术语的限制。这些术语可以只用于将一个元件、组件、区域或部分与另一个元件、组件、区域或部分区分。除非由上下文清楚地表示，在此使用诸如术语“第一”、“第二”及其他数值的术语不意味序列或者次序。因此，在下方论述的第一元件、组件、区域、层或者部分可以采用第二元件、组件、区域、层或者部分的术语而不脱离该示例实施例的教导。
[0112]
空间的相对术语，诸如“内”、“外”、“在下面”、“在
……
的下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，在此可出于便于描述的目的使用，以描述如图中所示的一个元件或者特征和另外一个或多个元件或者特征之间的关系。空间的相对术语可以意指包含除该图描绘的取向之外该装置的不同的取向。例如如果翻转该图中的装置，则描述为“在其他元件或者特征的下方”或者“在元件或者特征的下面”的元件将取向为“在其他元件或者特征的上方”。因此，示例术语“在
……
的下方”可以包含朝上和朝下的两种取向。该装置可以以其他方式取向(旋转90度或者其他取向)并且以此处的空间的相对描述解释。