５８ 基于机器视觉的产品瑕疵识别系统设计 基于机器视觉的产品瑕疵识别系统设计 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｄｅｆｅｃｔｓ Ｄｅｔｅｃｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｖｉｓｉｏｎ 张济民 张义伟 （中国电子科技集团公司第４１研究所，安徽蚌埠２３３０１０） 摘 要 分析了机器视觉技术发展现状及未来趋势，设计了一种基于机器视觉技术的产品瑕疵识别系统，通过图像采集模块采 集待检产品视觉图像，通过专用控制器对图像进行处理，最终识别出瑕疵产品。 关键词：机器视觉技术，专用控制器，图像采集模块，人机界面，图像处理 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｔｒｅｎｄｓ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｅ ｖｉｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔ ｆａｕｌｔ ｄｅｔｅｃｔ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｆｉｒｓｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｌｌｅｃｔ ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｍａｇｅ ｂｙ ｉｍａｇｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ，ｔｈｅｎ ｐｒｏ— ｔｅｓｓ ｃｏｌｌｅｃｔ ｉｍａｇｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｐｅｃｉａｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｆｉｎａｌｌｙ ｉｄｅｎｔｉｆｙ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｏｆ ｄｅｆｅｃｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｃｈｉｎｅ ｖｉｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｓｐｅｃｉａｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｉｍａｇｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ，ＨＭＩ，ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ 基于机器视觉的产品瑕疵识别技术是指通过图像传感器采 集待检产品视觉图像，通过图像处理技术对图像进行处理、提取 目标特征，最终判别产品是否存在瑕疵。本文就这一技术的实现 进行论述，通过图像采集模块进行图像采集，通过专用控制器进 行图像处理及外围设备控制，具有很高的集成度及处理性能，特 别适用于一些高速运行的生产场合。 １ 系统原理 采集模块负责通过工业相机采集待检产品的图像并进行初步处 理后传送给控制器。控制器通过图像处理技术对图像采集模块 采集的图像数据进行处理并判断是否存在瑕疵。 ２．１控制器 为了满足图像处理对系统的高性能需求，本设计选用了带 有双核处理器的计算机核心模块，搭配自主研发的接口板。计算 机核心模块用于操作系统以及上位机软件的运行，采用符合国 际标准的模块，有多种配置及多个厂家的模块可供选择。接口板 用于计算机核心模块的外围扩展，主要包括单片机、输入信号采 集电路、输出信号控制电路、光源控制电路、图像采集模块通讯 接口等。单片机负责执行上位机软件的控制命令，包括通过输入 信号采集电路采集机器同步信号、通过输出信号控制电路输出 本系统的原理框图如图１所示 １］，光照系统是整个系统性 能稳定的重要保障，负责以合适的方式将光线投射到检测目标 上，尽可能地突出检测目标的特征量部分，使需要检测的部分与 那些不重要部分之间尽可能地产生明显的区别，增加足够的对 比度；光学镜头是整个系统与检测目标接触最近的部件，它相当 于人眼的晶状体，通过它将检测目标的图像成在图像传感器的 像敏单元上，根据检测目标的不同需要选择不同焦距的镜头；图 剔除信号等；图像采集模块通讯接口用于连接图像采集模块，单 片机通过该接口控制图像采集模块内的工业相机在指定时间拍 照，工业相机通过该接口将拍摄的图像传送给控制器内的计算 机核心模块；光源控制电路控制光源的开关，只在系统拍照时才 像采集过程是图像采集设备通过其自带的图像传感器采集检测 目标的图像，经过初步处理后传送给图像处理设备；图像处理过 程是通过图像处理算法对系统采集的图像进行灰度化、二值化 等处理并计算出目标的像素数，为后续瑕疵判别提供依据；瑕疵 打开光源，其它时间关闭光源，从而保证光源的稳定性；操作者 可以通过液晶屏查看系统运行的相关信息，并通过触摸屏设置 判别过程是将图像处理过程得到的目标像素数与用户设定的基 准进行比较判别出目标是否属于瑕疵品；最后，系统根据判别结 果输出剔除信号或直接控制执行机构对瑕疵品进行剔除等处 理；另外，系统可以对判别结果等信息进行统计分析，为用户提 供辅助功能；用户可以通过触摸屏等人机接口对判别基准值等 参数进行设定。 系统的相关参数。 ２．２图像采集模块 为了提高系统稳定性及现场安装调试效率，本系统设计了 一体化的图像采集模块。将光照系统、光学镜头、工业相机、安装 结构件全部安装在封闭的壳体内部，壳体上带有透明窗，现场安 装时只需要将壳体上的透明窗对准检测目标。采用封闭的壳体 可以保证光学镜头的清洁及避免外界光线的干扰。工业相机及 光照系统通过安装结构件固定在壳体内部，其角度可在现场安 装时根据需要进行调节。将工业相机ＵＳＢ通讯电缆、光照系统 电源电缆、工业相机触发信号电缆集成到同一电缆中，现场安装 时只需要连接一条电缆即可，大幅度提高现场安装调试的效率。 ３软件设计 ３．１人机界面部分 人机界面设计的基本原则包括：界面条理清晰、完善明了、 图１ 系统原理框图 协调一致、操作简单方便。为了更好的达到这一要求，本系统采 用了带触摸屏的液晶显示器，根据功能、使用频率的不同将人机 界面分成多个子界面，如“启动”、“工作”、“阈值设置”等，每个子 ２硬件设计 本系统的硬件部分主要由图像采集模块、控制器组成。图像
