基于机器视觉的墙地砖表面缺陷检测系统研究与开发

摘要

我国是墙地砖生产大国，墙地砖生产企业众多。然而，目前国内墙地砖的外观质量检测分级环节，仍停留在利用人工视觉进行检测的水平。这种检测方式效率低下、主观性较强、一致性较差、出错率高，这既影响了检测分级的准确性，也制约了产品质量和档次的提升，降低了产品的市场竞争力。由于在瓷土配料、流程控制和生产工艺等方面存在差异，直接引进国外的设备对国内墙地砖进行检测的效果较差。针对上述现状，本文从工程应用角度出发，对基于机器视觉的墙地砖表面缺陷自动检测系统进行了研究与开发。论文的主要研究内容有：
　　1.深入调研国内外墙地砖表面缺陷检测研究现状，比较研究现有的各种视觉检测方法及其识别检测效果。
　　2.根据合作企业对检测系统提出的总体要求，对墙地砖表面缺陷类型和检测难点进行了分析，然后在分析的基础上确定了检测系统的总体方案，并详细介绍了墙地砖表面缺陷视觉检测系统硬件的选型方案，主要包括照明光源的选型、打光方案的设计、工业相机的选型和镜头的选型。
　　3.在对墙地砖表面缺陷类型和检测难点分析的基础上，提出了一种墙地砖表面缺陷检测和分割方法。针对墙地砖表面缺陷区域与非缺陷区域之间的对比度较低，为了能准确检测和识别出墙地砖表面的缺陷区域，设计了一种基于梯度方差和加权信息熵的自适应BHPF，来削弱图像的背景特征增强缺陷目标特征，实现缺陷目标的粗分割；在分析了待分割图像特点的基础上，引入统计学中的“3σ准则”进行自适应阈值分割，实现对缺陷目标的精细分割，并最终准确的将缺陷目标分割提取出来。
　　4.基于上述墙地砖表面缺陷检测算法，实现面向墙地砖表面缺陷的视觉检测系统开发与功能集成，在实验室搭建了实验平台，对检测算法和系统界面功能分别进行了测试，并给出了测试结果。实验结果表明：该检测算法可有效地完成墙地砖表面缺陷的检测，检测效果良好，并且能满足在线检测系统对实时性的要求。实验验证了理论分析和检测算法的正确性，可用于墙地砖表面缺陷的识别检测。

目录

第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景及意义

1.3 机器视觉系统概述

1.4 国内外研究现状

1.5 论文主要内容与结构安排

第二章 墙地砖表面缺陷检测系统总体设计

2.1 检测系统总体要求

2.2 缺陷类型分析

2.3 检测难点分析

2.4 检测系统总体方案

2.5 本章小结

第三章 墙地砖表面缺陷视觉检测系统硬件方案

3.1 照明光源的选型

3.2 工业相机的选型

3.3 镜头的选型

3.4 计算机的配置

3.5 本章小结

第四章 墙地砖表面缺陷检测算法研究

4.1 算法总体框架

4.2 图像去噪

4.3 自适应BHPF滤波

4.4 缺陷目标提取

4.5 本章小结

第五章 墙地砖表面缺陷检测系统实现与测试

5.1 软件开发环境

5.2 图像处理算法包

5.3 功能实现

5.4 系统总体测试

5.5 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢