基于机器视觉的印刷品缺陷快速在线检测方法研究

摘要

随着工业自动化水平的提高，工业产品的生产速度不断加快。人们对产品质量的要求也不断提高。印刷行业尤为如此，目前印刷设备印刷速度已经可以达到每分钟几十米甚至上百米，其印刷精度却要求达到亚毫米级别。这对印刷制品的质量检测提出了很高的要求。一是要求检测的速度高，能够达到印刷的速度;二是要求检测的精度与准确性要满足质量要求。若要实现上述两者的要求，即需要设计者从算法角度出发，设计出高效准确的图像处理算法。又需要从软件设计方向出发合理设计软件结构，充分发掘现有计算机硬件的计算能力。本文是基于天津市热联涂层钢板有限公司的彩钢涂层生产线的改造项目的基础上完成的。除了对检测算法的研究外本文还介绍了许多系统开发时要考虑的问题，比如相机的控制，系统架构设计，系统界面设计，检测结果的存储与查询，系统维护升级等等。
　　本文对印刷品快速在线检测方法从多个方面进行了探讨，既从系统设计的角度考虑，包含了硬件的选型与安装，系统软件设计模式等。又从图像处理算法的角度考虑，包含了模板匹配算法，缺陷检测算法等。
　　从系统设计角度出发，对于硬件系统，对系统各部件进行了选型并确定了安装方式。如根据实际需求选择相机的最小行频，最小分辨率，确定安装位置等。对于软件系统，根据项目需求设计了系统的架构使得系统更容易维护，使用了Qt进行界面设计，使用了CameraLink采集卡的串口通信功能对相机进行控制，使用多线程技术实现了图像采集、图像处理、图像存储的异步并行，使用MySQL数据库实现了对系统数据进行管理。从算法设计角度出发，本文研究了多种模板匹配方法，并主要介绍了基于随机树的模板匹配。这种方法使得物体在存在透视变换的情况下，依然可以被准确匹配。另外还设计了一种基于模板比对的缺陷检测方法，将待检测产品与合格产品模型的分区域进行比对从而获取缺陷信息。最后对系统进行了功能性验证并发布。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究背景与意义

1．2 印刷检测系统概述

1．3 国内外研究状况

1．4 本文的来源与主要创新点

1．5 本文的主要结构

1．6 本章小结

2 系统整体设计方案

2．1 系统的硬件系统概览

2．2 系统的软件系统概览

3 系统硬件的详细设计

3．1 硬件系统整体介绍

3．2 相机的选型

3．2．1 面阵相机介绍

3．2．2 线阵相机介绍

3．2．3 线阵相机的选型

3．3 镜头的选型

3．3．1 镜头的种类

3．3．2 镜头的参数

3．3．3 镜头的选型

3．4 光源及电源控制器的选型与安装

3．4．1 常见光源的种类及优缺点

3．4．2 项目选用的电源控制器

3．5 采集卡的选型

3．6 工控机与显示设备的选型

3．7 编码器的选型与安装

3．7．1 系统中编码器的作用

3．7．2 编码器的选择

3．7．3 编码器的连接与传动轮大小计算

3．8 本章小结

4 系统软件的详细设计

4．1 软件使用的编写环境

4．1．1 HALCON介绍

4．1．2 Qt介绍

4．1．3 MySQL数据库介绍

4．2 软件设计模式的选择

4．2．1 设计模式的设计原则

4．2．2 常见的设计模式

4．2．3 项目软件所采用的设计模式及其特点

4．3 软件系统各主要模块设计

4．3．1 数据库模块设计

4．3．2 登陆模块单元设计

4．3．3 主程序设计

4．3．4 项目选择模块设计

4．3．5 相机设置模块设计

4．3．6 定制模板模块设计

4．3．7 实时检测模块

4．3．8 缺陷墙模块

4．3．9 模拟流水线模块

4．3．10 缺陷详细信息显示模块

4．3．11 状态信息模块的设计

4．3．12 远程控制模块设计

4．4 本章小结

5 模板匹配方法研究

5．1 模板匹配介绍

5．1．1 基于灰度值的模板匹配

5．1．2 基于边缘的匹配算法

5．1．3 基于形状的模板匹配

5．2 基于特征匹配的方法

5．3 基于随机树的特征匹配

5．3．1 特征点的提取

5．3．2 关键特征点的选取

5．3．3 关键特征点的分类与识别

5．3．4 变换矩阵的求解

5．3．5 实时识别与匹配实验

5．4 本章小结

6 缺陷检测方法研究

6．1 基于模板比对的缺陷检测方法

6．2 基于模板比对缺陷检测方法实验

6．3 本章小结

7 软件功能测试及软件的发布

7．1 软件功能性测试实验

7．2 软件的发布

7．3 本章小结

8 结论

9 展望

参考文献

致谢