专利名称：一种鲁棒的玻璃划伤缺陷检测方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像处理、计算机视觉和模式识别技术领域，特别是涉及一种鲁棒的 玻璃划伤缺陷检测方法及其装置。
背景技术：
传统的玻璃缺陷检测和分类是由人工完成的，但这种方法受人为主观因素的影 响，效率低，难以满足生产不断发展的需要。随着计算技术的不断发展，数字图像处理技术 被越来越多的应用在工业的缺陷检测中，如浮法玻璃生产、带状钢板生产等领域。与传统的 人工检测相比，高效的自动检测技术将大量的劳动力从繁重的检测工作中解放出来，并且 检测精度不受工作时间长短的影响，能够一直保持同等水平的检测性能。玻璃生产中的常见缺陷有结石、气泡、粘锡、疖瘤、碎屑、划伤等。受光照条件、缺陷 形成的偶然性、玻璃上各种悬浮物的影响，基于视觉的玻璃缺陷检测任务非常困难。在这些 缺陷类别中，划伤缺陷由于其深浅及宽窄的不同，呈现的图像外观差别就更加剧烈，而其检 测也就更加困难。国外在玻璃生产过程中广泛的采用了自动检测设备，如英国的Pilkington公司， 美国的Image Automation公司，德国的LAS0R公司和Innomess公司，以及日本的旭硝子等 企业都自主研制出浮法玻璃在线自动检测系统。国内对缺陷检测的研究开展较晚，技术相 对简单，目前与国外检测技术相比还有很大差距。现有的文献多数是利用简单的图像预处 理操作来实现缺陷的检测，如对图像进行边缘提取、平滑处理、对比度增强或者更复杂的水 线分割算法等(参考1 刘洲峰等，玻璃缺陷图像分割方法研究与实现，中原工学院学报；参 考2 余文勇等，一种浮法玻璃全面缺陷在线检测系统，华中科技大学学报)。进而利用基于 规则(参考周欣等，玻璃缺陷快速检测分类研究，微计算机信息)或模板匹配或基于学习 (参考郑斌，玻璃缺陷图像识别的关键技术研究，硕士论文，武汉理工大学)的方法来进行 缺陷的分类。但目前现有的方法显然没有考虑不同划伤强度的影响，因此对于不同的划伤缺陷 尚不能够准确的提取。并且，由于玻璃原片上可能存在其他灰尘、污渍等，传统的缺陷检测 技术(如边缘提取、对比度增强等)受这些噪声的影响，也会导致划伤缺陷检测性能的急 剧下降。

发明内容
本发明的目的在于提供一种鲁棒的玻璃划伤缺陷检测方法及其装置，用于解决现 有技术中无法准确提取玻璃图像中的划伤缺陷的问题。为了实现上述目的，本发明提供一种鲁棒的玻璃划伤缺陷检测方法，其特征在于， 包括步骤1，对输入的玻璃图像进行窗口扫描，根据窗口内灰度分布的均衡性度量， 得到候选缺陷窗口，根据划伤特征对所述候选缺陷窗口进行分析，得到包含划伤的划伤窗n ；步骤2，对所述划伤窗口进行合并，得到划伤区域；步骤3，对所述划伤区域进行延展，得到完整的划伤区域。所述的鲁棒的玻璃划伤缺陷检测方法，其中，所述步骤1中，进一步包括用窗口内区域的灰度方差作为窗口内灰度分布的均衡性度量，以获取所述候选缺 陷窗口，灰度方差公式如下
权利要求
一种鲁棒的玻璃划伤缺陷检测方法，其特征在于，包括步骤1，对输入的玻璃图像进行窗口扫描，根据窗口内灰度分布的均衡性度量，得到候选缺陷窗口，根据划伤特征对所述候选缺陷窗口进行分析，得到包含划伤的划伤窗口；步骤2，对所述划伤窗口进行合并，得到划伤区域；步骤3，对所述划伤区域进行延展，得到完整的划伤区域。
2.根据权利要求1所述的鲁棒的玻璃划伤缺陷检测方法，其特征在于， 所述步骤1中，进一步包括用窗口内区域的灰度方差作为窗口内灰度分布的均衡性度量，以获取所述候选缺陷窗 口，灰度方差公式如下 其中，V是灰度方差，X是窗口 W中像素对应的亮度值，无是窗口内所有像素亮度的均值，Tw是 灰度方差的经验阈值，若V > Tw，则认为窗口区域可能包含有缺陷，否则认为此窗口区域为 背景区域。
3.根据权利要求1或2所述的鲁棒的玻璃划伤缺陷检测方法，其特征在于， 所述步骤1中，得到所述划伤窗口的步骤包括对所述候选缺陷窗口进行二值化操作，得到二值图像，并从所述二值图像中提取缺陷 像素；基于所述二值图像，根据划伤在小窗口内近似为直线的特征，对所述缺陷像素进行直 线拟合，由拟合误差判断所述候选缺陷窗口是否包含划伤线段，进而确定所述划伤窗口。
4.根据权利要求3所述的鲁棒的玻璃划伤缺陷检测方法，其特征在于， 所述步骤1中，以如下公式提取所述缺陷像素{255, else其中，Ib(x，y)是进行缺陷提取后的像素灰度值，若为0，则该像素为非缺陷像素，若为255， 则该像素为缺陷像素，I(x，y)是候选缺陷窗口中的灰度值，T是指灰度的经验阈值，T = (Imin(X，y)+Ifflax(x, y))/2，Ifflin(χ, y)和Ifflax(χ, y)分别是候选缺陷窗口中的最小灰度值、最 大灰度值。
5.根据权利要求3所述的鲁棒的玻璃划伤缺陷检测方法，其特征在于， 所述步骤1中，进一步包括假设所述二值图像包含一条直线，利用最小二乘法进行拟合，得到拟合直线L ； 计算所述缺陷像素到拟合直线L的平均误差e ； e = Σ dis (ρ (χ, y) , L) /n若e > ；，则认为所述候选缺陷窗口中不包含直线段，没有划伤，否则认为所述候选缺 陷窗口中包含一条直线段，将所述候选缺陷窗口确定为划伤窗口 ； 其中，dis (p, L)是指点ρ到拟合直线L的距离，p(x，y)为二值图像中的缺陷像素，η为二值图像中的缺陷像素数目。
6.根据权利要求5所述的鲁棒的玻璃划伤缺陷检测方法，其特征在于， 所述步骤2中，进一步包括根据两个所述候选缺陷窗口中的划伤线段的斜率、位置及距离，判断两条所述划伤线 段是否属于同一划伤来合并两个所述候选缺陷窗口。
7.根据权利要求6所述的鲁棒的玻璃划伤缺陷检测方法，其特征在于， 所述步骤2中，进一步包括若两条所述划伤线段的斜率相差足够小，又不近似相等，且两条所述划伤线段间的距 离满足disO(L1，L2) < T1，则将两个所述划伤窗口进行合并；若两条所述划伤线段的斜率近似相等，且两条所述划伤线段间的距离满足disO(L1，L2) < T2，则将两个所述划伤窗口进行合并； 其中，L1, L2为两条划伤线段，T1是同属一条弯曲划伤缺陷上的两划伤线段之间的距离阈值， T2是同属于一条近似直线划伤缺陷上的两划伤线段之间的距离阈值，Clisai, L2)为划伤线 段L” L2间的距离，dis (L1, L2)为划伤线段L2的中点到划伤线段L1所在直线的距离。
8.根据权利要求4、5、6或7所述的鲁棒的玻璃划伤缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤3中，进一步包括根据划伤的斜率方向，对所述划伤区域沿所述划伤线段的两端分别进行延展，得到延展窗口，对所述延展窗口中的缺陷像素进行分析，确定所述延展窗口是否包含与所述划伤 区域中相同的划伤，以获取所述完整的划伤区域。
9.根据权利要求8所述的鲁棒的玻璃划伤缺陷检测方法，其特征在于， 所述步骤3中，进一步包括当所述延展窗口包含与所述划伤区域中相同的划伤时，进一步判断所述延展窗口是否 与其他划伤区域相交若相交，则进一步判断所述延展窗口是否包括与所述其他划伤区域相同的划伤，若是， 则合并所述延展窗口、所述其他划伤区域、所述划伤区域；若否，则合并所述延展窗口与所 述划伤区域。
10.一种鲁棒的玻璃划伤缺陷检测装置，其特征在于，包括划伤窗口确定模块，用于对输入的玻璃图像进行窗口扫描，根据窗口内灰度分布的均 衡性度量，得到候选缺陷窗口，根据划伤特征对所述候选缺陷窗口进行分析，得到包含划伤 的划伤窗口；划伤窗口合并模块，连接所述划伤窗口确定模块，用于对所述划伤窗口进行合并，得到 划伤区域；划伤区域延展模块，连接所述划伤窗口合并模块，用于对所述划伤区域进行延展，得到 完整的划伤区域。
11.根据权利要求10所述的鲁棒的玻璃划伤缺陷检测装置，其特征在于， 所述划伤窗口确定模块，进一步包括缺陷窗口挑选模块，用于用窗口区域的灰度方差作为窗口内灰度分布的均衡性度量， 以获取所述候选缺陷窗口；缺陷像素提取模块，连接所述缺陷窗口挑选模块，用于对所述候选缺陷窗口进行二值 化操作，得到二值图像，并从所述二值图像中提取缺陷像素；划伤窗口获取模块，连接所述缺陷像素提取模块，用于基于所述二值图像，根据划伤在 小窗口内近似为直线的特征，对所述缺陷像素进行直线拟合，由拟合误差判断所述候选缺 陷窗口是否包含划伤线段，进而确定所述划伤窗口。
12.根据权利要求11所述的鲁棒的玻璃划伤缺陷检测装置，其特征在于，所述缺陷窗口挑选模块以如下公式如下所述窗口区域的灰度方差
13.根据权利要求11或12所述的鲁棒的玻璃划伤缺陷检测装置，其特征在于，所述缺陷像素提取模块以如下公式提取所述缺陷像素
14.根据权利要求11或12所述的鲁棒的玻璃划伤缺陷检测装置，其特征在于，所述划伤窗口获取模块，进一步包括直线拟合模块，用于利用最小二乘法对所述二值图像假设包含的一条直线进行拟合， 得到拟合直线；误差计算模块，连接所述直线拟合模块，用于计算所述缺陷像素到所述拟合直线的平 均误差；窗口确定模块，连接所述误差计算模块，用于根据所述平均误差确定所述候选缺陷窗 口是否为划伤窗口。
15.根据权利要求14所述的鲁棒的玻璃划伤缺陷检测装置，其特征在于，所述误差计算模块以如下公式计算所述平均误差e e = Σ dis (ρ (χ, y), L) /n所述窗口确定模块当e > ；，则认为所述候选缺陷窗口中不包含直线段，没有划伤，否 则认为所述候选缺陷窗口中包含一条直线段，将所述候选缺陷窗口确定为划伤窗口 ；其中，dis (p, L)是指点ρ到拟合直线L的距离，p(x，y)为二值图像中的缺陷像素，η为二值 图像中的缺陷像素数目。
16.根据权利要求11、12或15所述的鲁棒的玻璃划伤缺陷检测装置，其特征在于，所述划伤窗口合并模块根据两个所述候选缺陷窗口中的划伤线段的斜率、位置及距 离，判断两条所述划伤线段是否属于同一划伤来合并两个所述候选缺陷窗口。
17.根据权利要求16所述的鲁棒的玻璃划伤缺陷检测装置，其特征在于， 所述划伤窗口合并模块，进一步包括第一划伤窗口合并模块，用于当两条所述划伤线段的斜率相差足够小，又不近似相等， 且两条所述划伤线段间的距离满足disO^，L2) < T1，则将两个所述划伤窗口进行合并；第二划伤窗口合并模块，用于当两条所述划伤线段的斜率近似相等，且两条所述划伤 线段间的距离满足disO^，L2) < T2，则将两个所述划伤窗口进行合并； 其中，L1, L2为两条划伤线段，T1是同属一条弯曲划伤缺陷上的两划伤线段之间的距离阈值， T2是同属于一条近似直线划伤缺陷上的两划伤线段之间的距离阈值，Clisai, L2)为划伤线 段L” L2间的距离，dis (L1, L2)为划伤线段L2的中点到划伤线段L1所在直线的距离。
18.根据权利要求15或17所述的鲁棒的玻璃划伤缺陷检测装置，其特征在于， 所述划伤区域延展模块中，进一步包括延展窗口获取模块，用于根据划伤的斜率方向，对所述划伤区域沿所述划伤线段的两 端分别进行延展，得到延展窗口 ；延展窗口判断模块，连接所述延展窗口获取模块，用于对所述延展窗口中的缺陷像素 进行分析，确定所述延展窗口是否包含与所述划伤区域中相同的划伤；窗口相交判断模块，连接所述延展窗口判断模块，用于当所述延展窗口包含与所述划 伤区域中相同的划伤时，判断所述延展窗口是否与其他划伤区域相交相交区域判断模块，连接所述窗口相交判断模块，用于当所述延展窗口与其他划伤区 域相交时，判断所述延展窗口是否包含与所述其他划伤区域相同的划伤；划伤区域合并模块，连接所述相交区域判断模块，用于当所述延展窗口包含与所述其 他划伤区域相同的划伤时，合并所述延展窗口、所述其他划伤区域与所述划伤区域；当所述 延展窗口不包含与所述其他划伤区域相同的划伤时，合并所述延展窗口与所述划伤区域。
全文摘要
本发明有关于一种鲁棒的玻璃划伤缺陷检测方法及其装置，其中该方法包括步骤1，对输入的玻璃图像进行窗口扫描，根据窗口内灰度分布的均衡性度量，得到候选缺陷窗口，根据划伤特征对所述候选缺陷窗口进行分析，得到包含划伤的划伤窗口；步骤2，对所述划伤窗口进行合并，得到划伤区域；步骤3，对所述划伤区域进行延展，得到完整的划伤区域。本发明方法能够更加准确的对玻璃(或其他板材)图像序列中的划伤缺陷进行检测，尤其是对图像中存在的噪声更加鲁棒，且对于不同程度的划伤缺陷具有很好的适用性。
文档编号G01N21/958GK101995412SQ20101026662
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月30日 优先权日2010年8月30日
发明者崔振, 柴秀娟, 武斌, 郑媛, 陈海峰, 陈熙霖 申请人:中国科学院计算技术研究所;圣戈班研发(上海)有限公司