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带钢表面缺陷检测方法

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2014年1月 计算机工程与设计 Jan.2014 第35卷第1期 COMPUTER ENGINEERING AND DESIGN Vo1.35 No.1 带钢表面缺陷检测方法 茅正冲,时文静,邬锋 (江南大学物联网工程学院轻工过程先进控制教育部重点实验室,江苏无锡214122) 摘要:为了检测出生产过程中带钢表面缺陷,提出了一种改进的mallat算法对其表面缺陷的检测方法。在小波分解中, 大部分小波滤波器长度大于1,分解出的图像是有限长序列,这样原始的mallat算法就会截取一部分滤波器长度作用于有 限长序列来实现小波分解,导致重构后的图像失真。解决这一问题的根本方法是构造正交小波基,通过信息熵来确定小波 分解层数。对重构后的图像进行二值化,通过形态学分析去除二值图像存在的噪声,得到分割后的缺陷图像。matlab进行 仿真结果表明,改进的mallat算法对缺陷图像分割方法是可靠的。 关键词:mallat算法;双向正交小波;缺陷检测;二值化;形态学分析 中图法分类号:TP391.41 文献标识号:A 文章编号:1000—7024(2014)01—0233—04 Strip surface defect detection method MAO Zheng-chong,SHI Wen-jing,WU Feng (Key Laboratory of Advanced Process Control for Light Industry Ministry of Education, College of IOT Engineering,University Jiangnan University,Wuxi 214122,China) Abstract:To detect the defect of strip surface while producing,the improved mallat alogrithm is applied tO the strip surface defect detection.In WT decomposition,most of the length of the wavelet filters are longer than 1,but the lenght of decom— posed image is limited.So mallat alogrithm intercepts part of lenght of the wavelet filters for image tO realize decomposition, which leads to reconstructed image ditorting.Sructing orthonorma[wavelet basis is basic method tO SOlVe this problem。 Wavelet decomposition level is decided by image entropy.The reconstruction images are translated into binarization images, the binarized images are obtained and the low—level noises involved in those images are removed by morphological analysis method,thus the segmented defective images are provided.The experimental results by simulation verify the reliability of the method proposed. Key words:mallat alogrithm;orthonormal two-direction wavelet;defect detection;binaryzation;morphological analysis 0引 言 像将失真减到最小。作为钢铁制造业主要产品之一,板 带钢被广泛应用于机械制造和建筑工业等领域,其外形 1987年,mallat将计算机视觉领域中的多分辨率分 和表面质量也是金属板材产品最重要的指标之一,表面 析方法引入到了小波分析中,提出多分辨率分析的理 缺陷是影响产品质量的重要因素。生产中人工检测早已 论,提出了信号的塔式多分辨率分解与重构的算法,这 不能满足生产线上对产品实时性和可靠性的要求,基于 就是著名的mallat算法。但mallat算法在对信号处理时 机器视觉的缺陷检测技术已经成为生产线上控制产品质 会对滤波器的截取一部分长度再来作用于信号,这样就 量的重要手段。近几年来,小波分析作为一个数学分支 会导致重构后的信号失真,本文给出了一类正交双向和 迅速发展起来,已经广泛地应用于信号处理、图像处 双向小波的构造算法,利用正交双向多分辨率分析,得 理,语音识别、机械故障诊断与监控等科技领域。传统 到双向正交小波分解与重构的mallat算法,采用该算法 的傅里叶变换在时域和频域上都比不上小波变换,小波 来分解重构带钢表面缺陷的图像,该算法得到的重构图 变换具有良好的局部化性质_】 ]。 收稿日期:2013—01—21;修订日期:2013—05—15 基金项目:国家自然科学基金项目(60973095) 作者简介:茅正冲(1964一),男,江苏南通人,副教授,硕士生导师,研究方向为机器人视听觉识别、工业控制;时文静(1988一),女, 江苏连云港人,硕士研究生,研究方向为图像识别;邬锋(1989一),男,江西萍乡人,硕士研究生,研究方向为图像识别。 E-mail:maozcandxia@163.com ・ 234・ 计算机工程与设计 GMRA(广义分辨分析) f + = ①wj z= f 』 2014篮 1算法原理 1.1原始的mallat算法 ① , 』 ,J∈z (4) 在二维数字图像中,常采用matlat算法来实现小波分 解,设{ } ∈z是L。(R)的一个OMRA(多分辨率分析), (£)是相应的生成元,相应的双尺度方程为 式中:o——直和运算,上——正交运算, 。—— 在 中的补集,但不一定是正交补;V —— 在V鼻-中 又设{90), (£), (f), (£))是相应的双正交小波 90):∑^女9(2t一是), (£)∈Vo 的补集,也不一定是正交补。 (r)一Eg  ̄o(2t一忌), ( )∈Wo (1) 系统,相应的双尺度方程为 分解算法 』%一去 一去 g—m2k 记 一{Cj. ), 一{dj.^),引进算子:H:l。一Z ; G:Z Z 。 其运算由式(2)决定,即 f cHC 一去 h—p-2k l(GC 一去 …g—l ̄zk 其结构示意图如图1所示。由此可见 tC 一H卜NCJ I D 一GH1一 cJ。 Cj一1... DJ・・・・ 图1分解算法结构 重构算法 l Cj+I,k 善 )/2hp+ 1 c 馏一(s) 运算由式(3) 决定,即 一去 … l(GD 一去∑PEZ 由此可见CJ 一HC +GDJ,于是从J一0尺度层到 =-,尺度层的重构算法过程如图2所示。 ……C卜 …’T)卜 图2重构算法结构 1.2文中的算法介绍 设{ },∈Z和{ > ∈z是L (R)的一个组双正交 ( )=∑^ 9(2t一是) ∈ (£):Eg q ̄(2t一 ) kEZ (5) (£)一∑^ (2t一是) ∈Z ( )一∑g (2t一是) 其等价的频域形式为 9(2w)一H( )∞(叫) ^ ^ (2训)一G( ) (训) A A (6) ,●●●●●●●●, 、●●●●●●l(2Ⅵ)一 H (叫) (叫) ^ ^ (2锄):G (训) ( ) 其中双正交滤波器组{H (叫),H (叫),G(叫), G (叫)}为 H( )一告∑矗 一 ∈ G(∞)一 ∑ 一 一 ∈ (7) H (叫)一 1∑ P 一 ∈ G ( )一 1∑g 一“ 和双正交(或对偶)关系:V Z∈Z,有 』< , 一 >一< , 一 >一 (8) I< , (一Z)>一< , (一Z)>一 . 对于J∈Z,定义投影算子PJ,Q fPj:Lz(R)一 ,Pjf一∑<,, >移, 一∑ , ∈z ∈z lQ:L (R)一wJ,Q,一∑<-,, > . 一∑ m , (9) 则有如下分解和重构算法 (1)分解算法 一去 “ 一去荟 川, (2)重构算法 ・242・ 计算机工程与设计 2014焦 pseudo-spectral method for thermal convection in a 3d spherical shell 参考文献: [1]Geuzaine C,Remacle J.Gmsh:A three-dimensional finite ele— ment mesh generator with built—in pre-and post_processing faci— [J].Chemistry Geophysics Geosystems,2010,11(7):1—18. 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