□ 莫爵賢 □ 王 宇

廣東省智能制造研究所 廣州 510650

1 設(shè)計(jì)背景

隨著當(dāng)今科技的發(fā)展,科教興國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施,我國(guó)越來(lái)越注重對(duì)高端科技的發(fā)展,人工智能技術(shù)便是其中之一[1]。

視覺(jué)技術(shù)是一種人工智能技術(shù),如今應(yīng)用越來(lái)越廣泛[2]。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)利用光電成像原理對(duì)文件進(jìn)行采集,通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信息進(jìn)行處理或在專用處理器中進(jìn)行處理,通過(guò)分析所識(shí)別物件的外觀來(lái)進(jìn)行判斷,并執(zhí)行一系列指令[3-4]。

隨著人們對(duì)美好生活的向往,人工智能機(jī)器視覺(jué)技術(shù)已越來(lái)越成為生活中不可或缺的一部分，如今已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、國(guó)防、尺寸測(cè)量等方面[5]。

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)具有無(wú)接觸、無(wú)損傷等特點(diǎn),能夠精密化、準(zhǔn)確化所執(zhí)行的指令,具有很高的可靠性[6-7]。在當(dāng)今社會(huì),工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展對(duì)工業(yè)產(chǎn)品表面名牌的檢測(cè)越來(lái)越重視[8]。

目前市場(chǎng)上存在的產(chǎn)品標(biāo)志設(shè)計(jì)樣式繁多,加工方式也多種多樣。根據(jù)標(biāo)志不同的材質(zhì),會(huì)選擇不同的加工方式。為了達(dá)到不同的標(biāo)志設(shè)計(jì)外觀，會(huì)選擇不同的加工手段，有些直接采用印刷手段,直接在產(chǎn)品表面印刷標(biāo)志,這種加工方式主要采用平板打印機(jī)、激光雕刻機(jī)等。

人工檢測(cè)用于對(duì)標(biāo)志加工過(guò)程中有明顯形狀和表面缺陷的產(chǎn)品進(jìn)行剔除,根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況對(duì)生產(chǎn)設(shè)備做出必要干預(yù),通過(guò)對(duì)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行檢修,修改工藝參數(shù)等，以提高產(chǎn)品的合格率[9-10]。人工檢測(cè)面臨逐漸增長(zhǎng)的勞動(dòng)力成本,存在主觀性誤差,對(duì)此，一些檢測(cè)金屬表面缺陷的方法被提出,目前應(yīng)用比較廣泛的有渦流檢測(cè)技術(shù)、漏磁檢測(cè)技術(shù)、紅外檢測(cè)技術(shù)和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)等[11]。

圖像處理技術(shù)是一個(gè)重要的發(fā)展方向,機(jī)器視覺(jué)功能系統(tǒng)能夠開發(fā)出在線視覺(jué)檢測(cè)、診斷，以及加工誤差補(bǔ)償?shù)榷喾N功能[12]?；跈C(jī)器視覺(jué)的數(shù)控補(bǔ)償技術(shù),可以提高貼片流程與裝配流程的效率與精度，具有推廣價(jià)值[13]。

筆者設(shè)計(jì)了一種基于圖像處理技術(shù)的標(biāo)志字符識(shí)別檢測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)傳感器傳感,工業(yè)相機(jī)攝影,由計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行信息采集及計(jì)算,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)志字符的自動(dòng)識(shí)別。

2 系統(tǒng)框架

系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成,兩部分之間用千兆網(wǎng)連接。圖像傳感器由標(biāo)志字符圖像觸發(fā),工業(yè)相機(jī)接收到信號(hào),開始對(duì)標(biāo)志字符圖像信息進(jìn)行采集。將采集到的標(biāo)志字符圖像通過(guò)千兆網(wǎng)通信端傳輸,控制端的標(biāo)志字符智能識(shí)別系統(tǒng)通過(guò)所開發(fā)的標(biāo)志字符信息特征識(shí)別算法,對(duì)標(biāo)志字符進(jìn)行判斷,從而完成對(duì)標(biāo)志字符內(nèi)容的識(shí)別，判斷內(nèi)容的正誤。系統(tǒng)框架流程如圖1所示。

3 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件主要包括工業(yè)相機(jī)、工業(yè)鏡頭、光源、傳感器、主機(jī)端等。傳感器通過(guò)信號(hào)線與工業(yè)相機(jī)相連,當(dāng)工業(yè)相機(jī)與工業(yè)鏡頭相接后,可對(duì)標(biāo)志字符圖像進(jìn)行采集。光源安裝于工業(yè)相機(jī)的正下方,可以更好地提供光照強(qiáng)度。工業(yè)相機(jī)通過(guò)千兆網(wǎng)與主機(jī)端連接，進(jìn)行通信。

3.1 工業(yè)相機(jī)

標(biāo)志字符為平面矩形,根據(jù)各個(gè)標(biāo)志字符在同一位置上,特征信息也在相應(yīng)空白上的特點(diǎn),系統(tǒng)采用型號(hào)為MV-EM200的200萬(wàn)像素位置面陣工業(yè)相機(jī)，每秒傳輸20幀。由于標(biāo)志字符位置相對(duì)固定,因此選取黑白工業(yè)相機(jī),滿足對(duì)標(biāo)志字符信息的識(shí)別檢測(cè)。工業(yè)相機(jī)實(shí)物如圖2所示。

MV-EM200面陣工業(yè)相機(jī)的感光曲線特征如圖3所示。

3.2 工業(yè)鏡頭

標(biāo)志字符為平面字符,結(jié)合工業(yè)相機(jī)選用型號(hào)為AFT-1614MP的100萬(wàn)像素工業(yè)鏡頭。工業(yè)鏡頭實(shí)物如圖4所示。

3.3 光源

在光源方面,考慮到標(biāo)志字符由偏硬紙質(zhì)做成,結(jié)合實(shí)際使用情況,選擇環(huán)形紅光光源配合圖像采集。燈帶角度為45°,可以對(duì)標(biāo)志字符信息進(jìn)行采集,也可避免環(huán)境光影響,能夠獲取高質(zhì)量的圖像。環(huán)形光源如圖5所示。

3.4 傳感器

進(jìn)行標(biāo)志字符的自動(dòng)化、智能化檢測(cè),首先要保證檢測(cè)系統(tǒng)中傳感器可以相互配合。標(biāo)志字符識(shí)別檢測(cè)系統(tǒng)中的圖像采集和圖像處理部分分別采用了圖像傳感器和圖像處理器。

4 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件處理流程如圖6所示,包括圖像采集部分、預(yù)處理部分和標(biāo)志字符識(shí)別檢測(cè)部分。當(dāng)傳感器觸發(fā)后,相機(jī)開始對(duì)標(biāo)志字符圖像進(jìn)行采集。采集到的標(biāo)志字符圖像在預(yù)處理部分進(jìn)行一系列處理,最后由軟件對(duì)標(biāo)志字符進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別,并顯示結(jié)果。

想要實(shí)時(shí)對(duì)標(biāo)志字符進(jìn)行快速、自動(dòng)識(shí)別和檢測(cè),并將結(jié)果實(shí)時(shí)反饋至控制端,這就要求所設(shè)計(jì)開發(fā)的系統(tǒng)軟件具有較高的穩(wěn)定性、可靠性。

5 試驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的基于圖像處理技術(shù)的標(biāo)志字符識(shí)別檢測(cè)系統(tǒng)的性能,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別試驗(yàn),試驗(yàn)對(duì)象為具有標(biāo)志字符的產(chǎn)品實(shí)物。

識(shí)別結(jié)果如圖7所示。通過(guò)試驗(yàn)識(shí)別結(jié)果可以看出,系統(tǒng)能夠較為準(zhǔn)確地將產(chǎn)品標(biāo)志字符識(shí)別出來(lái),識(shí)別效果較好。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，以及識(shí)別檢測(cè)的準(zhǔn)確性,提高所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的綜合性能，在生產(chǎn)的同一批標(biāo)志字符產(chǎn)品中選取100件,在相同工況下進(jìn)行采集圖像,共有100張?jiān)囼?yàn)圖像。在同樣環(huán)境下進(jìn)行兩組試驗(yàn),每組試驗(yàn)分別進(jìn)行六次,并記錄下試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,第一組最大誤檢率為3%,第二組最大誤檢率也為3%,可見(jiàn)系統(tǒng)的識(shí)別檢測(cè)穩(wěn)定性較好,識(shí)別檢測(cè)準(zhǔn)確率較高。

6 結(jié)束語(yǔ)

筆者設(shè)計(jì)了基于圖像處理技術(shù)的標(biāo)志字符識(shí)別檢測(cè)系統(tǒng)，具有較好的對(duì)標(biāo)志字符信息的識(shí)別檢測(cè)性能,大大減少了識(shí)別檢測(cè)的時(shí)間,準(zhǔn)確率大幅提升,效率同時(shí)提高。這一系統(tǒng)能夠高質(zhì)量、高效率地檢測(cè)標(biāo)志字符信息,達(dá)到了標(biāo)志字符識(shí)別檢測(cè)智能化,可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，具有推廣價(jià)值。