張偉勝

（廣東省茂名市交通高級技工學校（機械工程部），廣東 茂名 525000）

機械設(shè)備的運行是一個系統(tǒng)性過程，其內(nèi)部零件往往承受多種應力，長期運行狀態(tài)下內(nèi)部零件極易出現(xiàn)故障，給機械設(shè)備使用性能產(chǎn)生影響，嚴重情況下可能會造成安全事故。因此在機械設(shè)備運行過程中有必要做好機械零件的無損檢測工作。圖像識別技術(shù)的應用，使得圖像信息感知、處理與識別的效率更高，促進了機械零件無損檢測自動化與精密化水平的提升。

1 圖像識別技術(shù)

1.1 圖像識別過程

圖像識別以圖像處理為基礎(chǔ)，是指以圖像為對象所開展的各種處理性工作，包括編碼、壓縮、復原及分割等。圖像處理過程中，以圖像輸入后，一般情況下也會通過圖像形態(tài)進行輸出。在圖像識別過程中，將處理后的圖像輸入，一般情況下輸出類別與圖像結(jié)構(gòu)分析。也就是說，圖像識別是一個自原始圖像到物體類型的過程，原始圖像經(jīng)過圖像處理后，抽取特征并加以分類對比，以圖像樣本庫資源作為對比分析的參考依據(jù)，最終確定物體類型。從本質(zhì)上來講，可以將圖像識別看作是對圖像分類與描述進行研究的過程。在圖像識別過程中，在對圖像中物體進行檢測分離之后，將物體特征提取出來，以形狀、紋理特征等作為提取對象，一般將圖像處理融入到圖像特征提取環(huán)節(jié)中。待對比分析明確物體類型后，從結(jié)構(gòu)層面上對圖像進行分析。圖像識別過程中，其識別階段不受圖像內(nèi)物體數(shù)量的影響，在識別過程中主要經(jīng)歷三個階段，不同階段具備其各自特性，如圖1所示。

1.2 圖像識別方法

就圖像識別技術(shù)在機械零件無損檢測中的實際應用情況來看，圖像識別可通過多種方法來實現(xiàn)，其中比較常用的方法有統(tǒng)計法、句法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、模板匹配法、幾何變換法等，以下分別開展具體分析。

圖1 圖像識別三個階段

其一，統(tǒng)計法。就圖像識別技術(shù)在機械零件無損檢測中的應用情況來看，統(tǒng)計法是一種比較常用的圖像識別方法，以圖像作為研究對象，通過全面統(tǒng)計分析，明確其中內(nèi)在規(guī)律，把握圖像本質(zhì)特性，提取其中特征，為圖像識別的開展提供可靠支持。統(tǒng)計法是基于數(shù)學理念與決策理論所實現(xiàn)的，在實際應用過程中需建立統(tǒng)計學識別模型，以滿足機械零件無損檢測過程中的圖像識別需求。實際上，統(tǒng)計法在圖像識別過程中具有良好的適用性，通過精準特征提取能夠提高分類科學性，并將分類誤差控制在最小范圍內(nèi)，從而為機械零件無損檢測目標的實現(xiàn)提供可靠技術(shù)支持。應用統(tǒng)計法開展圖像識別的過程中，所建立的圖像統(tǒng)計模型類型豐富，比較常用的是貝葉斯模型，能夠在一定程度上改善最優(yōu)分類器的設(shè)計問題，但其局限性在于，無法解決概率密度估計問題，這就勢必會影響圖像識別的整體效果。

其二，句法。在圖像識別過程中，句法識別主要是通過符號來對圖像特征進行描述，可以將句法識別看作是統(tǒng)計法識別的輔助方式，能夠發(fā)揮一定補充作用。在機械零件無損檢測過程中應用圖像識別技術(shù)時，句法的應用需明確句法層次結(jié)構(gòu)，以圖像為對象進行分層，待子圖像形成后進行有針對性識別，明確子圖像空間結(jié)構(gòu)關(guān)系，以符號來對圖像特征進行描述。實際上，句法在圖像識別過程中的應用，促進了模式識別能力的有效拓展，能夠分析景物并識別物體結(jié)構(gòu)，從而滿足圖像識別的應用需求。但從另一方面來說，句法識別也存在一定局限性，若在圖像識別過程中外界干擾較大，則無法準確提取子圖像，這就勢必增大圖像識別誤差，導致圖像識別的精準度與可靠度無法得到有效保證。

其三，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。在圖像識別過程中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法所實現(xiàn)的，其系統(tǒng)中包含諸多簡單神經(jīng)元，這些神經(jīng)元是圖像識別技術(shù)的主要載體。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的實際應用過程中，將神經(jīng)元有序連接起來，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通過多個神經(jīng)元的協(xié)調(diào)作用，促進多元化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)行為的形成。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在圖像識別過程中的應用，能夠從側(cè)面上反映出人腦功能基本特征，相當于人腦系統(tǒng)的簡化與模擬，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在圖像識別過程中發(fā)揮著良好的應用價值。將句法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法進行對比可以發(fā)現(xiàn)，在圖像處理過程中的實現(xiàn)方式有所不同，句法主要對人類邏輯思維進行模擬，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法則對人的感覺與知覺過程、分布式記憶與自學習過程進行模擬，可見神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法與句法存在相輔相成的關(guān)系，在機械零件無損檢測過程中應用圖像識別技術(shù)時，要注重對句法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法加以協(xié)調(diào)運用，從而全面提高圖像識別的準確性與可靠性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的特征在于，其能夠?qū)π畔嵤┚C合優(yōu)化處理和并行分布式存儲，存儲規(guī)模較大，在非線性映射逼近的狀態(tài)下，具有良好的容錯性，可實現(xiàn)自適應與自學習，因而在圖像識別過程中發(fā)揮著一定應用優(yōu)勢。同時，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法也存在一定局限性，在圖像信息收斂過程中效率較低，針對所提取特征進行分類時，精準度不足，無法滿足圖像識別新模式的應用需求。

其四，模板匹配法。該方法是圖像識別過程中的基礎(chǔ)性方法，通過設(shè)計陣列來對圖像區(qū)域特征進行檢測識別，模板匹配法可以滿足數(shù)字量與符號串的識別需求，操作簡單，但在物體方向與尺寸方面對模板數(shù)量要求較高，匹配難度大，計算復雜且不具備經(jīng)濟性，識別率較低，在結(jié)構(gòu)上存在不確定性，無法達到理想的圖像識別效果。

其五，幾何變換方法。比較典型的是霍夫變換法，通過圖像形式變換在霍夫空間內(nèi)形成峰點，將圖像識別過程中的曲線檢測向峰點檢測轉(zhuǎn)變。隨機霍夫變換RHT法是基于霍夫算法基礎(chǔ)上加以改進所實現(xiàn)的，精巧度更高，便于加強計算量與內(nèi)存空間控制，確保分辨率滿足相關(guān)標準，以改善圖像識別整體效果。

1.3 圖像獲取系統(tǒng)

在機械零件無損檢測的過程中，圖像識別技術(shù)的應用必須要注重圖像獲取系統(tǒng)功能的發(fā)揮，以確保圖像識別的準確性與可靠性。在現(xiàn)代科學技術(shù)的支持下，圖像獲取方法不斷優(yōu)化，由早期尼普科夫盤發(fā)展到固體圖像傳感器，就圖像獲取的原理來看，其主要是在光電信息轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上實施A/D轉(zhuǎn)換，從而達到理想的圖像獲取效果。電荷耦合器件CCD是一種先進化且應用廣泛的固體圖像傳感器，對工作電壓的要求不高，尺寸較小，且靈敏度較高，堅固性良好且對沖擊作用的耐受力較強，在實際應用過程中可實現(xiàn)電子自掃描，并且能夠避免掃描畸變等問題出現(xiàn)，與計算機連接便利，分辨率較高，因而CDD在工業(yè)、航天、遙感及通訊等領(lǐng)域內(nèi)都具有良好的應用價值。基于CCD所構(gòu)建的圖像獲取系統(tǒng)的組成情況復雜，如表1所示。

表1 CCD圖像獲取系統(tǒng)組成情況表

2 圖像識別技術(shù)在機械零件無損檢測中的實際應用

在機械零件無損檢測過程中應用圖像識別技術(shù)時，可通過磁粉探傷方法來檢測鐵磁性材料缺陷，基于圖像識別技術(shù)的應用價值出發(fā)，開發(fā)全自動磁粉探傷系統(tǒng)并結(jié)合實際情況加以完善。以熒光磁粉無損檢測技術(shù)為支持，發(fā)揮CCD攝像系統(tǒng)功能對圖像進行準確采集，識別并處理圖像，通過計算機控制系統(tǒng)來實現(xiàn)自動探傷。在實際操作過程中，運用圖像識別技術(shù)對發(fā)送機曲軸表面裂縫進行檢測，通過自動磁粉探傷系統(tǒng)功能的發(fā)揮，對圖像進行科學處理和自動識別。由于數(shù)字圖像信號的輸入過程中噪聲會影響圖像采集效果，因此要科學運用數(shù)字圖像處理技術(shù)對裂紋進行正確識別，以便于圖像處理的規(guī)范開展?；趫D像識別技術(shù)可建立無損檢測系統(tǒng)，以滿足機械零件無損檢測需求。

比如在曲軸圖像識別過程中，由于曲軸形狀復雜，整體尺寸較大，尤其是6缸發(fā)動機中有6個連桿軸頸，空間分布狀態(tài)特殊，兩個連桿之間間隔120°角，此時曲軸完整圖像識別難度較大。而通過圖像識別技術(shù)的應用，可建立無損檢測系統(tǒng)，完整獲取曲軸圖像信息，并檢測曲軸表面缺陷，在發(fā)動機曲軸整體無損檢測中具有良好的適用性。

3 結(jié)語

通過以上研究可知，圖像識別技術(shù)在機械零件無損檢測中具有良好的應用價值，在應用圖像識別技術(shù)時要明確圖像識別過程，科學選擇圖像識別方法，全面獲取圖像并準確提取特征，從而確保圖像識別的精準度與可靠性，切實改善機械零件無損檢測的整體效果，促進機械設(shè)備保持良好的運行狀態(tài)。