□ 莫爵賢 □ 王 宇

廣東省智能制造研究所 廣州 510650

1 設(shè)計背景

隨著當(dāng)今科技的發(fā)展,科教興國戰(zhàn)略的實施,我國越來越注重對高端科技的發(fā)展,人工智能技術(shù)便是其中之一[1]。

視覺技術(shù)是一種人工智能技術(shù),如今應(yīng)用越來越廣泛[2]。機器視覺技術(shù)利用光電成像原理對文件進行采集,通過計算機對圖像信息進行處理或在專用處理器中進行處理,通過分析所識別物件的外觀來進行判斷,并執(zhí)行一系列指令[3-4]。

隨著人們對美好生活的向往,人工智能機器視覺技術(shù)已越來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、國防、尺寸測量等方面[5]。

機器視覺技術(shù)具有無接觸、無損傷等特點,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,工業(yè)自動化的發(fā)展對工業(yè)產(chǎn)品表面名牌的檢測越來越重視[8]。

目前市場上存在的產(chǎn)品標(biāo)志設(shè)計樣式繁多,加工方式也多種多樣。根據(jù)標(biāo)志不同的材質(zhì),會選擇不同的加工方式。為了達到不同的標(biāo)志設(shè)計外觀，會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、激光雕刻機等。

人工檢測用于對標(biāo)志加工過程中有明顯形狀和表面缺陷的產(chǎn)品進行剔除,根據(jù)實際生產(chǎn)情況對生產(chǎn)設(shè)備做出必要干預(yù),通過對相應(yīng)設(shè)備進行檢修,修改工藝參數(shù)等，以提高產(chǎn)品的合格率[9-10]。人工檢測面臨逐漸增長的勞動力成本,存在主觀性誤差,對此，一些檢測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技術(shù)、漏磁檢測技術(shù)、紅外檢測技術(shù)和機器視覺技術(shù)等[11]。

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

筆者設(shè)計了一種基于圖像處理技術(shù)的標(biāo)志字符識別檢測系統(tǒng)。通過傳感器傳感,工業(yè)相機攝影,由計算機對圖像進行信息采集及計算,從而實現(xiàn)對標(biāo)志字符的自動識別。

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)相機接收到信號,開始對標(biāo)志字符圖像信息進行采集。將采集到的標(biāo)志字符圖像通過千兆網(wǎng)通信端傳輸,控制端的標(biāo)志字符智能識別系統(tǒng)通過所開發(fā)的標(biāo)志字符信息特征識別算法,對標(biāo)志字符進行判斷,從而完成對標(biāo)志字符內(nèi)容的識別，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

系統(tǒng)硬件主要包括工業(yè)相機、工業(yè)鏡頭、光源、傳感器、主機端等。傳感器通過信號線與工業(yè)相機相連,當(dāng)工業(yè)相機與工業(yè)鏡頭相接后,可對標(biāo)志字符圖像進行采集。光源安裝于工業(yè)相機的正下方,可以更好地提供光照強度。工業(yè)相機通過千兆網(wǎng)與主機端連接，進行通信。

3.1 工業(yè)相機

標(biāo)志字符為平面矩形,根據(jù)各個標(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,系統(tǒng)采用型號為MV-EM200的200萬像素位置面陣工業(yè)相機，每秒傳輸20幀。由于標(biāo)志字符位置相對固定,因此選取黑白工業(yè)相機,滿足對標(biāo)志字符信息的識別檢測。工業(yè)相機實物如圖2所示。

MV-EM200面陣工業(yè)相機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)相機選用型號為AFT-1614MP的100萬像素工業(yè)鏡頭。工業(yè)鏡頭實物如圖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°,可以對標(biāo)志字符信息進行采集,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

進行標(biāo)志字符的自動化、智能化檢測,首先要保證檢測系統(tǒng)中傳感器可以相互配合。標(biāo)志字符識別檢測系統(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

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)志字符識別檢測部分。當(dāng)傳感器觸發(fā)后,相機開始對標(biāo)志字符圖像進行采集。采集到的標(biāo)志字符圖像在預(yù)處理部分進行一系列處理,最后由軟件對標(biāo)志字符進行檢測識別,并顯示結(jié)果。

想要實時對標(biāo)志字符進行快速、自動識別和檢測,并將結(jié)果實時反饋至控制端,這就要求所設(shè)計開發(fā)的系統(tǒng)軟件具有較高的穩(wěn)定性、可靠性。

5 試驗分析

為了驗證所設(shè)計的基于圖像處理技術(shù)的標(biāo)志字符識別檢測系統(tǒng)的性能,對系統(tǒng)進行識別試驗,試驗對象為具有標(biāo)志字符的產(chǎn)品實物。

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

為了進一步驗證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，以及識別檢測的準(zhǔn)確性,提高所設(shè)計系統(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,在相同工況下進行采集圖像,共有100張試驗圖像。在同樣環(huán)境下進行兩組試驗,每組試驗分別進行六次,并記錄下試驗結(jié)果，見表1。

表1 試驗結(jié)果

根據(jù)試驗結(jié)果,第一組最大誤檢率為3%,第二組最大誤檢率也為3%,可見系統(tǒng)的識別檢測穩(wěn)定性較好,識別檢測準(zhǔn)確率較高。

6 結(jié)束語

筆者設(shè)計了基于圖像處理技術(shù)的標(biāo)志字符識別檢測系統(tǒng)，具有較好的對標(biāo)志字符信息的識別檢測性能,大大減少了識別檢測的時間,準(zhǔn)確率大幅提升,效率同時提高。這一系統(tǒng)能夠高質(zhì)量、高效率地檢測標(biāo)志字符信息,達到了標(biāo)志字符識別檢測智能化,可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，具有推廣價值。