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4.1 halcon 缺陷检测基础概念

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表面缺陷检测在工业 视觉领域非常常见,包括物品表面划伤,缺损,污垢,变形等各种各样的缺陷,
这些对于 工业 产品来说都是不合格的。
采用传统人工方式检查非常耗费人力物力。也容易让人视觉疲劳以及误判。
采用机器 视觉的方式 可以提高 检测 效率,长时间连续工作。
对于 表面缺陷我们常用 的检测 思路 有blob分析方法,频域空间域配合检测法,纹理 blob分析 配合检测法,光度立体 法等。

      在工业视觉检测中,光源的选择和打光角度也很重要,有些缺陷的对比度和和光源,镜头,相机都有关联。
如果对比度比较好,可以降低后续图像处理难度 ,
采用blob分析进行缺陷 检测,其实就是二值化,形态学,特征检测几种方法反复来回的调用处理图片,最终得到缺陷区域。
缺陷种类五花八门,有划痕,污点,凹陷等等,不同的缺陷并没有固定的图像 处理算法流程,
要根据不同的缺陷情况,在不同的光源照度下进行对应算法 的识别检测。
Halcon中,对于表面缺陷检测主要有三个思路。
第一思路 是基于blob分析方法进行缺陷检测,就是利用二值化,形状特征选择,形态学联合应用,
再加上图像区域加减运算,表叔 逼近缺陷区域 ,最终得到缺陷并显示出来。
Blob分析 是最常用最灵活的方法,可以采用不同顺序,加上其他算法的结合,达到比较好的缺陷效果。
第二个思路是光度 立体法,此方法归类于三维视觉,我们学习视觉从一维二维开始。
第三个思路是基于频域与空间域结合的方法进行缺陷 检测,频域与空间域结合的方式在halcon中有很多缺陷 检测实际的例子。
此方法主要就是在频域里进行滤波,选择不同的频域,然后再回到空间域处理,从而得到缺陷所在区域。

什么是频域?
从我们出生,我们看到的世界都以时间贯穿,股票的走势、你儿子的身高、你汽车的轨迹都会随着时间发生改变。
这种以时间作为参照来观察动态世界的方法我们称其为时域分析。
而我们也想当然的认为,世间万物都在随着时间不停的改变,并且永远不会静止下来。
但如果用另一种方法来观察世界的话,你会发现世界是永恒不变的,这个静止的世界就叫做频域。
先举一个公式上并非很恰当,但意义上再贴切不过的例子:
在你的理解中,一段音乐是什么?
2019-03-23_161915.jpg
这是我们对音乐最普遍的理解,一个随着时间变化的震动。
但相信对于擅长乐器的朋友来说,音乐更直观的理解是这样的
2019-03-23_161945.jpg
上图是音乐在时域的样子,而下图则是音乐在频域的样子。
所以频域这一概念对大家都从不陌生,只是从来没意识到而已。
在时域,我们观察到钢琴的琴弦一会上一会下的摆动,就如同一支股票的走势;
而在频域,只有那一个永恒的音符。
傅里叶告诉我们,任何周期函数,都可以看作是不同振幅,不同相位正弦波的叠加。
在上面例子里我们可以理解为,利用对不同琴键不同力度,不同时间点的敲击,可以组合出任何一首乐曲。
而贯穿时域与频域的方法之一,就是传中说的傅里叶分析。

频域空间域分析图片时,大部分是在空间域处理,也就是一个像素对应一个灰度值的方式。
而频域是描述图像中灰度变化程序的标准。
我们可以把图片理解 为灰度值关于坐标位置的函数,任意函数是可以看成三角函数 的无穷级数,
这些不同三角函数对应的频率 就是对应着图像中的不同信息。 一般灰度变化 大的地方 频率 高,一般是边缘等。
灰度变化缓慢的地方频率 低,一般是整体背景等。我们通过傅立叶变换可以得到对应的频率 ,
从而 进行滤波等处理,而一幅图像 一般低频部分占大多数。

   傅立叶变换是将满足一定条件 的某个函数表示成三角函数,或是它们的积分的线性组合 。
在不同的研究领域,傅立叶变换 具有多种 不同的变体 形式,如连续傅立叶和离散傅立叶变换。
最初妈傅立叶分析 是作为热过程 解析 分析 的工具被提出 。傅立叶变换 是一种分析 信号 的方法,
它可以分析 信号 的成分,也可以用这些成分合成 信号 。许多波形可作为信号的成分,比如正弦波,方波,锯齿波等。
傅立叶变换 用正弦波作为信号 的成分。
傅立叶变换的实质是将一个信号 分享成无穷 个正弦/复指数 信号 的加成 ,
也就是说把信号 变成 正弦信号 相加的形式,既然是无穷个信号 相加,
那对于 非周期信号 来说,每个信号 的加权 应该都 是零,但有密度上的差别。
傅立叶变换后,横坐标为分离出的正弦信号频率,纵坐标对应的是加权 密度。
我们可以用将傅立叶变换 比作一个玻璃棱镜,棱镜可以将光分解为不同颜色 的物理食品,每个成分的颜色 由波长 (或频率)决定 。
傅立叶变换可以将函数基于频率分解为不同的成分。当我们考虑光时,会讨论它的光谱或频率 谱。
同样,傅立叶变换 全我们能通过 频率 成分来分析 一个函数。
我们分析图像也就变成了分析图像的频率,通过过滤频率得到我们想要的区域 ,
然后再从频域 反变换到空间域里。
在频域 内我们经常要做滤波处理,其实就是卷积运算,
在时域内做模板 运算,实际 上就是对图像进行卷积。
模板 运算是图像 处理一个很重要的处理过程 。很多图像处理过程 ,如增强,去噪,边缘检测有很普遍的应用。
所以在时域内对图像做模板 运算就等于在频域 内对图像做滤波处理。
时域,空间域卷积运算和相关运算区别 在于模板 旋转了180度。时域卷积等效于频域 相乘。



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