一种基于模式识别的金属表面质量评估方法、设备及介质

本发明涉及金属表面机器视觉检测，特别是一种基于模式识别的金属表面质量评估方法、设备及介质。

背景技术：

1、金属表面质量评估技术在钢铁轧制、机械加工、焊接成形、涂装预处理及精密构件制造等领域具有重要应用价值，其评估结果直接关系到后续装配精度、表面防护效果及服役可靠性，现有技术中，较为常见的做法是采用人工目视检查、固定光照条件下的工业相机采集、基于灰度与纹理特征的图像处理以及标准样本比对等方式，对金属表面的划伤、腐蚀、残留、粗糙不均和局部轮廓异常进行识别与判定，该类方法具有非接触、检测效率较高、便于在线集成、重复性较好等特点，并且随着机器视觉与模式识别技术的发展，利用图像信息对表面状态进行自动化分析，已经成为金属表面检测与质量控制的重要技术方向。

2、现有技术在实际应用中仍主要存在金属表面在不同照明响应和局部反射差异影响下，同一表面位置与合格表面之间缺乏稳定可比的表征方式，导致表面状态比较不稳定，缺乏将局部异常区域识别结果传递到整面质量评估结果的统一表征路径，导致质量评估依据与质量评估结果之间关联不足。

技术实现思路

1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明提供了一种基于模式识别的金属表面质量评估方法解决解决金属表面同一表面位置与合格表面之间难以形成稳定可比的模式表征以及局部异常区域识别结果难以与工艺分区及整面质量状态建立统一对应关系的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明提供了一种基于模式识别的金属表面质量评估方法，其包括：

5、采集待测金属工件在不同照明方向下的同位表面图像，对同批次合格工件执行相同采集，并对同位表面图像进行辐照校正和刚性配准，建立同批次合格表面模式基准。

6、将待测金属工件和同批次合格表面模式基准划分为连续局部分区，将各局部分区在不同照明方向下的方向响应、纹理起伏及空间过渡作为表面响应模式片段，并计算模式断裂指数。

7、根据模式断裂指数确定初始断裂分区，对初始断裂分区进行连通聚合得到有效模式断裂区，并通过有效模式断裂区内表面响应模式片段的变化形态判定异常类型。

8、根据有效模式断裂区所在工艺分区、区域质量损失量及整面质量保持度，确定待测金属工件的质量评估依据和质量评估结果。

9、作为本发明所述基于模式识别的金属表面质量评估方法的一种优选方案，其中：所述采集待测金属工件在不同照明方向下的同位表面图像，对同批次合格工件执行相同采集，具体步骤为：

10、在检测工位设置黑白工业相机、定焦镜头及四个沿镜头光轴周向分布的低角度条形光源，通过定位治具限定待测金属工件放置姿态。

11、在成像距离、曝光时间、增益、镜头状态及四个照明方向点亮顺序保持一致的条件下，依次采集第一照明方向、第二照明方向、第三照明方向及第四照明方向下的同位表面图像，并对同批次合格工件在相同条件下采集同位表面图像。

12、作为本发明所述基于模式识别的金属表面质量评估方法的一种优选方案，其中：所述对同位表面图像进行辐照校正和刚性配准，建立同批次合格表面模式基准，具体步骤为：

13、对待测金属工件和同批次合格工件的同位表面图像进行辐照校正和刚性配准，针对每个照明方向分别采集暗场图像和均匀反射参考图像，辐照校正基于各照明方向的暗场图像和均匀反射参考图像，对同位表面图像执行暗场去除，并按同一图像位置处的参考灰度进行比例校正。

14、刚性配准以定位治具上的两处边界交点和被检表面稳定轮廓的端部转折处作为共同配准参照，对各照明方向下的同位表面图像进行平移和旋转调整；

15、在全部同批次合格工件的同位表面图像完成辐照校正和刚性配准后，在各照明方向的各表面位置分别取中位值，以各照明方向下各表面位置对应的中位值共同构成同批次合格表面模式基准。

16、作为本发明所述基于模式识别的金属表面质量评估方法的一种优选方案，其中：所述将待测金属工件和同批次合格表面模式基准划分为连续局部分区，具体步骤为：

17、以同位表面图像左上角对应的表面位置为起始位置，按从左到右、从上到下的顺序划分为相互不重叠的连续局部分区，对于边缘不足完整尺寸的剩余部分，以剩余部分实际覆盖范围形成边缘连续局部分区。

18、作为本发明所述基于模式识别的金属表面质量评估方法的一种优选方案，其中：所述将各局部分区在不同照明方向下的方向响应、纹理起伏及空间过渡作为表面响应模式片段，并计算模式断裂指数，具体步骤为：

19、对连续局部分区提取归一化方向响应并进行两两方向次序比较，得到方向响应一致程度。

20、基于四个照明方向下同位表面图像的平均灰度图像，得到纹理起伏偏离程度。

21、基于当前连续局部分区与前一个连续局部分区在四个照明方向下的归一化方向响应差值，得到空间过渡偏离程度。

22、将方向响应一致程度、纹理起伏偏离程度及空间过渡偏离程度共同作为表面响应模式片段，并计算模式断裂指数。

23、作为本发明所述基于模式识别的金属表面质量评估方法的一种优选方案，其中：所述根据模式断裂指数确定初始断裂分区，对初始断裂分区进行连通聚合得到有效模式断裂区，具体步骤为：

24、将全部连续局部分区的模式断裂指数按数值从小到大排列，并在排列结果中依次选取相邻两个模式断裂指数之间的位置作为候选分界位置，对任一候选分界位置，将候选分界位置之前的模式断裂指数作为低断裂部分，将候选分界位置之后的模式断裂指数作为高断裂部分，取候选分界位置之后的第一个模式断裂指数作为当前候选分界位置对应的候选分界值。

25、选取使低断裂部分与高断裂部分分离程度最大的候选分界位置对应的候选分界值作为模式断裂分界值，将模式断裂指数不小于模式断裂分界值的连续局部分区确定为初始断裂分区，并对初始断裂分区进行连通聚合，得到有效模式断裂区。

26、作为本发明所述基于模式识别的金属表面质量评估方法的一种优选方案，其中：所述通过有效模式断裂区内表面响应模式片段的变化形态判定异常类型，具体步骤为：

27、读取有效模式断裂区内全部表面响应模式片段及对应的方向响应一致程度、纹理起伏偏离程度及空间过渡偏离程度，提取沿连续局部分区排列方向的延展形态、方向次序不一致的集中形态及纹理起伏偏离程度与空间过渡偏离程度的主导关系，并将有效模式断裂区判定为划伤类、焊接残留类、腐蚀类、处理不足类或混合异常类。

28、作为本发明所述基于模式识别的金属表面质量评估方法的一种优选方案，其中：所述根据有效模式断裂区所在工艺分区、区域质量损失量及整面质量保持度，确定待测金属工件的质量评估依据和质量评估结果，具体步骤为：

29、将端部转折处所在的连续局部分区及左侧、右侧、上侧和下侧直接相邻的连续局部分区作为转折工艺分区，将与稳定轮廓直接接触的连续局部分区及左侧、右侧、上侧和下侧直接相邻且不属于转折工艺分区的连续局部分区作为边缘工艺分区，剩余连续局部分区作为主体工艺分区；

30、将有效模式断裂区映射到工艺分区中，并按有效模式断裂区在所在工艺分区中的覆盖占比和平均断裂水平确定区域质量损失量，按全部有效模式断裂区对应的质量保留部分确定整面质量保持度，汇总有效模式断裂区的所在工艺分区、覆盖位置、异常类型、覆盖占比、平均断裂水平、区域质量损失量、变化形态结果及整面质量保持度形成待测金属工件的质量评估依据；

31、当不存在有效模式断裂区时，将待测金属工件确定为合格，当存在有效模式断裂区时，判断是否出现任一有效模式断裂区位于转折工艺分区或边缘工艺分区且异常类型为划伤类、任一有效模式断裂区的异常类型为焊接残留类、任一有效模式断裂区的异常类型为处理不足类及全部有效模式断裂区中最大的区域质量损失量不小于整面质量保持度，当存在任一情形时，将待测金属工件确定为返修，当不存在任一情形但存在有效模式断裂区时，将待测金属工件确定为复检。

32、第二方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的基于模式识别的金属表面质量评估方法的任一步骤。

33、第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的基于模式识别的金属表面质量评估方法的任一步骤。

34、本发明有益效果为：通过对全部图像进行辐照校正和刚性配准，建立同批次合格表面模式基准，实现了待测金属工件与同批次合格工件在相同表面位置上的稳定对应，提升了表面状态比较稳定性，通过有效模式断裂区内表面响应模式片段的变化形态判定异常类型，并结合工艺分区、区域质量损失量及整面质量保持度确定质量评估结果，实现了局部异常区域识别结果向整面质量状态的统一传递，增强了整面质量评估完整性。