一种基于图像处理的橡胶线表面缺陷分割方法与流程
本发明涉及图像处理，尤其涉及一种基于图像处理的橡胶线表面缺陷分割方法。
背景技术：
1、橡胶线是一类以天然橡胶或合成橡胶为主体材料制成的柱状、条状弹性制品，具有良好的弹性、耐磨性、密封性、减震性和绝缘性，被广泛应用于多个工业领域。由于橡胶线大多承担密封、绝缘、缓冲或传力等关键功能，其表面质量对实际使用性能具有重要影响，当橡胶线表面存在凹坑缺陷（裂口、缺口、表皮剥离等橡胶表面的组织缺失）时，会导致局部应力集中，使材料更容易在长期受压、拉伸或弯曲过程中发生疲劳裂开，也会降低橡胶线与配合面的贴合程度，造成漏水、漏气、漏尘以及隔音性能下降，因此，对橡胶线进行表面凹坑缺陷的检测具有重要意义。
2、由于人工检测的人力资源消耗大，且检测准确度受人工主观影响，因此，现有橡胶线的表面缺陷检测方法通常是获取橡胶线的表面图像，利用阈值分割技术对表面图像中的凹坑缺陷进行分割提取，但是，由于橡胶线在挤出、硫化、冷却、牵引、收卷过程中，其表面容易受到外界环境和生产工艺的影响而附着各种污染物，例如：橡胶配方中的炭黑在混炼、挤出过程中可能存在少量游离炭黑析出或转移至表面；为降低脱模阻力和防止胶料粘附模具，生产过程中使用的脱模剂、润滑剂或模具油可能残留于橡胶线表面；冷却、清洗或环境湿度较高时，残留的冷却水、冷凝水或未完全挥发的水分则可能形成水迹，这些表面附着物通常会改变局部颜色、光泽及反射特性，在机器视觉检测中容易与真实凹坑缺陷产生相似的灰度或纹理特征，从而增加缺陷识别和分割的难度，因此，直接通过阈值分割较难直接获得橡胶线表面的凹坑缺陷。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于图像处理的橡胶线表面缺陷分割方法，以解决橡胶表面凹坑与其表面污染覆盖区域在阈值分割后的区域表征较为相似，通过阈值分割较难直接区分的问题。
2、本发明实施例中提供了一种基于图像处理的橡胶线表面缺陷分割方法，该方法包括以下步骤：
3、获取待检测橡胶线在多角度环形光照下的第一表面图像，通过二值化处理得到所述第一表面图像中的连通域，若所述连通域的数量大于1，则依次获取待检测橡胶线在每个光照角度下的第二表面图像，通过二值化处理得到每个第二表面图像中的高亮连通域和阴影连通域；
4、标记所述第一表面图像中的每个连通域在每个第二表面图像中对应的位置区域，根据每个所述位置区域与对应第二表面图像中的高亮连通域和阴影连通域之间的距离，在所有连通域中筛选至少一个立体目标区域；
5、针对任一立体目标区域，根据所述任一立体目标区域中的每个像素点在每个第二表面图像中的灰度值变化，筛选存在较大微小面法向变化的像素点，记为目标像素点；对每两个目标像素点进行光照响应差异分析，并通过平滑拟合得到表征所有目标像素点之间的相邻走势规律的拟合曲线；
6、根据每个目标像素点与所述拟合曲线之间的最短直线距离，获取所述任一立体目标区域的表面凹坑缺陷程度；根据每个立体目标区域的表面凹坑缺陷程度，对所述第一表面图像进行区域分割，得到待检测橡胶线的表面缺陷区域。
7、优选的，所述根据每个所述位置区域与对应第二表面图像中的高亮连通域和阴影连通域之间的距离，在所有连通域中筛选至少一个立体目标区域，包括：
8、针对所述第一表面图像中的任一连通域，在每个第二表面图像中获取所述任一连通域对应的位置区域的最近邻高亮连通域和最近邻阴影连通域，根据位置区域分别与最近邻高亮连通域和最近邻阴影连通域之间的距离，获取所述任一连通域的整体邻近分布程度；
9、根据每两个相邻的第二表面图像之间的最近邻高亮连通域的距离以及最近邻阴影连通域的距离，获取所述任一连通域的整体邻近差异程度；
10、对所述整体邻近分布程度的倒数进行归一化处理，得到第一归一化值，对所述整体邻近差异程度的倒数进行归一化处理，得到第二归一化值，根据所述第一归一化值和所述第二归一化值的乘积，得到所述任一连通域的立体特征程度；
11、若所述任一连通域的立体特征程度大于或等于预设的立体特征程度阈值，则确认所述任一连通域为立体目标区域。
12、优选的，所述根据位置区域分别与最近邻高亮连通域和最近邻阴影连通域之间的距离，获取所述任一连通域的整体邻近分布程度，包括：
13、在任一第二表面图像中，计算所述任一连通域对应的位置区域分别与最近邻高亮连通域和最近邻阴影连通域之间的第一欧式距离和第二欧式距离，并计算最近邻高亮连通域和最近邻阴影连通域之间的第三欧式距离；
14、计算所述第一欧式距离和所述第二欧式距离的相加值，得到所述相加值与所述第三欧式距离的乘积，作为任一第二表面图像对应的邻近分布程度；获取所有第二表面图像对应的邻近分布程度进行累加，得到所述任一连通域的整体邻近分布程度。
15、优选的，所述根据每两个相邻的第二表面图像之间的最近邻高亮连通域的距离以及最近邻阴影连通域的距离，获取所述任一连通域的整体邻近差异程度，包括：
16、；
17、其中，表示第q个连通域的整体邻近差异程度，表示第q个连通域在第i个第二表面图像中对应的位置区域与其最近邻高亮连通域之间的欧式距离，表示第q个连通域在第i+1个第二表面图像中对应的位置区域与其最近邻高亮连通域之间的欧式距离，示第q个连通域在第i个第二表面图像中对应的位置区域与其最近邻阴影连通域之间的欧式距离，示第q个连通域在第i+1个第二表面图像中对应的位置区域与其最近邻阴影连通域之间的欧式距离，| |表示绝对值符号。
18、优选的，所述根据所述任一立体目标区域中的每个像素点在每个第二表面图像中的灰度值变化，筛选存在较大微小面法向变化的像素点，包括：
19、针对所述任一立体目标区域中的任一像素点，将所述任一像素点在每个第二表面图像中对应位置处的像素点的灰度值，按照光照角度从小到大的顺序进行排列，得到所述任一像素点的初始灰度值序列，若所述任一像素点在第二表面图像中对应位置处的像素点属于阴影连通域，则将初始灰度值序列中对应的灰度值删除，对应得到所述任一像素点的目标灰度值序列；
20、计算所述目标灰度值序列中的任一灰度值与每个其他灰度值之间的差值绝对值，得到差值绝对值的累加值作为所述任一灰度值的灰度值差异程度；获取所述目标灰度值序列中每个灰度值的灰度值差异程度，对所有灰度值差异程度的累加值进行归一化处理，得到所述任一像素点的微小面法向变化程度；若所述任一像素点的微小面法向变化程度大于或等于预设的微小面法向变化程度阈值，则确定所述任一像素点为存在较大微小面法向变化的像素点。
21、优选的，所述对每两个目标像素点进行光照响应差异分析，并通过平滑拟合得到表征所有目标像素点之间的相邻走势规律的拟合曲线，包括：
22、将位于所述任一立体目标区域的最上侧且最左侧的目标像素点为第一分析起点，计算所述第一分析起点与每个非分析起点之间的相邻相似程度，将最大相邻相似程度对应的非分析起点作为所述第一分析起点的最相邻相似像素点；
23、将所述最相邻相似像素点作为第二分析起点，在不包括第一分析起点的剩余目标像素点中，按照第一分析起点的最相邻相似像素点的获取方法，获取所述第二分析起点的最相邻相似像素点，依次类推，将所有目标像素点连接为一个链；
24、按照链上的目标像素点的位置顺序，对所有目标像素点的位置进行平滑拟合，得到对应的拟合曲线，用于表征所有目标像素点之间的相邻走势规律。
25、优选的，所述计算所述第一分析起点与每个非分析起点之间的相邻相似程度，包括：
26、所述非分析起点是指不包括第一分析起点的目标像素点；针对任一非分析起点，计算所述第一分析起点与所述任一非分析起点之间的欧式距离，对所述欧式距离的倒数进行归一化处理，得到位置相邻程度；
27、计算所述第一分析起点与所述任一非分析起点在每个第二表面图像中对应的像素点之间的灰度值绝对值，得到灰度值绝对值的累加值，对所述灰度值绝对值的累加值的倒数进行归一化处理，得到光照响应相似度；
28、根据所述位置相邻程度和所述光照响应相似度之间的相加值，得到所述第一分析起点与所述任一非分析起点之间的相邻相似程度。
29、优选的，所述根据每个目标像素点与所述拟合曲线之间的最短直线距离，获取所述任一立体目标区域的表面凹坑缺陷程度，包括：
30、根据每个目标像素点与所述拟合曲线之间的最短直线距离，计算最短直线距离的均值，对所述均值进行归一化处理，得到所述任一立体目标区域的表面凹坑缺陷程度。
31、本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
32、本发明中，通过多角度环形光照采集待检测橡胶线的表面图像（一个第一表面图像和多个第二表面图像），利用真实凹坑的立体形貌在不同光照角度下产生环绕式明暗阴影特征，通过分析第二表面图像中的高亮连通域与阴影连通域的距离关系及多角度邻近分布特征，量化获取第一表面图像中每个连通域的立体特征程度，以能够精准筛选出真正具有立体结构的连通域，避免将平面污染区域误判为立体目标区域；进而在立体目标区域内进一步分析像素点的微小面法向变化程度与多角度光照响应序列，筛选存在较大微小面法向变化的像素点，也即是目标像素点，进一步利用loess曲线拟合评估相邻相似目标像素点的走势规律差异，得到表征所有目标像素点之间的相邻走势规律的拟合曲线，巧妙区分了液态附着物（表面光滑弧形、点沿曲线集中分布）与橡胶凹坑（内部翻卷断裂、点离散分布）的本质区别，最后，根据根据每个目标像素点与拟合曲线之间的最短直线距离，分析每个立体目标区域的表面凹坑缺陷程度，实现了对表面凹坑缺陷程度的精确量化与精准分割，为运维人员快速定位缺陷位置、高效评估橡胶线寿命提供了可靠依据。