基于计算机视觉的电池支架焊接缺陷智能化识别系统的制作方法

本技术涉及图像处理，具体涉及一种基于计算机视觉的电池支架焊接缺陷智能化识别系统。

背景技术：

1、电池支架用于承载、定位或连接电池组件，其焊接区域的表面质量会影响后续装配和质量检验。工业视觉检测能够在不接触工件的条件下获取焊缝表面图像，并依据灰度、边缘、纹理或几何结构对焊缝表面异常进行识别，因此适合布置于焊接工位后的自动检测环节。

2、在电池支架金属焊缝的成像过程中，焊缝余高、宽度、熔合边缘形态以及金属表面的反射状态会沿焊缝延伸方向发生变化。即使焊缝不存在表面缺陷，不同位置的图像也可能具有不同的焊缝几何尺度、边缘灰度过渡宽度以及局部明暗响应，使正常焊缝不同位置之间难以形成稳定一致的图像比较基准，正常变化容易与缺陷引起的变化混杂。

3、当凹陷、咬边、裂纹或其他表面异常沿焊缝延伸方向连续存在时，异常区域内多个相邻位置可能具有相近的异常图像结构。采用局部邻域图像形成比较基准时，这种空间连续性容易减小实际异常与比较基准之间的差异，使连续表面异常的图像响应被弱化。

4、因此，现有工业视觉检测在焊缝正常成像变化与连续表面异常同时存在时，仍存在异常识别稳定性不足的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本技术的目的在于提供一种基于计算机视觉的电池支架焊接缺陷智能化识别系统，所采用的技术方案具体如下：

2、本技术一个实施例提供了一种基于计算机视觉的电池支架焊接缺陷智能化识别系统，该系统包括：横向截线获取模块，用于获取一个待检测焊缝的焊缝区域的焊缝中心线以及位于两个焊缝边缘之间的各横向截线并在各横向截线上进行采样获取各归一化横向采样位置；

3、校准灰度曲线获取模块，用于在一个横向截线两侧分别进行延伸获取两侧的延伸线段并在所述延伸线段上进行等距采样获取各边缘采样位置；对两个横向截线的一侧的各边缘采样位置的灰度变化进行分析获取两个横向截线对应的校准灰度曲线；

4、横向截线连续区间确定模块，用于基于每两个相邻的横向截线对应的校准灰度曲线以及各横向截线的实际灰度曲线确定横向截线连续区间；利用横向截线连续区间之外的其他横向截线构建正常参考源集合；

5、正常边缘灰度过渡曲线构建模块，用于在正常参考源集合中基于横向截线连续区间获取前正常参考锚线和后正常参考锚线；利用正常参考锚线和后正常参考锚线以及横向截线连续区间中一个横向截线的位置情况获取该横向截线两侧的正常边缘灰度过渡曲线；

6、正常参考灰度曲线构建模型，用于基于前正常参考锚线、后正常参考锚线、横向截线连续区间中一个横向截线的位置情况以及该横向截线两侧的正常边缘灰度过渡曲线构建该横向截线的正常参考灰度曲线；

7、缺陷候选区域确定模块，用于基于横向截线连续区间中一个横向截线的实际灰度曲线和正常参考灰度曲线获取该横向截线各归一化横向采样位置的灰度偏离量；利用横向截线连续区间中各横向截线各归一化横向采样位置的灰度偏离量确定异常归一化横向采样位置并进行连通域分析获取缺陷候选区域。

8、优选地，获取一个待检测焊缝的焊缝区域的焊缝中心线以及位于两个焊缝边缘之间的各横向截线并在各横向截线上进行采样获取各归一化横向采样位置，包括：

9、对焊缝区域进行骨架化处理获取沿焊缝延伸方向的焊缝中心线；沿焊缝中心线按照焊缝延伸方向依次设置不同的采样位置；对于一个采样位置，利用该采样位置的前一采样位置与后一采样位置的连线方向作为局部切向方向，沿与局部切向方向垂直的方向经过该采样位置做直线，与两个焊缝边缘交于两个交点，两个交点之间的线段为该采样位置的横向截线，其中所述两个焊缝边缘分别记为第一焊缝边缘和第二焊缝边缘；将该采样位置的横向截线与两个焊缝边缘的交点的横坐标分别对应为归一化横向位置0和1，在[0,1]内均匀设置m个归一化横向采样位置，得到该采样位置的横向截线上的各归一化横向采样位置。

10、优选地，在一个横向截线两侧分别进行延伸获取两侧的延伸线段并在所述延伸线段上进行等距采样获取各边缘采样位置，包括：

11、对于一条横向截线，分别以该横向截线与第一焊缝边缘和第二焊缝边缘的交点作为两侧的边缘采样基准位置；沿该横向截线从一个边缘采样基准位置向母材侧延伸固定的边缘外侧距离，并向焊缝侧延伸固定的边缘内侧距离得到该边缘采样基准位置对应的一侧的延伸线段；同理得到该横向截线另一侧的延伸线段；在一侧的延伸线段上等间距进行采样获取各该侧的延伸线段上的各边缘采样位置，同理可以得到另一侧的延伸线段上的各边缘采样位置。

12、优选地，对两个横向截线的一侧的各边缘采样位置的灰度变化进行分析获取两个横向截线对应的校准灰度曲线，包括：

13、利用符号函数对一条横向截线一侧对应的延伸线段上的最后一个边缘采样位置和第一个边缘采样位置的灰度的差值绝对值进行映射得到该横向截线该侧的边缘灰度过渡方向；利用该横向截线该侧的边缘灰度过渡方向乘以两个相邻的边缘采样位置中后一个边缘采样位置与前一个边缘采样位置的灰度的差值，得到间隔灰度变化特征，取所述间隔灰度变化特征和第一预设值中的最大值作为后一个边缘采样位置的边缘有效灰度变化量；利用该横向截线该侧的对应的延伸线段上一个边缘采样位置以及该边缘采样位置之前各边缘采样位置的边缘有效灰度变化量的和除以所有边缘采样位置的边缘有效灰度变化量的和得到该边缘采样位置的边缘灰度过渡进度；

14、将一个横向截线一侧对应的延伸线段上各边缘采样位置中边缘灰度过渡进度连续相等的各边缘采样位置段中的第一个边缘采样位置以及其他离散的边缘采样位置作为有效进度节点；在0至1之间均匀设置不同的边缘灰度过渡进度采样值；对于一个边缘灰度过渡进度采样值和两个横向截线，在其中一个横向截线一侧对应的延伸线段上找到缘灰度过渡进度与该边缘灰度过渡进度采样值相等的有效进度节点，在另一个横向截线同一侧对应的延伸线段上找到缘灰度过渡进度与该边缘灰度过渡进度采样值相等的有效进度节点，将两个有效进度节点对应的灰度组成该边缘灰度过渡进度采样值在两个横向截线该侧的对应灰度样本；

15、将需要进行灰度转换的一条横向截线定义为源横向截线，将另一条横向截线定义为目标横向截线，将两条横向截线一侧的对应灰度样本按照源横向截线对应的灰度值进行排序并获取其中源横向截线对应的灰度值连续相等的各对应灰度样本段；将一个对应灰度样本段中的源横向截线对应的灰度值和各对应灰度样本的目标横向截线对应的灰度值的均值组成一个转换节点，利用分侧灰度转换关系结合所述转换节点获取源横向截线该侧各灰度值转换到目标横向截线该侧的灰度值，所述该侧的分侧灰度转换关系具体为：

16、，

17、其中，为源横向截线m第q侧灰度值g转换到目标横向截线i第q侧的灰度值；分别表示源横向截线m和目标横向截线i第q侧对应的第j个转换节点中源横向截线对应的灰度值和目标横向截线i对应的灰度值；分别表示源横向截线m和目标横向截线i第q侧对应的第j+1个转换节点中源横向截线对应的灰度值和目标横向截线i对应的灰度值；

18、利用源横向截线两侧灰度值转换到目标横向截线两侧的灰度值得到源横向截线和目标横向截线对应的校准灰度曲线，所述校准灰度曲线的计算模型具体为：

19、，

20、其中，为源横向截线m和目标横向截线i对应的校准灰度曲线；表示将源横向截线m在归一化横向位置处的灰度值，按照第一焊缝边缘侧l的分侧灰度转换关系，转换到目标横向截线的第一焊缝边缘侧的灰度值；表示将源横向截线在归一化横向位置处的灰度值，按照第二焊缝边缘侧的分侧灰度转换关系，转换到目标横向截线的第二焊缝边缘侧的灰度值。

21、优选地，基于每两个相邻的横向截线对应的校准灰度曲线以及各横向截线的实际灰度曲线确定横向截线连续区间，包括：

22、对于相邻的第i条横向截线和第i+1条横向截线，将第i+1条横向截线作为源横向截线、第i条横向截线作为目标横向截线，并组成第i对相邻横向截线对；将第i条横向截线的实际灰度曲线、第i+1条横向截线和第i条横向截线对应的校准灰度曲线进行作差并取绝对值获取第i对相邻横向截线对的截线间灰度变化量；将全部相邻横向截线对的截线间灰度变化量按照相邻横向截线对的索引和归一化横向位置排列，形成截线间变化图；截线间变化图的第i行表示第i对相邻横向截线对的截线间灰度变化量；

23、在截线间变化图中找到每对相邻横向截线对对应的各归一化横向采样位置的截线间灰度变化量，若一对相邻横向截线对对应的一个归一化横向采样位置的截线间灰度变化量大于该归一化横向采样位置的正常变化上限，则将该归一化横向采样位置记为变化点；对各变化点采用8邻域连通处理得到变化边界带；

24、沿焊缝延伸方向依次处理未配对的变化边界带，对于一个上游的变化边界带，仅在起始相邻横向截线对的索引大于该上游的变化边界带最大索引的后续变化边界带中，搜索归一化横向位置投影至少包含一个相同的变化边界带，并将满足该条件且起始相邻横向截线对索引最小的变化边界带确定为配对的下游的变化边界带；设上游的变化边界带覆盖的最大相邻横向截线对索引为，下游的变化边界带覆盖的最小相邻横向截线对索引为，则，上游的变化边界带表示第条横向截线与第条横向截线之间发生明显变化，下游的变化边界带表示第条横向截线与第条横向截线之间发生明显变化，将第条至第条横向截线确定为横向截线连续区间。

25、优选地，在正常参考源集合中基于横向截线连续区间获取前正常参考锚线和后正常参考锚线，包括：

26、对于横向截线连续区间，在正常参考源集合中搜索满足的横向截线，并将使沿焊缝延伸方向的位置坐标差最小的横向截线确定为前正常参考锚线；在正常参考源集合中搜索满足的横向截线，并将使沿焊缝延伸方向的位置坐标差最小的横向截线确定为后正常参考锚线；其中和为横向截线的索引编号。

27、优选地，利用正常参考锚线和后正常参考锚线以及横向截线连续区间中一个横向截线的位置情况获取该横向截线两侧的正常边缘灰度过渡曲线，包括：

28、获取前正常参考锚线和后正常参考锚线的边缘灰度过渡进度灰度函数和；分别表示前正常参考锚线和后正常参考锚线第q侧边缘灰度过渡进度为时的灰度值，p和n分别表示前正常参考锚线和后正常参考锚线的索引；

29、对于横向截线连续区间中一个横向截线，求取该横向截线与前正常参考锚线沿焊缝延伸方向的位置坐标的差值并除以后正常参考锚线与前正常参考锚线沿焊缝延伸方向的位置坐标的差值得到该横向截线的待检测位置相对比例；将第二预设值和待检测位置相对比例的差值、待检测位置相对比例分别作为前正常参考锚线和后正常参考锚线的边缘灰度过渡进度灰度函数和的权重进行加权求和得到该横向截线第q侧的正常边缘灰度过渡曲线。

30、优选地，基于前正常参考锚线、后正常参考锚线、横向截线连续区间中一个横向截线的位置情况以及该横向截线两侧的正常边缘灰度过渡曲线构建该横向截线的正常参考灰度曲线，包括：

31、基于边缘灰度过渡进度采样值、前正常参考锚线、得后正常参考锚线，横向截线连续区间中一个横向截线两侧的正常边缘灰度过渡曲线获取分别获取前锚线校准灰度曲线和后锚线校准灰度曲线；将第二预设值和待检测位置相对比例的差值、待检测位置相对比例分别作为前锚线校准灰度曲线和后锚线校准灰度曲线的权重进行加权求和得到该横向截线的正常参考灰度曲线。

32、优选地，利用横向截线连续区间中各横向截线各归一化横向采样位置的灰度偏离量确定异常归一化横向采样位置并进行连通域分析获取缺陷候选区域，包括：

33、将横向截线连续区间中各横向截线各归一化横向采样位置的灰度偏离量按照横向截线的索引和归一化横向采样位置进行排列得到灰度偏离图；若灰度偏离图一个横向截线一个归一化横向采样位置的灰度偏离量大于该归一化横向采样位置的正常灰度偏离上限，则该归一化横向采样位置为异常归一化横向采样位置；对异常归一化横向采样位置进行8邻域连通处理后形成异常区域，所述异常区域位于灰度偏离图中；异常区域映射回焊缝区域得到缺陷候选区域。

34、本技术实施例至少具有如下有益效果：本技术通过边缘灰度过渡进度建立不同横向截线之间的局部成像对应，将不同边缘过渡宽度下的灰度响应转换到共同的过渡阶段进行校准，降低焊缝宽度变化、边缘过渡宽度变化以及局部明暗响应变化对截线间比较的影响；本技术根据校准后的截线间变化确定横向截线连续区间，并将横向截线连续区间内部横向截线排除于正常参考源集合，使连续存在的异常不能通过邻近横向截线重新进入自身正常参考；本技术利用横向截线连续区间外前正常参考锚线和后正常参考锚线跨越横向截线连续区间重构横向截线两侧的正常边缘灰度过渡曲线及各横向截线的正常参考灰度曲线，使实际灰度曲线与正常参考灰度曲线之间的灰度偏离量更集中反映不能由正常局部成像变化解释的图像异常，降低正常焊缝几何及光度变化造成的误检风险，并降低连续异常进入局部参考后使异常响应被削弱的漏检风险，使焊后自动视觉检测获得更稳定的缺陷候选位置。