基于图像处理的棒材端部对齐检测方法及装置与流程

1.本发明涉及工业自动化领域，尤其涉及一种基于图像处理的棒材端部对齐检测方法及装置。


背景技术：

2.本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
3.在棒材的生产过程中，轧件需要经过定尺剪这一工序，经过定尺剪的剪切后，将一支轧件分割成若干支长度相等的轧件，而分割的长度是最终成品的整数倍。在定尺剪这一工序上，分割长度的精确度，对于棒材的成材率有至关重要的作用。
4.在棒材生产的自动化控制中，如图1所示，在定尺剪之前，设置定尺挡板，当成批棒材通过定尺剪后，在传送辊道的带动下撞击定尺挡板，达到端部对齐的目的，然后定尺剪落下，完成剪切。
5.在实际的生产中，定尺挡板处的棒材端部是否对齐，并没有相应的检测手段，经常会出现端部没有对齐的情况，如果此时进行剪切，就会造成短尺，降低成材率，给厂里造成严重的经济损失。
6.目前棒材生产线大多是专门设置一个工作岗位，由操作工在生产线旁进行人工目检，当看到棒材没有对齐时，再次操作设备进行撞击对齐，直至满足生产要求为止。这种人工目检方式，存在如下不足：
7.①
操作工的工作强度非常大，且长期受到噪音的影响；
8.②
长时间的现场工作，会造成操作工目检准确率的下降；
9.③
人工目检精度有限，且经常会发生漏检的情况；
10.④
无法实现自动化的闭环控制，降低生产效率；
11.⑤
与减人增效的预期目标不符。
12.针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

13.本发明实施例中提供了一种基于图像处理的棒材端部对齐检测方法，用以解决现有技术中，采用人工目检的方式实现定尺挡板处棒材端部的对齐检测，存在准确率和效率低下的技术问题，该方法包括：采集定尺挡板处的棒材端部图像，棒材端部图像中包含：多根棒材的端部；检测出棒材端部图像中的一个或多个阴影区域；在棒材端部图像中，确定每个阴影区域对应的延长区域；判断每个阴影区域对应的延长区域内是否存在棒材端部，将延长区域内存在棒材端部的阴影区域，确定为棒材缺失区域；根据棒材端部图像中是否存在棒材缺失区域，确定定尺挡板处是否存在未对齐的棒材。
14.本发明实施例中还提供了一种基于图像处理的棒材端部对齐检测装置，用以解决现有技术中，采用人工目检的方式实现定尺挡板处棒材端部的对齐检测，存在准确率和效
率低下的技术问题，该装置包括：图像采集模块，用于采集定尺挡板处的棒材端部图像，棒材端部图像中包含：多根棒材的端部；阴影区域检测模块，用于检测出棒材端部图像中的一个或多个阴影区域；延长区域确定模块，用于在棒材端部图像中，确定每个阴影区域对应的延长区域；棒材缺失区域确定模块，用于判断每个阴影区域对应的延长区域内是否存在棒材端部，将延长区域内存在棒材端部的阴影区域，确定为棒材缺失区域；棒材端部对齐检测模块，用于根据棒材端部图像中是否存在棒材缺失区域，确定定尺挡板处是否存在未对齐的棒材。
15.本发明实施例中还提供了一种计算机设备，用以解决现有技术中，采用人工目检的方式实现定尺挡板处棒材端部的对齐检测，存在准确率和效率低下的技术问题，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述基于图像处理的棒材端部对齐检测方法。
16.本发明实施例中还提供了一种计算机可读存储介质，用以解决现有技术中，采用人工目检的方式实现定尺挡板处棒材端部的对齐检测，存在准确率和效率低下的技术问题，该计算机可读存储介质存储有执行上述基于图像处理的棒材端部对齐检测方法的计算机程序。
17.本发明实施例中，通过采集定尺挡板处的棒材端部图像，并检测出棒材端部图像中的一个或多个阴影区域，在采集的棒材端部图像中，确定每个阴影区域对应的延长区域，进而判断每个阴影区域对应的延长区域内是否存在棒材端部，将延长区域内存在棒材端部的阴影区域，确定为棒材缺失区域，最后根据棒材端部图像中是否存在棒材缺失区域，确定定尺挡板处是否存在未对齐的棒材。与现有技术中采用人工目检的方式实现定尺挡板处棒材端部对齐检测的技术方案相比，本发明实施例，能够大大提高定尺挡板处棒材端部对齐检测的准确率和效率，实现无人自动化化的棒材定尺剪切。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
19.图1为现有技术中提供的一种定尺剪切多根棒材的示意图；
20.图2为本发明实施例中提供的一种基于图像处理的棒材端部对齐检测方法流程图；
21.图3为本发明实施例中提供的一种棒材纹理提取与角度检测的流程图；
22.图4为本发明实施例中提供的一种对图像中阴影区域进行识别的流程图；
23.图5为本发明实施例中提供的一种对图像中缩钢区域进行识别的流程图；
24.图6为本发明实施例中提供的一种基于图像处理的棒材端部对齐检测装置示意图；
25.图7为本发明实施例中提供的一种计算机设备示意图。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
27.本发明实施例中提供了一种基于图像处理的棒材端部对齐检测方法，可以应用但不限于定尺挡板处钢材端部的对齐检测。
28.图2为本发明实施例中提供的一种基于图像处理的棒材端部对齐检测方法流程图，如图2所示，该方法包括如下步骤：
29.s201，采集定尺挡板处的棒材端部图像。
30.需要说明的是，采集的棒材端部图像中可以包含一根或多根棒材的端部；当采集的棒材端部图像中包含一根棒材的端部的情况下，可以判断该棒材的端部与定尺挡板之间是否存在缝隙，实现单根棒材的定尺剪切；当采集的棒材端部图像中包含多根棒材的端部的情况下，可以判断其中的一根或多根棒材的端部与定尺挡板之间是否存在缝隙，可实现多根棒材对齐检测的目的，从而实现成批(多根)棒材的定尺剪切。
31.s202，检测出棒材端部图像中的一个或多个阴影区域。
32.在一个实施例中，上述s202可以通过如下步骤来实现：对棒材端部图像进行对比度增强处理；采用阈值分割算法，从对比度增强处理后的棒材端部图像中检测出一个或多个阴影区域。
33.s203，在棒材端部图像中，确定每个阴影区域对应的延长区域；
34.s204，判断每个阴影区域对应的延长区域内是否存在棒材端部，将延长区域内存在棒材端部的阴影区域，确定为棒材缺失区域。
35.需要说明的是，本发明实施例中的棒材缺失区域(也称缩钢区域)是指棒材端部没有对齐的区域，即棒材端部与定尺挡板之间具有一定的缝隙，在采集的棒材端部图像上会形成一个阴影区域。但采集的棒材端部图像上的阴影区域不仅仅只有棒材缺失区域，因而，在检测出棒材端部图像中的一个或多个阴影区域后，需要结合图像中提取的每根棒材所在的直线，进一步地判断检测出的阴影区域是否为棒材缺失区域。
36.s205，根据棒材端部图像中是否存在棒材缺失区域，确定定尺挡板处是否存在未对齐的棒材。
37.在一个实施例中，本发明实施例中提供的基于图像处理的棒材端部对齐检测方法还可以包括如下步骤：从采集的棒材端部图像中，提取每根棒材所在的直线；确定每根棒材所在直线沿棒材端部图像x轴方向的倾斜角度θ；则上述s203具体可以通过如下步骤来实现：获取每个阴影区域沿棒材端部图像y轴方向的上限位置和下限位置；对于每个阴影区域，绘制经过上限位置的第一直线和经过下限位置的第二直线，其中，第一直线和第二直线的斜率均为tanθ；根据第一直线和第二直线，确定每个阴影区域对应的延长区域。
38.为了从采集的棒材端部图像中准确提取出每根棒材所在的直线，在一个实施例中，本发明实施例中提供的基于图像处理的棒材端部对齐检测方法，可以通过如下步骤来从采集的棒材端部图像中，提取每根棒材所在的直线：对采集的时域棒材端部图像进行快速傅里叶变换处理，得到频域棒材端部图像；基于预先构建的带通滤波器，对频域棒材端部图像进行卷积运算，过滤掉频域棒材端部图像中的低频区域和高频区域；对过滤掉低频区
域和高频区域的频域棒材端部图像进行快速傅里叶逆变换，得到过滤处理后的时域棒材端部图像；从过滤处理后的时域棒材端部图像中，提取每根棒材所在的直线。
39.在具体实施时，从过滤处理后的时域棒材端部图像中，提取每根棒材所在的直线，可以通过如下步骤来实现：利用sobel算子对过滤处理后的时域棒材端部图像进行边缘检测；采用统计学方法和霍夫变换，提取每根棒材所在的直线。
40.图3为本发明实施例中提供的一种棒材纹理提取与角度检测的流程图，如图3所示，具体可包括：
41.1)分别构建一个高斯高通滤波器(hp_filter)和一个低通滤波器(lp_filter)
42.2)计算两个滤波器的差值(sub)，实现一个带通滤波器(bp_filter)。
43.3)对原始图片进行快速傅里叶变换(fft)，然后在频域上利用得到的带通滤波器(bp_filter)进行卷积计算，过滤掉图片的低频区域和高频区域。其中低频区域对应图片中灰度变化缓慢的区域(如对齐挡板、运输台架等)，这样处理过的图片可以保留棒材表面的纹理特征。
44.4)卷积后的结果再进行傅里叶反变换(ifft)，重新转换为时域图片。
45.5)执行sobel边缘检测，即可得到棒材表面纹理的二值图像。
46.6)采用统计学方法和霍夫变换(hough transform)获取图像中每根棒材对应的直线，直线的倾斜角度θ即为棒材的角度。
47.在获取到采集的棒材端部图像后，可以首先对图像进行对比度增强处理，以便更准确地识别出图像中的阴影区域。图4为本发明实施例中提供的一种对图像中阴影区域进行识别的流程图，如图4所示，首先，通过如下公式对图像进行对比度增强处理：
48.g
new
＝g
old
×
7-300；
49.其中，g
old
是图像原始灰度，g
new
是图像增强后的灰度，如果g
new
＜0，则设置g
new
＝0；如果g
new
＞255，则设置g
new
＝255。
50.通过上述图像对比度处理，可以使图像暗部区域灰度值更低，亮部区域灰度值更高。然后采用阈值分割算法检测出阴影区域。
51.需要注意的是，检测出的阴影区域不一定就是缩钢区域，图像上一些发暗的地方都会被检测为阴影区域，因此需要进一步识别图像中的缩钢区域。
52.图5为本发明实施例中提供的一种对图像中缩钢区域进行识别的流程图，如图5所示，具体包括：
53.1)如果从采集的棒材端部图像中检测出阴影区域r存在，则找出每个阴影区域r的y轴坐标的上限值和下限值，分别用y
up
、y
down
表示。
54.2)从采集的棒材端部图像中提取出的棒材所在直线，找出y
up
、y
down
区间的棒材角度θ，然后过y
up
、y
down
两点，以tanθ为斜率作两条直线l1、l2；
55.3)由于阴影区域r必定在l1、l2两条直线所夹的区间内，如果阴影区域r的延长区域内有棒材纹理边缘特征存在，则说明当前阴影区域为缩钢区域，棒材端部没有对齐。如果阴影区域r的延长区域内没有棒材纹理边缘特征存在，则说明当前阴影区域非缩钢区域。
56.基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种基于图像处理的棒材端部对齐检测装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与基于图像处理的棒材端部对齐检测方法相似，因此该装置的实施可以参见基于图像处理的棒材端部对齐检测方法的
实施，重复之处不再赘述。
57.图6为本发明实施例中提供的一种基于图像处理的棒材端部对齐检测装置示意图，如图6所示，该装置包括：图像采集模块61、阴影区域检测模块62、延长区域确定模块63、棒材缺失区域确定模块64和棒材端部对齐检测模块65。
58.其中，图像采集模块61，用于采集定尺挡板处的棒材端部图像，棒材端部图像中包含：多根棒材的端部；阴影区域检测模块62，用于检测出棒材端部图像中的一个或多个阴影区域；延长区域确定模块63，用于在棒材端部图像中，确定每个阴影区域对应的延长区域；棒材缺失区域确定模块64，用于判断每个阴影区域对应的延长区域内是否存在棒材端部，将延长区域内存在棒材端部的阴影区域，确定为棒材缺失区域；棒材端部对齐检测模块65，用于根据棒材端部图像中是否存在棒材缺失区域，确定定尺挡板处是否存在未对齐的棒材。
59.在一个实施例中，本发明实施例中提供的基于图像处理的棒材端部对齐检测装置还包括：棒材提取模块66，用于从采集的棒材端部图像中，提取每根棒材所在的直线；确定每根棒材所在直线沿棒材端部图像x轴方向的倾斜角度θ；其中，延长区域确定模块63还用于：获取每个阴影区域沿棒材端部图像y轴方向的上限位置和下限位置；对于每个阴影区域，绘制经过上限位置的第一直线和经过下限位置的第二直线，其中，第一直线和第二直线的斜率均为tanθ；根据第一直线和第二直线，确定每个阴影区域对应的延长区域。
60.在一个实施例中，本发明实施例中提供的基于图像处理的棒材端部对齐检测装置中，棒材提取模块66可具体包括：时域转频域子模块661，用于对采集的时域棒材端部图像进行快速傅里叶变换处理，得到频域棒材端部图像；频域图像处理子模块662，用于基于预先构建的带通滤波器，对频域棒材端部图像进行卷积运算，过滤掉频域棒材端部图像中的低频区域和高频区域；频域转时域子模块663，用于对过滤掉低频区域和高频区域的频域棒材端部图像进行快速傅里叶逆变换，得到过滤处理后的时域棒材端部图像；棒材提取子模块664，用于从过滤处理后的时域棒材端部图像中，提取每根棒材所在的直线。
61.可选地，上述棒材提取子模块664还用于：利用sobel算子对过滤处理后的时域棒材端部图像进行边缘检测；采用统计学装置和霍夫变换，提取每根棒材所在的直线。
62.在一个实施例中，本发明实施例中提供的基于图像处理的棒材端部对齐检测装置中，阴影区域检测模块62包括：图像对比度处理子模块621，用于对棒材端部图像进行对比度增强处理；阴影区域检测子模块622，用于采用阈值分割算法，从对比度增强处理后的棒材端部图像中检测出一个或多个阴影区域。
63.基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种计算机设备，用以解决现有技术中，采用人工目检的方式实现定尺挡板处棒材端部的对齐检测，存在准确率和效率低下的技术问题，图7为本发明实施例中提供的一种计算机设备示意图，如图7所示，该计算机设备70包括存储器701、处理器702及存储在存储器701上并可在处理器702上运行的计算机程序，处理器702执行计算机程序时实现上述基于图像处理的棒材端部对齐检测方法。
64.基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种计算机可读存储介质，用以解决现有技术中，采用人工目检的方式实现定尺挡板处棒材端部的对齐检测，存在准确率和效率低下的技术问题，该计算机可读存储介质存储有执行上述基于图像处理的棒材端部对齐检测方法的计算机程序。
65.综上所述，本发明实施例中提供了一种基于图像处理的棒材端部对齐检测方法、装置、计算机设备及计算机可读存储介质，通过采集定尺挡板处的棒材端部图像，并检测出棒材端部图像中的一个或多个阴影区域，在采集的棒材端部图像中，确定每个阴影区域对应的延长区域，进而判断每个阴影区域对应的延长区域内是否存在棒材端部，将延长区域内存在棒材端部的阴影区域，确定为棒材缺失区域，最后根据棒材端部图像中是否存在棒材缺失区域，确定定尺挡板处是否存在未对齐的棒材。与现有技术中采用人工目检的方式实现定尺挡板处棒材端部对齐检测的技术方案相比，本发明实施例，能够大大提高定尺挡板处棒材端部对齐检测的准确率和效率，实现无人自动化化的棒材定尺剪切。
66.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
67.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
68.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
69.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
70.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。