一种基于边缘特征的晶粒缺陷检测方法

技术特征：
1.一种基于边缘特征的晶粒缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取待检测的晶粒图像和模板晶粒图像；(2)对待检测的晶粒图像和模板晶粒图像进行预处理，然后对模板晶粒图像进行轮廓检测，计算模板晶粒的尺寸参数，再寻找待检测的晶粒图像的所有轮廓，对找到的轮廓依次进行初步筛选，根据用户自主设置的精度等级，将待检测轮廓长宽与模板晶粒长宽进行比较，若待检测的轮廓长宽在限定范围内，则初步认定该轮廓是晶粒，再对其进行下一步检测；(3)模板匹配：将步骤(2)中初步认定为晶粒的轮廓与模板晶粒进行模板匹配，得到二者相关性d，d越接近1说明正相关性越强；(4)设置边缘检测框检测缺陷：对第(3)步认定的晶粒建立大检测框和小检测框，小检测框在晶粒内部，计算检测框内部黑点总数，超过设定的阈值，则认为该晶粒为破损，大检测框在晶粒外部，计算检测框四边上白点总数，超过设定的阈值，则认为该晶粒为双胞。2.根据权利要求1所述的一种基于边缘特征的晶粒缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤(1)中，使用分辨率为3072
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2048的工业相机进行拍摄，获取待检测的晶粒图像和模板晶粒图像。3.根据权利要求1所述的一种基于边缘特征的晶粒缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤(2)中，预处理方法具体如下，对待检测图像和模板晶粒图像分别进行中值滤波，然后进行二值化阈值分割处理，再进行先腐蚀后膨胀的形态学操作。4.根据权利要求1所述的一种基于边缘特征的晶粒缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤(2)中，尺寸参数包括晶粒宽度w/pixel、晶粒长度h/pixel、横向间隙spacex/pixel、纵向间隙spacey/pixel，由用户根据标准晶粒大小、实际要求的排布间隙、实际成像系统参数自主设置的晶粒宽度w/μm、晶粒长度h/μm、横向间隙sx/μm、纵向间隙sy/μm、像素当量factor/μm/pixel，计算出模板晶粒图像对应的晶粒宽度w/pixel、晶粒长度h/pixe、横向间隙spacex/pixel、纵向间隙spacey/pixel，计算公式如下所示，w＝w/factor，h＝h/factor，spacex＝sx/factor，spacey＝sy/factor。5.根据权利要求1所述的一种基于边缘特征的晶粒缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤(3)中，模板匹配使用灰度直方图比较得到初步认定为晶粒的轮廓与模板晶粒的相关性。6.根据权利要求5所述的一种基于边缘特征的晶粒缺陷检测方法，其特征在于：灰度直方图的横坐标表示灰度级，纵坐标表示图像中对应某一灰度级所出现的像素个数或灰度级的频率，获得待检测晶粒与模板晶粒的灰度直方图h1和h2，相关性比较公式如下，h1与h2越正相关，相关系数越接近于1，计算出来的值d如果不小于设置的相关性阈值t，则进入下一步判断。
7.根据权利要求1所述的一种基于边缘特征的晶粒缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤(4)中，大检测框和小检测框建设方法如下，根据晶粒倾斜角度、中心点坐标与设置的最小长、宽可得到小检测框四个顶点坐标；根据晶粒倾斜角度、中心点坐标与设置的最大长、宽可得到大检测框四个顶点坐标。8.根据权利要求7所述的一种基于边缘特征的晶粒缺陷检测方法，其特征在于，检测框顶点坐标计算方法如下：
①
首先对晶粒的四个顶点进行标号，坐标y值最小的是0点，坐标x值最大的是1点，坐标y值最大的是2点，坐标x值最小的是3点；
②
设晶粒倾斜角度绝对值为α
°
，设置检测框的四个顶点为p4，坐标y值最小的是p4[0]点，坐标x值最大的是p4[1]点，坐标y值最大的是p4[2]点，坐标x值最小的是p4[3]点，则根据已知的中心坐标(x0,y0)、角度α以及最小长宽或者最大长宽其中，长为h，宽为w，可由以下公式计算得到四个顶点坐标：晶粒向右倾斜时：p4[0].x＝x0 0.5*w*cos(α)-0.5*h*sin(α)p4[0].y＝y0-0.5*h*cos(α)-0.5*w*sin(α)p4[1].x＝x0-0.5*w*cos(α)-0.5*h*sin(α)p4[1].y＝y0-0.5*h*cos(α) 0.5*w*sin(α)晶粒向左倾斜时：p4[0].x＝x0-0.5*w*cos(α) 0.5*h*sin(α)p4[0].y＝y0-0.5*h*cos(α)-0.5*w*sin(α)p4[1].x＝x0-0.5*w*cos(α)-0.5*h*sin(α)p4[1].y＝y0 0.5*h*cos(α) 0.5*w*sin(α)根据对称性，p4[2]和p4[3]点的坐标可由以下公式得到：p4[2].x＝2*x0-p4[0].xp4[2].y＝2*y0-p4[0].yp4[3].x＝2*x0-p4[1].xp4[3].y＝2*y0-p4[1].y。9.根据权利要求1所述的一种基于边缘特征的晶粒缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤(4)中，晶粒破损检测方法包括以下步骤：
①
找到小检测框最小外接正矩形，检测其内部黑点总数；
②
根据小检测框的四个顶点计算其四边直线方程，由此判断检测出的黑点是否在小检测框内部，计算在小检测框内部的黑点总数；
③
黑点总数超过设定的阈值，则认为该晶粒破损，反之认为该晶粒没有破损。10.根据权利要求1所述的一种基于边缘特征的晶粒缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤(4)中，晶粒是否为双胞的检查方法包括以下步骤：
①
根据大检测框的四个顶点计算其四边直线方程；
②
当晶粒向右倾斜时，短边方向跨度比y方向大，根据相应直线方程对x进行采样；长边y方向跨度比x方向大，根据相应直线方程对y进行采样；当晶粒向左倾斜时，对于短边根据相应直线方程对x进行采样，对于长边根据相应直线方程对y进行采样；该采样方法仅针对
图像上纵向长度大于横向长度的晶粒，而对于图像上横向长度大于纵向长度的晶粒，可以根据同样的思想进行改变采样算法。
③
计算采样得到的白点总数，超过设定的阈值，则认为该晶粒为双胞，反之认为该晶粒不是双胞。

技术总结
本发明公开了一种基于边缘特征的晶粒缺陷检测方法，获取待检测的晶粒图像和模板晶粒图像；对待检测的晶粒图像和模板晶粒图像进行预处理，然后对模板晶粒图像进行轮廓检测，计算模板晶粒的尺寸参数，再寻找待检测的晶粒图像的所有轮廓，对找到的轮廓依次进行初步筛选，根据设置的精度等级，将待检测轮廓长宽与模板晶粒长宽进行比较，若待检测的轮廓长宽在限定范围内，则初步认定该轮廓是晶粒，再对其进行下一步检测；模板匹配：将初步认定为晶粒的轮廓与模板晶粒进行模板匹配，得到二者相关性；设置边缘检测框检测缺陷。本发明使用灰度直方图相似性模板匹配的方法实现晶粒查找并设置检测框检测边缘判断晶粒缺陷。设置检测框检测边缘判断晶粒缺陷。设置检测框检测边缘判断晶粒缺陷。


技术研发人员：胡海兵 尹家杰
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2022.06.10
技术公布日：2022/8/12