近年來，玻璃行業(yè)在中國(guó)迅速發(fā)展，本土企業(yè)的產(chǎn)能也大大提高，加之中國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，中國(guó)在未來幾年將成為最重要的玻璃生產(chǎn)基地之一。隨著玻璃市場(chǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)玻璃產(chǎn)業(yè)迎來了前所未有的機(jī)遇，同時(shí)也面臨著來自國(guó)際市場(chǎng)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

    傳統(tǒng)的玻璃質(zhì)量檢測(cè)方法主要是采取人工在線肉眼監(jiān)視的方法，但人工檢測(cè)速度慢，人眼檢測(cè)還會(huì)受到外界因素的影響，不同的人甚至同一個(gè)人在不同的狀態(tài)下檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同,極易對(duì)缺陷造成漏檢或錯(cuò)檢[1]。因此，要保證玻璃檢測(cè)的準(zhǔn)確與穩(wěn)定，就需一種客觀有效的檢測(cè)方法。
    本文研究一種基于數(shù)字圖像處理的玻璃缺陷在線檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對(duì)玻璃在生產(chǎn)中出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行有效的檢測(cè)。本系統(tǒng)以CCD攝像機(jī)作為圖像傳感器，以數(shù)字圖像處理模塊為玻璃缺陷檢測(cè)的技術(shù)核心對(duì)玻璃制品進(jìn)行檢測(cè)。該系統(tǒng)能夠客觀精確地檢測(cè)出玻璃制品的缺陷，并且不受外部環(huán)境的影響，有著較高的檢測(cè)速度與精度，對(duì)于提高玻璃產(chǎn)品的質(zhì)量與等級(jí)有著重要意義。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    玻璃缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。本系統(tǒng)主要由傳輸帶、照明系統(tǒng)、CCD攝像機(jī)及PC機(jī)等組成。其工作的大體流程為：首先CCD攝像機(jī)拍攝采集生產(chǎn)線上的玻璃制品圖像[2]，該圖像經(jīng)過圖像采集卡變換成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)得到的圖像進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別，并把處理結(jié)果實(shí)時(shí)地顯示在計(jì)算機(jī)上。

    本課題研究的玻璃是透明的，具有低的反射率，因此須采用透射照明的方式，為了使透射光線的強(qiáng)度盡可能大，根據(jù)透射原理，采用紅色光源；該系統(tǒng)的照明要確保采集到的玻璃圖像完整清晰，沒有明顯的色差，并且圖像不能失真；此外，還需考慮光源的穩(wěn)定性，使用壽命等因素，綜上考慮采用紅色的LED作為光源[3]。
2 圖像預(yù)處理
    在對(duì)玻璃缺陷檢測(cè)時(shí)需要對(duì)玻璃圖像進(jìn)行多次處理，通過對(duì)圖像的處理來提高對(duì)缺陷檢測(cè)的準(zhǔn)確性，以提高玻璃的質(zhì)量[4]。玻璃圖像處理流程如圖2所示。

3 缺陷特征提取及識(shí)別分類
    玻璃在生產(chǎn)過程中會(huì)出現(xiàn)氣泡、結(jié)石、光畸變等各種缺陷，本文檢測(cè)的對(duì)象就是玻璃制品上的缺陷，在檢測(cè)過程中，提取缺陷的位置、面積、灰度等特征參數(shù)組成的特征向量，然后將這些可能帶有缺陷的玻璃所具有的特征向量與已知的缺陷的特征向量進(jìn)行比對(duì)[5]，以此判斷缺陷的類型，其流程圖如圖4所示。

3.1 缺陷特征提取
    缺陷特征提取通常是運(yùn)用圖像模板匹配[6]的算法，圖像的匹配算法可以分為基于區(qū)域的匹配方法、基于特征的匹配方法、基于模型的匹配以及基于變換域的匹配等。
    歸一化互相關(guān)算法就是一種基于區(qū)域的匹配算法，該算法通過對(duì)比檢測(cè)圖像和模板圖像得到缺陷圖像，但該算法有計(jì)算量大、計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。根據(jù)玻璃缺陷的特點(diǎn)，對(duì)歸一化互相關(guān)算法進(jìn)行改進(jìn)，并且首次運(yùn)用到玻璃缺陷的檢測(cè)中。改進(jìn)后的歸一化互相關(guān)算法運(yùn)用傅里葉變換進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)算，由于傅里葉快速變換技術(shù)比直接計(jì)算的速度要快，因此用傅里葉變換進(jìn)行頻域相關(guān)計(jì)算是一種可行的方法。由于傅里葉變換將圖像由空間域轉(zhuǎn)換至頻域，因此待測(cè)圖像和標(biāo)準(zhǔn)圖像的數(shù)據(jù)在空間上的相關(guān)運(yùn)算可以轉(zhuǎn)變?yōu)樵陬l域上的復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算。根據(jù)傅里葉分析中的相關(guān)定理可知，2個(gè)函數(shù)在頻域中的乘積等于它們?cè)诳臻g域中的卷積，而相關(guān)則是卷積的一種特定形式。
    由于傅里葉快速變換技術(shù)計(jì)算速度快，所以采用該方法可以顯著提高圖像的匹配速率，減少運(yùn)算次數(shù)，也提高了缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)效率。
    根據(jù)算法將圖像進(jìn)行處理，將標(biāo)準(zhǔn)模板和待檢測(cè)樣品進(jìn)行比對(duì)，以得到缺陷圖像，其效果圖如圖5所示。

3.2 缺陷識(shí)別分類

    缺陷識(shí)別分類的目的在于具體細(xì)化缺陷，加強(qiáng)對(duì)缺陷的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，對(duì)于已發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行有效調(diào)整和后續(xù)補(bǔ)救有著重要的意義。
　目前缺陷識(shí)別分類方法主要是基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[7]算法。但這種算法有著不可避免的缺點(diǎn)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不易確定，且迭代次數(shù)偏多，收斂速度較慢，因此需要對(duì)玻璃缺陷識(shí)別分類選擇一種快速有效的算法。
    本文在缺陷分類上運(yùn)用的是一種改進(jìn)的支持向量機(jī)算法。改進(jìn)的支持向量機(jī)算法的依據(jù)原則是結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化[8]，根據(jù)有限的樣本信息在模型的復(fù)雜性和學(xué)習(xí)能力之間尋求最優(yōu)分類面，以期達(dá)到最佳分類效果。如圖6所示，圖中的#和*是兩種不同的訓(xùn)練樣本，H是將其正確分開的分類線，H1、H2、H相互平行，H1、H2 都是距離H最近的兩類樣本的直線。H1與H2之間的距離即為分類距離，而最優(yōu)分類線的作用就是保證正確分類的同時(shí)確保分類距離最大，將其推廣到高維空間就成為最優(yōu)分類面。

    在運(yùn)用支持向量機(jī)算法檢測(cè)玻璃缺陷時(shí)，選取了一種Gauss徑向基核函數(shù),其表達(dá)式為：
    
    表2中加粗的是正確的識(shí)別結(jié)果，其他的是錯(cuò)誤識(shí)別，由此可以看出,四類缺陷的識(shí)別率都在90%以上，整體的識(shí)別率也達(dá)到95%,所以總體效果較好的。
    檢測(cè)中出現(xiàn)誤判結(jié)果的主要原因是，有些氣泡十分細(xì)小，其外形與劃傷類似，特征不是很明顯，另外有些夾雜的形狀也不確定，這也是造成誤判的一個(gè)原因。
    本文基于數(shù)字圖像處理玻璃缺陷的檢測(cè)與識(shí)別分類中有較好的檢測(cè)效率和較高的檢測(cè)精度，在一定程度上可以滿足玻璃缺陷的檢測(cè)，在玻璃缺陷的檢測(cè)和識(shí)別分類上有較好的效果。
參考文獻(xiàn)
[1] 彭向前，陳幼平，余文勇.一種基于機(jī)器視覺的浮法玻璃質(zhì)量在線檢測(cè)系統(tǒng)[J]. 制造業(yè)自動(dòng)化, 2007,29(12):50-52.
[2] 劉懷廣，陳幼平，謝經(jīng)明，等.浮法玻璃缺陷在線識(shí)別技術(shù)的研究[J]. 小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，2011(4):738-742.
[3] 鐘球盛，胡廣華，李靜蓉.光學(xué)薄膜表面微細(xì)缺陷在線檢測(cè)方法研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2011(10):102-104.
[4] 趙漣漪,徐寶杰,童亮.玻璃缺陷在線檢測(cè)系統(tǒng)的研究[J].北京信息科技大學(xué)學(xué)報(bào),2011,26(4):57-61.
[5] 裴克軍.基于嵌入式圖像處理的玻璃缺陷在線檢測(cè)技術(shù)研究[J]. 電子測(cè)量技術(shù), 2009,32(8):100-102.
[6] 張瑾,高軍,付衍文.一種基于改進(jìn)動(dòng)態(tài)閾值的缺陷提取算法[J].包裝工程,2012(11):107-111.
[7] 熊志明，方康玲，馮知凡，等.基于圖像處理技術(shù)的鑄坯表面缺陷自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的研究[J].機(jī)械與電子，2010(10):38-41.
[8] 丁世飛,齊丙娟,譚紅艷.支持向量機(jī)理論與研究綜述[J]. 電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2011,40(1):2-8.