【集萃網(wǎng)觀察】1.前言：隨著計算機技術的普及，傳統(tǒng)工業(yè)領域正發(fā)生著巨大的變化。而傳統(tǒng)的圓網(wǎng)印花機對花調(diào)整方法主要是依靠人工目測方法來判斷調(diào)節(jié)的，人工調(diào)節(jié)易受到主觀方面的影響，判別誤差大，對花精度低。近十年來，出現(xiàn)了帶有很多新的自動對花系統(tǒng)的印花設備，晉江佶龍機械公司的彩虹系列印花機通過鎳網(wǎng)上的十字線進行三向自動對花，Stork公司的SDM-2050Mega帶有自動激光對花系統(tǒng)。隨著數(shù)字圖像處理技術的發(fā)展，使基于機器視覺的在線檢測成為可能。黃朝麗等人提出了一種基于機器視覺的圓網(wǎng)印花自動對花方法，通過圖像傳感器在線實時地對印花圖案色位進行檢測控制[1]，李鵬等針對圓網(wǎng)印花自動對花，提出中值濾波和圖像閾值分割的圖像處理算法[2]。本文提出一種新型圓網(wǎng)印花機自動對花的方法，采用中值濾波等方法對采集到的對花圖像進行圖像預處理，并采用基于光流法和相位相關法的聯(lián)合算法，實時檢測印花圖案色位，進一步提高了對花精度。
2.基于機器視覺的圓網(wǎng)印花在線檢測系統(tǒng)
基于機器視覺的圓網(wǎng)印花質(zhì)量在線檢測系統(tǒng)，采用圖像傳感器，在線以一定間隔攝取印花圖像，再通過圖像處理單元進行相關圖像處理及模式識別，將各個單色圖案之間的相對位置與標準印花圖案套色位置進行對比，并輸出處理信號，判斷印染布匹是否“跑花”、“錯花”并判斷需要進行相應調(diào)整的網(wǎng)頭，最后將檢測結(jié)果發(fā)送到電氣控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)各印花網(wǎng)筒，實現(xiàn)自動對花。由于它能夠?qū)崟r檢測出人眼不易發(fā)現(xiàn)的缺陷， 并可對全部產(chǎn)品進行全方位自動質(zhì)量監(jiān)控，完全克服了人工目視抽檢方式所帶來的不足，因此這種系統(tǒng)為圓網(wǎng)印花質(zhì)量在線檢測與控制提供了理想的解決方案。系統(tǒng)結(jié)構圖如圖1所示：
3.圓網(wǎng)印花機器視覺系統(tǒng)中的圖像噪聲及預處理
印花圖像在采集、處理等環(huán)節(jié)都可能會引入噪聲，所以噪聲抑制對圖像處理以及后續(xù)自動對花控制環(huán)節(jié)十分重要。噪聲主要來源于CCD的熱噪聲，電器機械運動產(chǎn)生的震動噪聲等，它們對圖像信號幅度和相位的影響十分復雜。為了抑制噪聲，改善圖像質(zhì)量，本文采用中值濾波法（Median Filter）。中值濾波法具有去噪能力強、圖像邊界細節(jié)保持好、處理速度快等優(yōu)點[3]。中值濾波是一種非線性的空間濾波技術，它在一定程度上可以克服線性濾波帶來的圖像細節(jié)模糊化。印花過程中獲取的圖像具有很強的紋理特征，使用中值濾波可以有效的保留細節(jié)。
4.基于光流法和局部相位相關法的對花偏差檢測
圓網(wǎng)印花在線智能監(jiān)測控制系統(tǒng)需要實時檢測多個圓網(wǎng)的相對位置是否產(chǎn)生偏差，并根據(jù)偏差在線調(diào)整圓網(wǎng)位置。通過圖像處理和分析，必須實現(xiàn)以下兩個目標：第一、判斷圓網(wǎng)之間是否存在相對位置偏差;第二、判斷出哪個圓網(wǎng)走偏，并根據(jù)走偏量自動調(diào)整。當圓網(wǎng)個數(shù)較多（6個以上），相互之間的套色很復雜，直接根據(jù)特征點或者輪廓來判斷十分困難。本文采用粗細結(jié)合的定位算法，首先利用光流法獲取當前圖像與模板圖像之間的運動向量，從而判斷是否存在走偏，在哪個區(qū)域（或灰度值區(qū)域）產(chǎn)生了走偏，該步為粗定位算法。如果存在走偏（即存在較大光流向量），在走偏區(qū)域采用相位相關法得到走偏量，從而控制走偏圓網(wǎng)的位置，實現(xiàn)自動對花。
光流是空間運動物體在觀測成像面上的像素運動的瞬時速度。光流法利用圖像中目標的運動是由目標像素亮度運動確定，推導出瞬時光流場，然后根據(jù)光流場進行目標運動檢測[4]。在圓網(wǎng)印花中，由于圓網(wǎng)的走偏，導致當前圖像與模板之間存在光流。
設圖像平面中有一點（x，y），在t時刻時，其灰度（亮度值）為（，，）Ixyt，當該點發(fā)生運動，在dt時間內(nèi)在x和y方向上分別位移了dx，dy。設在dt時間內(nèi)，其亮度值保持不變，即將式（3-1）右邊進行Taylor展開，化簡后得到：
結(jié)合約束條件求解該方程，常見的求解光流方程的算法為Lucas和Horn-Schunck。
用光流法對印花圖像進行檢測的效果圖如下：
光流法可以得到印花圖像中走偏的區(qū)域以及走偏的方向，但是還無法得到走偏的具體位移。針對走偏區(qū)域，本文采用使用局部相位相關法獲得圓網(wǎng)的走偏位移。相位相關法基于傅里葉變換的良好特性，即圖像平移、旋轉(zhuǎn)和尺度變換均在頻率域有對應特征。傳統(tǒng)的相位相關法能定位出整數(shù)（像素級）的平移[5]。
相位相關方法的理論依據(jù)是傅立葉變換的相移定量。相移定理是指空域內(nèi)函數(shù)的位移將會引起頻域內(nèi)變換函數(shù)的相移。設f（x，y）為在R2上絕對可積的函數(shù)，其傅立葉變換為，函數(shù)在函數(shù)F（u，v）g（x，y）fxy發(fā)生（x0，y0）的位移：
數(shù)字圖像是一個有限離散的函數(shù)，對于這樣一個函數(shù)f（x，y），其中
兩幅圖片的相位相關計算可以歸納為：首先對圖片分別計算它們的離散傅立葉變換（DFT）形式，然后計算歸一化相關功率譜，最后對其求離散反傅立葉變換（IDFT）。
對于上述兩幅印花圖像，將圖像中發(fā)生走偏的灰度值從原圖中分割出來。得到的兩個分割圖形，形狀相似，只是在圖中的位置不同，再根據(jù)相位相關算法得到兩幅分割圖形之間的像素位移為3個像素，即圓網(wǎng)走偏位移。
5.結(jié)論與展望
基于機器視覺的圓網(wǎng)印花機自動對花系統(tǒng)利用圖像傳感器在線實時地對印花圖案套色位置進行自動檢測與控制，不僅極大地減輕了人工檢測的勞動強度。本文提出的采用中值濾波作為圖像預處理，聯(lián)合基于光流法和相位相關法的技術，大大提高了圓網(wǎng)印花機的對花精度。隨著圖像處理模塊的進一步發(fā)展，可以利用相位相關法獲得亞像素級的定位精度，這將進一步提高對花精度。
來源 顧金華 Gu Jinhua①;秦垚 Qin Yao②
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