基于激光视觉传感的焊缝图像阈值分割法研究.pdf

学兔兔 试验研究 俘 基于激光视觉传感 的焊缝 图像 阈值分割法研究 广西机电职业技术学院(南宁市 530007) 喻宁娜 莫胜撼 戴建树 摘要 为了对焊缝图像进行准确的二值化分割 ，对阈值选择方法进行了深入研究。介绍了焊缝图像阈值分割 的原理 ，采用灰度直方图法对焊缝图像进行分析，认为手动阈值分割法不适用焊缝跟踪 ，必须采用 自适应阈值法。 阐述了迭代法、Otsu法和准固定像素个数法等三种 自适应阈值法的原理及算法，从三者分割图像的效果及算法速 度进行对比分析，得出准固定像素个数法具有性能稳定、抗干扰强、算法速度快的优点，其分割效果在三者中最好 ， 具有较高的实用价值。 关键词 ： 激光视觉 阈值分割 图像处理 焊缝跟踪 中图分类号： TG409 二值化分割阈值。 0 前 言 从式(1)中可以看出，阈值 的选择是焊缝图像二 对激光视觉焊缝跟踪系统而言，正确获取焊缝图像 值化处理的关键 。 及焊缝图像处理是准确跟踪焊缝的前提条件。在焊缝图 2 焊缝图像灰度直方图分析 像处理步骤中，图像阈值分割是焊缝图像特征检测的基 础。文中采用迭代法、Otsu法及准固定像素个数法三种 灰度直方图是数字图像处理常用的方法之一 ，它 阈值分割方法对焊缝图像进行二值化处理，并对处理结 反映了图像 中每个灰度等级出现的次数或频率。因 果进行对比分析，得出准固定像素个数法具有性能稳定、 此，焊缝 图像也常采用灰度直方图来分析 J。 抗干扰强、分割效果 良好且速度陕的优点。 图1为对接焊缝图像 (1号焊缝)及其灰度直方 图，焊缝图像对比度较高，激光条纹亮度最大，其灰 1 焊缝图像阈值分割原理 度等级集 中在245附近 ，与暗色母材形成鲜 明对 比， 焊缝图像除了包含激光条纹有用信息外 ，还可 从灰度 直方 图中很容 易找 到 分割 的阈值 (在 能有大量的噪声干扰如飞溅 、弧光、烟尘及其他光源 130～245之间均可)，如图 1c所示 。由图2的角接 干扰等 J。对此焊缝 图像需要做噪声滤波处理、信 焊缝 图像 (2号焊缝 )及其灰度直方 图可知，其焊缝 号增强或锐化处理等 ，使表征焊缝信息的激光条纹 图像对比度明显低于图 1，其灰度直方图呈现出明 较为明显地区别于背景信息。但是为了便于后续焊 显的双峰图，对该图不容易找到分割的阈值，若按照 缝特征识别及提高处理速度 ，焊缝 图像需要进行二 传统的双峰法选择阈值 ，此时应将双峰之间的谷底 值化处理 ，即将焊缝 图像 中的激光条纹定义为 目标 作为阈值 ，该值约为140，按此阈值二值化分割后的 图像，该区域灰度等级设为255，其他无关 区域为背 结果如图2c所示 。显然二值化分割的结果不理想。 景图像 ，将其灰度等级设为0。焊缝图像二值化处 其主要原因在于 ，该焊缝图像对 比度不够高，激光条 理公式如下 ： 纹数量少且灰度值不集 中。 ， 、 f255， ，(，Y)T ，，、 从上例知道，采用双峰法进行阈值分割其效果并 g(，Y)10， x,y)≤T 【 不理想，而且有时图像出现无明显双峰，则双峰法无能 式中，g(x，Y)