【集萃網(wǎng)觀察】1.前言

　　傳統(tǒng)的圓網(wǎng)印花機(jī)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。隨著計算機(jī)技術(shù)的普及，傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域正發(fā)生著巨大的變化。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(shè)備，晉江佶龍機(jī)械公司的彩虹系列印花機(jī)通過鎳網(wǎng)上的十字線進(jìn)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(shù)的發(fā)展，使基于機(jī)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(jī)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(jìn)行檢測控制，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。本文提出一種新型圓網(wǎng)印花機(jī)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(jìn)行圖像預(yù)處理，并采用基于光流法和相位相關(guān)法的聯(lián)合算法，實時檢測印花圖案色位，進(jìn)一步提高了對花精度。

　　2.基于機(jī)器視覺的圓網(wǎng)印花在線檢測系統(tǒng)

　　基于機(jī)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(jìn)行相關(guān)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(biāo)準(zhǔn)印花圖案套色位置進(jìn)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(jìn)行相應(yīng)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(jìn)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(gòu)圖如圖1所示：

　　3.圓網(wǎng)印花機(jī)器視覺系統(tǒng)中的圖像噪聲及預(yù)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(jī)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(fù)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(qiáng)、圖像邊界細(xì)節(jié)保持好、處理速度快等優(yōu)點。中值濾波是一種非線性的空間濾波技術(shù)，它在一定程度上可以克服線性濾波帶來的圖像細(xì)節(jié)模糊化。印花過程中獲取的圖像具有很強(qiáng)的紋理特征，使用中值濾波可以有效的保留細(xì)節(jié)。

　　4.基于光流法和局部相位相關(guān)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(biāo)：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(dāng)圓網(wǎng)個數(shù)較多（6個以上），相互之間的套色很復(fù)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(xì)結(jié)合的定位算法，首先利用光流法獲取當(dāng)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(guān)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(biāo)的運動是由目標(biāo)像素亮度運動確定，推導(dǎo)出瞬時光流場，然后根據(jù)光流場進(jìn)行目標(biāo)運動檢測[4]。在圓網(wǎng)印花中，由于圓網(wǎng)的走偏，導(dǎo)致當(dāng)前圖像與模板之間存在光流。

　　設(shè)圖像平面中有一點（x，y），在t時刻時，其灰度（亮度值）為Ixyt，當(dāng)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(shè)在dt時間內(nèi)，其亮度值保持不變，即

　　將式（3-1）右邊進(jìn)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(jìn)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(guān)法獲得圓網(wǎng)的走偏位移。相位相關(guān)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(yīng)特征。傳統(tǒng)的相位相關(guān)法能定位出整數(shù)（像素級）的平移[5]。

　　相位相關(guān)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(shè)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(guān)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(guān)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(guān)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(jī)器視覺的圓網(wǎng)印花機(jī)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(jìn)行自動檢測與控制，不僅極大地減輕了人工檢測的勞動強(qiáng)度。本文提出的采用中值濾波作為圖像預(yù)處理，聯(lián)合基于光流法和相位相關(guān)法的技術(shù)，大大提高了圓網(wǎng)印花機(jī)的對花精度。隨著圖像處理模塊的進(jìn)一步發(fā)展，可以利用相位相關(guān)法獲得亞像素級的定位精度，這將進(jìn)一步提高對花精度。

來源：中國印花網(wǎng) 作者： 顧金華