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基于图像处理的产品表面缺陷检测系统研究
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2020-10-16
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随着嵌入式技术的发展,基于图像处理的产品表面缺陷检测技术的优势越来越突出,其技术主要包括产品表面图像的采集、匹配和识别。本系统采用单精度浮点运算的STM32F405作为核心处理器,CMOS彩色数字摄像芯片OV7610作为图像采集传感器,并在VC++环境下使用面向对象的方法设计控制程序,主要用于产品表面图像的采集与处理。实验结果表明,该系统工作稳定,实时性和可控性达到设计要求。
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基于图像处理的产品表面缺陷检测系统研究基于图像处理的产品表面缺陷检测系统研究
随着嵌入式技术的发展,基于图像处理的产品表面缺陷检测技术的优势越来越突出,其技术主要包括产品表面
图像的采集、匹配和识别。本系统采用单精度浮点运算的STM32F405作为核心处理器,CMOS彩色数字摄像芯
片OV7610作为图像采集传感器,并在VC++环境下使用面向对象的方法设计控制程序,主要用于产品表面图像
的采集与处理。实验结果表明,该系统工作稳定,实时性和可控性达到设计要求。
0 引言引言
流水线产品的缺陷检测目前仍靠人工来完成,对于微小的、区别不明显的缺陷,人眼无法精确识别,这极大地影响了产品
的生产效率
[1]
。基于STM32F405和CMOS OV7610的产品表面图像处理系统,以其完全脱离计算机且运行速度快、设计成本
低、性价比高等优点,更好地满足了图像处理在产品表面的图像采集与智能检测方面的工作要求。
1 系统硬件设计系统硬件设计
系统主要由STM32F405微处理器、CMOS图像采集模块、LCD显示模块、存储器模块、通信模块等组成,系统框图如图1
所示。在光源的配合下通过图像采集模块获取产品表面的图像信息,由DMA将图像数据传输到STM32F405微处理器,处理器
调用图像处理算法对产品表面图像数据进行处理,利用控制终端的图像处理软件匹配、识别产品表面是否存在缺陷,并在LCD
显示屏上实时显示结果,实现对产品表面图像的采集和处理。
2 主要模块设计主要模块设计
2.1 主控模块主控模块
基于图像处理的产品表面图像采集和处理系统选用STM32F405作为主处理器,该芯片具有高性能的信号处理和浮点运算能
力,同时带有8~14 bit并行照相机接口、DMA控制器、2路I
2
C接口,图像数据的传输可以通过DMA直接传输,在I
2
C总线读取
数据到缓冲区,提高了图像数据的采样和处理速度,完成包括数据处理、检测算法实现、结果提取和分析等工作
[2]
。主控芯片
获得处理结果后,将数据传输到执行机构,执行机构根据最终获取的控制信号进行相应操作。
2.2 图像采集模块图像采集模块
图像采集模块采用Omnivision公司的OV7610,这是一种自带图像敏感阵列、能直接采集图像信息的低功耗CMOS型彩色数
字摄像芯片
[3]
。采集图像时最高速度可达30帧/s,最大图像阵列为640×480,通过I
2
C总线对有关存储器赋值,可灵活改变窗
口大小、A/D转换速度、帧/场模式等工作参数。
图像采集芯片OV7610既可以帧模式扫描也可以场模式扫描,为提高图像存储质量、简化图像采集控制电路,本系统设置
OV7610图像采集方式为帧模式扫描
[4]
。OV7610的输出信号主要有:垂直同步信号(Vs)、水平同步信号(Hs)及像素同步信号
(Ps),其理论波形如图2所示。
完整的一帧产品表面图像在垂直同步信号的两个正脉冲之间扫描完成,水平同步信号高电平时为扫描一行像素的有效时
间,像素同步信号高电平输出的图像数据有效
[5]
。若一个图像的阵列为160×120,则在垂直同步信号两个脉冲之间有120个水
平同步信号的正脉冲,在每个水平同步信号正脉冲期间有160个像素同步信号正脉冲。为获取完整帧图像,将上述3个同步信
号组合成一个输出信号(OUT)。
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