常用的圖像處理算法有哪些 基于機(jī)器視覺(jué)的缺陷檢測(cè)方法

算法（預(yù)處理算法、檢測(cè)算法）

常用的圖像處理算法：

1、圖像變換：（空域與頻域、幾何變換、色度變換、尺度變換）

幾何變換：圖像平移、旋轉(zhuǎn)、鏡像、轉(zhuǎn)置；

尺度變換：圖像縮放、插值算法（最近鄰插值、線性插值、雙三次插值）；

空域與頻域間變換：由于圖像陣列很大，直接在空間域中進(jìn)行處理，涉及計(jì)算量很大。因此，有時(shí)候需要將空間域變換到頻域進(jìn)行處理。例如：傅立葉變換、沃爾什變換、離散余弦變換等間接處理技術(shù)，將空間域的處理轉(zhuǎn)換為頻域處理，不僅可減少計(jì)算量，而且可獲得更有效的處理（如傅立葉變換可在頻域中進(jìn)行數(shù)字濾波處理）。

2、圖像增強(qiáng)：

圖像增強(qiáng)不考慮圖像降質(zhì)的原因，突出圖像中所感興趣的部分。如強(qiáng)化圖像高頻分量，可使圖像中物體輪廓清晰，細(xì)節(jié)明顯；如強(qiáng)化低頻分量可減少圖像中噪聲影響。

灰度變換增強(qiáng)（線性灰度變換、分段線性灰度變換、非線性灰度變換）；

直方圖增強(qiáng)（直方圖統(tǒng)計(jì)、直方圖均衡化）；

圖像平滑/降噪（鄰域平均法、加權(quán)平均法、中值濾波、非線性均值濾波、高斯濾波、雙邊濾波）；

圖像（邊緣）銳化：梯度銳化，Roberts算子、Laplace算子、Sobel算子等；

3、紋理分析（取骨架、連通性）；

4、圖像分割：

圖像分割是將圖像中有意義的特征部分提取出來(lái)，其有意義的特征有圖像中的邊緣、區(qū)域等，這是進(jìn)一步進(jìn)行圖像識(shí)別、分析和理解的基礎(chǔ)。

（1）閾值分割（固定閾值分割、最優(yōu)/OTSU閾值分割、自適應(yīng)閾值分割）;

（2）基于邊界分割（Canny邊緣檢測(cè)、輪廓提取、邊界跟蹤）；

（3）Hough變換（直線檢測(cè)、圓檢測(cè)）；

（4）基于區(qū)域分割（區(qū)域生長(zhǎng)、區(qū)域歸并與分裂、聚類分割）；

（5）色彩分割；

（6）分水嶺分割；

5、圖像特征：

（1）幾何特征（位置與方向、周長(zhǎng)、面積、長(zhǎng)軸與短軸、距離(歐式距離、街區(qū)距離、棋盤(pán)距離)）；

（2）形狀特征（幾何形態(tài)分析（Blob分析）：矩形度、圓形度、不變矩、偏心率、多邊形描述、曲線描述）；

（3）幅值特征（矩、投影）；

（4）直方圖特征（統(tǒng)計(jì)特征）：均值、方差、能量、熵、L1范數(shù)、L2范數(shù)等；直方圖特征方法計(jì)算簡(jiǎn)單、具有平移和旋轉(zhuǎn)不變性、對(duì)顏色像素的精確空間分布不敏感等，在表面檢測(cè)、缺陷識(shí)別有不少應(yīng)用。

（5）顏色特征（顏色直方圖、顏色矩）

（6）局部二值模式( LBP)特征：LBP對(duì)諸如光照變化等造成的圖像灰度變化具有較強(qiáng)的魯棒性，在表面缺陷檢測(cè)、指紋識(shí)別、光學(xué)字符識(shí)別、人臉識(shí)別及車牌識(shí)別等領(lǐng)域有所應(yīng)用。由于LBP 計(jì)算簡(jiǎn)單，也可以用于實(shí)時(shí)檢測(cè)。

6、圖像/模板匹配：

輪廓匹配、歸一化積相關(guān)灰度匹配、不變矩匹配、最小均方誤差匹配

7、色彩分析

色度、色密度、光譜、顏色直方圖、自動(dòng)白平衡

8、圖像數(shù)據(jù)編碼壓縮和傳輸

圖像編碼壓縮技術(shù)可減少描述圖像的數(shù)據(jù)量（即比特?cái)?shù)），以便節(jié)省圖像傳輸、處理時(shí)間和減少所占用的存儲(chǔ)器容量。壓縮可以在不失真的前提下獲得，也可以在允許的失真條件下進(jìn)行。編碼是壓縮技術(shù)中最重要的方法，它在圖像處理技術(shù)中是發(fā)展最早且比較成熟的技術(shù)。

9、表面缺陷目標(biāo)識(shí)別算法：

傳統(tǒng)方法：貝葉斯分類、K最近鄰（KNN）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）、支持向量機(jī)（SVM）、K-means等；

10、圖像分類（識(shí)別）

圖像分類（識(shí)別）屬于模式識(shí)別的范疇，其主要內(nèi)容是圖像經(jīng)過(guò)某些預(yù)處理（增強(qiáng)、復(fù)原、壓縮）后，進(jìn)行圖像分割和特征提取，從而進(jìn)行判決分類。

11、圖像復(fù)原

圖像復(fù)原要求對(duì)圖像降質(zhì)的原因有一定的了解，一般講應(yīng)根據(jù)降質(zhì)過(guò)程建立“降質(zhì)模型”，再采用某種濾波方法，恢復(fù)或重建原來(lái)的圖像。

現(xiàn)有可用的視覺(jué)檢測(cè)軟件/庫(kù)

1、可二次開(kāi)發(fā)的視覺(jué)系統(tǒng)：Labview、DVT、Halcon、OpenCV等。

2、常用的視覺(jué)檢測(cè)軟件/庫(kù)

視覺(jué)開(kāi)發(fā)軟件工具 Halcon、VisionPro、LabView、OpenCV， 還有eVision、Mil、Sapera等。

（一）、Halcon：底層功能算法多，運(yùn)算性能快，功能齊全，容易上手，開(kāi)發(fā)項(xiàng)目周期短。非開(kāi)源項(xiàng)目，商用收費(fèi)，價(jià)格較貴。

Halcon：Halcon是德國(guó)MVtec公司開(kāi)發(fā)的一套完善的標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器視覺(jué)算法包，擁有應(yīng)用廣泛的機(jī)器視覺(jué)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。它是一套image processing library，由一千多個(gè)各自獨(dú)立的函數(shù)，以及底層的數(shù)據(jù)管理核心構(gòu)成。其中包含了各類濾波，色彩以及幾何，數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，型態(tài)學(xué)計(jì)算分析，校正，分類辨識(shí)，形狀搜尋等等基本的幾何以及影像計(jì)算功能。整個(gè)函數(shù)庫(kù)可以用C，C++，C#，Visual basic和Delphi等多種普通編程語(yǔ)言訪問(wèn)。Halcon為大量的圖像獲取設(shè)備提供接口，保證了硬件的獨(dú)立性。

（二）OpenCV：功能算法相對(duì)較多（比Halcon少），開(kāi)源，可用于商用，開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)（比Halcon長(zhǎng)），有些算法要自己寫(xiě)。

OpenCV是一個(gè)基于（開(kāi)源）發(fā)行的跨平臺(tái)計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)，可以運(yùn)行在Linux、Windows和Mac OS操作系統(tǒng)上。其核心輕量級(jí)而且高效——由一系列 C 函數(shù)和少量 C++ 類構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)方面的很多通用算法。OpenCV用C++語(yǔ)言編寫(xiě)，它的主要接口也是C++語(yǔ)言。該庫(kù)也有大量的Python, Java and MATLAB/OCTAVE的接口，如今也提供對(duì)于C#, Ruby的支持。OpenCV可以在 Windows, Android, Maemo, FreeBSD, OpenBSD, iOS,Linux 和Mac OS等平臺(tái)上運(yùn)行。

OpenCV出身：OpenCV是Intel開(kāi)源計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)。其核心由一系列 C 函數(shù)和少量 C++ 類構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)方面的很多通用算法。OpenCV 的特點(diǎn)擁有包括300多個(gè)C函數(shù)的跨平臺(tái)的中、高層 API 跨平臺(tái)：Windows, Linux；免費(fèi)（FREE）：無(wú)論對(duì)非商業(yè)應(yīng)用和商業(yè)應(yīng)用；速度快；使用方便。

OpenCV具有以下的特征：（１）開(kāi)源計(jì)算機(jī)視覺(jué)采用Ｃ／Ｃ＋＋編寫(xiě)。（２）使用目的是開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)應(yīng)用程序。（３）獨(dú)立與操作系統(tǒng)、硬件和圖形管理器。（４）具有通用的圖象／視頻載入、保存和獲取模塊。（５）具有底層和高層的應(yīng)用開(kāi)發(fā)包。

應(yīng)用OpenCV能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：（１）對(duì)圖象數(shù)據(jù)的操作，包括分配、釋放、復(fù)制和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。（２）對(duì)圖象和視頻的輸入輸出，指文件和攝像頭作為輸入，圖象和視頻文件作為輸出。（３）具有對(duì)距陳和向量的操作以及線性代數(shù)的算法程序，包括距陣、解方程、特征值以及奇異值。（４）可對(duì)各種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如列表、隊(duì)列、集合、樹(shù)和圖等進(jìn)行操作。（５）具有基本的數(shù)字圖象處理能力，如可進(jìn)行濾波、邊緣檢測(cè)、角點(diǎn)檢測(cè)、采樣與差值、色彩轉(zhuǎn)換、形態(tài)操作、直方圖和圖象金字塔等操作。

（６）可對(duì)各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，包括連接部件分析、輪廓處理、距離變換、各種距的計(jì)算、模板匹配、Hongh變換、多邊形逼近、直線擬合、橢圓擬合和Delaunay三角劃分等。（7）對(duì)攝像頭的定標(biāo)，包括發(fā)現(xiàn)與跟蹤定標(biāo)模式、定標(biāo)、基本矩陣估計(jì)、齊次矩陣估計(jì)和立體對(duì)應(yīng)。（8）對(duì)運(yùn)動(dòng)的分析，如對(duì)光流、運(yùn)動(dòng)分割和跟蹤的分析。（9）對(duì)目標(biāo)的識(shí)別，可采用特征法和隱馬爾科夫模型（HMM）法。（10）具有基本的GUI功能，包括圖像與視頻顯示、鍵盤(pán)和鼠標(biāo)事件處理及滾動(dòng)條等。（11）可對(duì)圖像進(jìn)行標(biāo)注，如對(duì)線、二次曲線和多邊形進(jìn)行標(biāo)注，還可以書(shū)寫(xiě)文字（目前之支持中文）。

（三）VisionPro

VisionPro是美國(guó)康耐視Cognex公司提供全套視覺(jué)解決方案。VisionPro提供多種開(kāi)發(fā)工具拖放式界面、簡(jiǎn)單指令碼和編程方式等，全面支持所有模式的開(kāi)發(fā)。用戶利用VisionPro QuickBuild可以無(wú)需編程配置讀取、選擇并優(yōu)化視覺(jué)工具，決定產(chǎn)品是否合格。用戶也可以利用C++、C#、VB及.NET開(kāi)發(fā)管理應(yīng)用程序。Vision Pro提供的.NET程序接口允許用戶采用面向?qū)ο蟮母呒?jí)語(yǔ)言編程訪問(wèn)所有工具，以高效開(kāi)發(fā)客戶的專用視覺(jué)方案。

（四）LabView

LabView是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó) 家儀器（NI）公司研制開(kāi)發(fā)，使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫(xiě)程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。LabView軟件是NI設(shè)計(jì)平臺(tái)的核心，也是開(kāi)發(fā)測(cè)量或控制系統(tǒng)的理想選擇。LabView開(kāi)發(fā)環(huán)境集成了工程師和科學(xué)家快速構(gòu)建各種應(yīng)用所需的所有工具，旨在幫助工程師和科學(xué)家解決問(wèn)題、提高生產(chǎn)力和不斷創(chuàng)新。

HSV顏色識(shí)別-HSV基本顏色分量范圍

一般對(duì)顏色空間的圖像進(jìn)行有效處理都是在HSV空間進(jìn)行的，然后對(duì)于基本色中對(duì)應(yīng)的HSV分量需要給定一個(gè)嚴(yán)格的范圍，下面是通過(guò)實(shí)驗(yàn)計(jì)算的模糊范圍（準(zhǔn)確的范圍在網(wǎng)上都沒(méi)有給出）。

H:? 0 — 180

S:? 0 — 255

V:? 0 — 255

HSV（色相/飽和度/明度）顏色空間是表示類似于RGB顏色模型的顏色空間的模型。根據(jù)色相通道(Channel)對(duì)顏色類型進(jìn)行建模，因此在需要根據(jù)顏色對(duì)對(duì)象進(jìn)行分割的圖像處理任務(wù)中非常有用。飽和度的變化代表顏色成分的多少。明度通道描述顏色的亮度。

編輯：黃飛