飞机蒙皮表面缺陷特征提取算法

2014-03-26陈戈珩吴天华胡明辉

长春工业大学学报 2014年3期

陈戈珩，吴天华，胡明辉

（长春工业大学计算机科学与工程学院，吉林长春 130012）

0 引言

飞机蒙皮是飞机表面一层铝合金金属，是使飞机保持良好气动外形的重要结构。飞行过程中，蒙皮时刻受到变化的外界压力，铆钉与蒙皮结合处易出现缝隙，长期如此潮气进入缝隙，易产生腐蚀性裂纹，因其导致的空难事故全世界曾有发生。

目前，随着机器视觉技术发展，利用机器代替人眼可以做出方便、准确的检测和判断［1］。文中在机器视觉的基础上，针对铆钉附近蒙皮腐蚀的特点，采用改进的内距均值法［2］提取腐蚀特征信息，该方法能够确定腐蚀铆钉中心、半径、腐蚀方向，计算出分离度、腐蚀程度、腐蚀趋势等特征参数，进而区分腐蚀等级，辅助实现飞机蒙皮缺陷的自动检测，此应用对提高飞机的安全性有重大的意义。

铆钉附近蒙皮腐蚀检测方案如图1所示。

图1 铆钉附近蒙皮腐蚀检测方案

1 图像预处理

图像预处理流程如图2所示。

图2 图像预处理流程

图像预处理照片如图3所示。

图3 图像预处理照片

图3（a）为摄像头所采集到的蒙皮原始图像，图中3个铆钉均有轻微腐蚀；图3（b）采用了阈值法（取阈值140）对图像进行二值化处理［3］。在图3（b）中发现了少量噪音，为了消除噪音，采用形态学处理法对图片进行开环与闭环处理，结果见图3（c）；图3（d）是边缘提取后效果，但图中包含了3个铆钉的边界，需要提取单独铆钉的特征信息，所以采用八邻域分割方式对图像进行区域分割，提取单个铆钉的边界［4］。

2 利用改进的内距均值法确定铆钉中心与半径

铆钉中心与半径的确定是特征提取的核心，通过铆钉中心与半径可以估算正常铆钉的区域，进而识别腐蚀区域，确定铆钉周围腐蚀程度。图像中心与半径的确定方法有多种，其中一种基于内距均值法［5］，能够很好地适用于铆钉周围腐蚀情况。但是，内距均值法不适用于腐蚀较严重的不规则图形，并且不能判断腐蚀的趋势，如果蒙皮上两相邻铆钉腐蚀趋势相交，将会是重大的安全隐患。为解决上面提到的问题，文中提出了一种新的内距均值法，使其能够适用于腐蚀较严重的不规则图形，并且能够判断出腐蚀的趋势。

铆钉半径［6］与中心的确定如图4所示。

具体的内距均值法改进算法步骤如下：

1）对预处理得到的单个铆钉边界图像求最小外接矩阵，求出目标区域最大的水平与垂直边界内距Lmax，Wmax，设阈值TH＝min（0.5Lmax，0.5Wmax）。

2）在图像左右两端垂直方向做垂线，与边界相交于A，B，C，D，过A，B，C，D点做水平线与边界相交于A′，B′，C′，D′，见图4（b）。AB，CD同时向中间移动，求出最先满足AB＞TH，max（AA′，BB′）＞TH的线段AB和满足CD＞TH，max（CC′，DD′）＞TH的CD，求出AB，CD的横坐标，记做Xab，Xcd。

3）同理，在图像上下两端水平方向做水平线，与边界相交于E，F，G，H，过E，F，G，H做垂线与边界相交于E′，F′，H′，I′，见图4（b）。EF，GH同时向中间移动，求出最先满足EF＞TH，max（EE′，FF′）＞TH的线段EF和满足GH＞TH，max（GG′，HH′）＞TH的线段GH，求出EF，HI的纵坐标，记做Yef，Ygh。

4）检测到的铆钉中心O：［1／2（Xab＋Xcd），1／2（Xef＋Ygh）］。

5）计算中心O点到A，B～H点的距离，记做l1～l8。铆钉区域半径为：R＝min（l1，l2，l3～l8）。

6）以O为圆心，顺时针以22.5°为间隔取得一个16方向的星状矢量X（O1，O2，O3～O16），星状矢量中比铆钉半径长的一个或多个矢量体现了腐蚀的趋势，见图4（c）。