基于Canny算子的焊缝图像边缘提取技术

基于Canny算子的焊缝图像边缘提取技术

第27卷 第1期2006年1月

焊接学报

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VoI.27 No.1January 2006

基于!"##$算子的焊缝图像边缘提取技术

谢志孟， 高向东

（广东工业大学机电工程学院，广州 510090）

摘 要：焊缝边缘是焊缝图像的最主要特征，选用适当的边缘检测算子得到准确的焊缝信息是焊缝图像处理的关键步骤。选用并研究Canny算子来提取焊缝的边缘特征，详尽地叙述Canny算子的基本原理和算法实现过程。最后为了验证Canny边缘检测算子的效果，分别用Canny、Kirsch、prewitt、Robert、SobeI和Gauss-LapIace算子对焊缝图像进行边缘检测试验，根据边缘处理结果和焊缝中心坐标图像，得出Canny边缘检测算子是边缘检测的一种十分有效的方法，适合于视觉传感的焊缝跟踪图像处理过程。关键词：Canny算子；边缘检测；焊缝跟踪；图像处理

中图分类号：TG402 文献标识码：A 文章编号：0253-360X（2006）01-29-05

谢志孟

0 序 言

随着计算机视觉技术的发展，视觉传感技术广

［1，2］

泛应用于焊缝跟踪过程。视觉传感器具有信息

非常接近，连续性好，效果理想。

1 Canny边缘检测算子的原理

JohnCanny提出了关于边缘检测算子的三个最佳准则。

（1）信噪比准则。即丢失真实边缘检测的概率要低，同时将非边缘点误判为边缘点的概率也要低。信噪比的数学表达式为

SNR=

量大、与工件不接触、灵敏度和精度高、抗电磁干扰能力强等优点，适合各种坡口形状，而且可以同时进行焊缝跟踪控制和焊接质量的控制。图像处理是视觉传感焊缝跟踪技术的软核心，主要任务是将视觉传感器所采集的图像信息进行加工处理，提取焊缝的特征信息，通过一定的算法获得焊缝偏差信号。在示教型焊缝跟踪过程中，焊炬运动轨迹直接依赖于焊前的焊缝坐标方程。因此，焊前通过图像处理得出准确的焊缝中心的位置对于自主焊缝识别、焊接路径规划、提高系统跟踪精度具有非常重要的意义。

焊缝边缘是焊缝图像最主要的特征，也是描述焊缝形态特征，进行图像分析，确定焊缝中心位置的基础。由于焊缝图像存在大量的噪音信号，焊件的表面状况和光照环境也对图像处理结果有较大的影响，故在图像处理中应选取适当的边缘检测算子准确地提取焊缝边缘特征，减少噪声引起的虚假边缘干扰。比较常使用的边缘检测算子有Robert、pre-witt、Kirsch、SobeI、Gauss-LapIace、Canny等，结合焊缝提取实际情况，采用Canny算子来提取焊缝的边缘特征，并用相对局域扫描法得出焊缝中心曲线，最后的结果表明其焊缝中心曲线和实际焊缝中心曲线

收稿日期：2004-10-08

基金项目：国家自然科学基金资助项目（60375012）；广东省自然科

学基金资助项目（020176）

叫

+!

-!

G（-x）（fx）dx

2-!

，（1）

"

式中：（fx）为边界是［-!，+!］的滤波器的脉冲响应；G（-x）为边缘函数；"为高斯噪声的均方差。若信噪比越大，则边缘提取质量越好。

（2）定位精度准则。即检测出来边缘上的点应该和实际边缘的点最相近。定位精度的数学表达式为

f（x）dxLocation=

叫

+!

-!

G'（-x）f（'x）dxdxf'（x）2

-!，（2）

"

式中：f（'x）和G'（-x）分别是（fx）和

G（-x）的一阶导数。Location的值越大，则定位精度就越大。

（3）单边缘响应准则。即要保证单边缘只有一个像素响应，检测算子的脉冲的响应导数的零交叉点平均距离d（f'）应满足f（~x）为（fx）的二阶导数，即

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