一种改进的多通道Gabor滤波器布匹瑕疵检测方法.pdf

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1、第3 0 卷第1 2 期 2 0 0 9 年1 2 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 3 0N o 1 2 D e c 2 0 ( ) 9 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 9 ) 1 2 0 0 3 7 0 4 一种改进的多通道G a b o r 滤波器布匹瑕疵检测方法 屈 博1 ，卢朝阳1 ，李静1 ，崔玲玲1 ，周峰江2 ( 1 西安电子科技大学通信工程学院，陕西西安7 1 0 0 7 1 ；2 杭州开源电脑技术有限公司，浙江杭州3 1 0 0 5 2 ) 摘要 G a b o r

2、变换是一种重要的时频分析方法，有很强的纹理分析能力。采用基于多通道G a b o r 滤波的瑕疵检测 算法，通过分析各个尺度的融合信息，提出一种新的多通道融合算法。使用自动阈值迭代算法对融合结果进行二 值化处理得到最终的检测结果。选取4 种具有代表性的布匹瑕疵图片进行验证，实验结果表明，该算法不仅能从 多通道滤波图像中选择与主观视觉相吻合的通道，而且降低了计算复杂度。 关键词瑕疵检测；多通道滤波；c a b o r 滤波器；织物 中图分类号：T S3 9 1 4文献标志码：A A ni m p r o v e dm u l t i c h a n n e lG a b o rf i l t e

3、 ra l g o r i t h mf o rf a b r i cd e f e c td e t e c t i o n Q uB 0 1 ，L UZ h a o y a n 9 1 ，L IJ i n 9 1 。C U IL i n e , l i n g ，Z H O UF e n g j i a n 9 2 ( 1 S c h o o lo fT e l e c o m m u n i c a t i o nE n g i n e e r i n g ，X u l i a nU n i v e r s i t y ，瓜7 a n ，S h a n x i7 1 0 0 7 1 ，C

4、 h n a ； 2 舶咖uK a i y u a nC o m p u t e rT e c h n o l o g yC o ，删，凰咄u ，z 咖l g3 1 0 0 5 2 ，C h a a ) A b s t r a c tG a b o rt r a n s f o r mi s8 ni m p o r t a n tt i m e - f r e q u e n c ya n a l y s i sm e t h o da n dh a sg o o da b i l i t yt ot e x t u r e a n a l y s i s T h i sp a p e re

5、x p l o i t sam u l t i c h a n n e lG a b o rf i l t e r sd e t e c t i o na l g o r i t h m ，a n a l y z e se a c hc h a n n e l 8f u s e d i n f o r m a t i o na n dp r o p o s e san e wm u l t i c h a n n e ld a t af u s i o na l g o r i t h m A na u t o - t h r e s h o l d i n gi t e r a t i v

6、ea l g o r i t h mi s u s e dt oi m p l e m e n tb i n a r yp r o c e s s i n ga n da c h i e v e st h ef i n a lr e s u l t T h ee x p e r i m e n ts e l e c t sf o u rt y p e so ft y p i c a l f a b r i cd e f e c ti m a g e s T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss u g g e s tt h a tt h e a l

7、g o r i t h mC a l l n o to n l yc h o o s et h ec h a n n e l s w h i c hf i tt h eh u m a nv i s i o nn i c e l yb u ta l s od e c r e a s et h ec o m p u t a t i o n a lc o m p l e x i t y K e yw o r d s d e f e c td e t e c t i o n ；m u l t i c h a n n e lf i l t e r i n g ；G a b o rf i l t e r

8、；f a b r i c 纺织品生产过程中，织物瑕疵严重影响着产品 的质量，传统的基于人工视觉的检测方法已经越来 越不能满足现代生产的需求。基于计算机视觉的瑕 疵检测方法成为研究焦点，并已有大量的研究成果。 主要分为3 类：统计、频谱和基于模型的方法。大 部分研究成果主要集中在基于频谱的方法上。时频 分析是一种重要的纹理分析手段，G a b o r 变换是一 种重要的时频分析方法，在这方面研究成果突出的 主要有K u m a r 、E s c o f e t 、B o d n a r o v a 等人旧6 1o 本文在分析二维G a b o r 滤波器的基础上使用多 通道G a b o r 滤

9、波器组进行瑕疵检测，并且取得了很 好的检测结果。 1G a b o r 滤波器理论 1 1G a b o r 理论 G a b o r 变换是由D G a b o r 【7 1 提出的一种重要的时 频分析方法。其在时域和频域都具有良好的局部性。 二维G a b o r 函数空间表达的一般形式为 h ( x , y ) = 瓦1 唧 - 爿( ) 2 + ( 扪) e x p ( 2 = j F x ) ( 1 ) 式中：，为G a b o r 函数的中心频率；口。、口，为尺度因 子；h ( 并，) 为由尺度参数口，、盯，决定的高斯函数调 收稿日期：2 0 0 9 0 7 1 6修回日期：2 0

10、 0 9 0 8 2 0 基金项目：国家自然科学基金项目( 6 0 8 7 2 1 4 1 ) ；陕西省自然科学基础研究计划资助项目( 2 0 0 9 J Q 8 0 1 9 ) ；I S N 国家重点实验室基金 项目( I S N 0 9 0 3 0 2 ) 作者简介：屈博( 1 9 8 3 一) ，男，硕士生。研究方向为图像处理、模式识别和计算机视觉。周峰江，通讯作者，E - m a i l ：t i g e r c h i n a k a i y u a n e o m o 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWa

11、termarkR to remove the watermark 3 8 纺织学报 第3 0 卷 制函数；为复数虚部单位。 式( 1 ) 的F o u r i e r 变换为 ( u ，移) ：e x p 一吉 i 兰；：1 1 ：+ 詈； ) 式中：叮。= 1 2 7 t a ，；盯，= l 2 _ ，t a ，。 1 2 多通道G a b o r 滤波器 ( 2 ) G a b o r 滤波器非常适合模拟人眼的视觉通道，人 眼可以近似地看作由一族G a b o r 滤波器组成8 。用 式( 1 ) 作为G a b o r 函数的母波，对其进行尺度变换和 角度旋转，可以产生一族自相似的G a

12、 b o r 函数，称为 G a b o r 小波o h w ( 戈，Y ) = h ( 童7 ，Y 7 ) = 古 e x p - 扫) 2 + ( y ，) 2 ) e x p ( 2 r c j F x 7 ) ( 3 ) 式中：P = 1 ，2 ，S ；q = 1 ，2 ，L ；髫7 = X C O S O 。+ y s i n O 口；Y 7 = 一x s i n o g + y c o s O q ；d = 盯P ；目q = 丌( q 一1 ) 。整数下标P 、q 分别为尺度膨胀和角度旋转，S 为尺度变换的次数，为方向旋转的次数。 输入图像，f ( 石，Y ) ，滤波器输出 “”卜

13、燃h 窘l i 黑Y 2 0 4 ， 。( 菇，) 。* ( 石，) l 2 一 式中：h 。( 茗，y ) 。、h 。( 菇，) ，) 。分别为式( 3 ) 中的实部 和虚部。由于高斯函数能量主要集中在 一3 盯，3 仃 ，因此卷积模板的大小选为l + 2 f 3 a ， r 表示向上取整操作。 2G a b o r 滤波器的布匹瑕疵检测 2 1 多通道滤波和特征提取 对每幅待检测图像用1 2 中介绍的G a b o r 滤波 器族进行滤波，得到1 组滤波图像k ( z ，Y ) 。用 1 组正常图像的平均作为参考图像，经过G a b o r 滤波 得到1 组特征参考图像乓( 菇，Y ) 。

14、简单的判决方 法怛1 如下式： 啪川= 毒名取扎力一r 砷二 ( 5 ) 式中，r 、以分别为参考图像的均值和标准差，参数 r 为用来控制错误拒绝的概率，决定了敏感度。r 的经验值一般取2 3 。下一步是合并所有来自D 。 ( 菇，) 的像素以减少错误率来保证最后的检测 输出。 2 2 一种新的多通道融合方法 不同通道得到不同的信息，各通道的信息融合 显得尤为重要。经典融合方法的主要代表是文 献 2 提出的融合方法，该方法融合所有通道的信 息，对于只有少数通道具有强输出的情况，会影响整 体检测结果。基于以上原因，本文提出一种新的融 合方法，对各个尺度融合信息进行定量的分析，从中 选择1 个或几

15、个通道信息，进行进一步的信息融合。 先对各个尺度进行第1 次融合，再从中选取能量最 集中的1 个或几个通道( 本文选择了3 个通道) 。具 体选择应结合实验经验和公式，当然选择的通道越 少，计算复杂度越低。 对于每个通道e ，把融合图像分割成K 个不 重叠的区域，每个区域的大小为f 像素Xf 像素。 每个通道中区域k ( k = I ，2 ，K ) 的平均输出定 义为 D ：2 南。，囊。c 山川 式中：kmI ，2 ，K ；qm1 ，2 ，L 。( 6 ) 对整幅融合图像c 。( 茗，Y ) ，求其均值p 和标准 差盯，其中H 为图像高度，形为图像宽度。 P = 南矿，c 。( ”) ( 7

16、 ) 盯： 南，( c 山川刊2 ) 0 。5 ( 8 ) 根据区域k 的平均输出，把区域k 定义为能量 集中区域( 用1 表示) 和能量发散区域( 用0 表示) ： 耻矗巍膨 对于每一通道C 。( 菇，Y ) ，统计其能量集中区域 的个数为 胪：yF ：，q = 1 ，2 ， ( 1 0 ) 雨 从胪中选择最大的1 个或几个所对应的G 作为备选通道。得到最后的融合结果为 G ( 聋，) = C ， ( 1 1 ) 2 3 二值化 对融合后的输出图像G ( 菇，Y ) 采用自动阈值分 割方法来进行二值化处理，并进行数学形态学滤波 后处理，以消除噪声和斑点。具体方法如下：1 ) 为阈 值丁选择1

17、 个初始估计值；2 ) 使用r 分割图像，产 生2 组像素：亮度值大于r 的所有像素组成的集合 为G ，亮度值小于丁的所有像素组成的集合为G ：； 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第1 2 期屈博等：一种改进的多通道G a b o r 滤波器布匹瑕疵检测方法 。3 9 3 ) 计算G 。和G ：2 个集合的平均亮度值。和户：； 4 ) 计算新阈值T = ( p 。+ p ：) 2 。重复以上步骤，直 至连续迭代中r 的差比预先指定的参数e 小为止。

18、 3 实验结果与分析 在实际生产过程中，瑕疵多达5 5 种，主要分为 3 大类：点瑕疵，面瑕疵，线瑕疵。本文选择了破洞、 跳花、木辊皱、双纬4 组有代表性的瑕疵图片，检测 结果如图1 4 所示。 原始图像大小为5 1 2 像素X5 1 2 像素，2 5 6 级灰 度。采用了3 个方向6 个尺度的G a b o r 滤波器组。 把0 。兀弧度等分为6 个方向，每个方向 图1 破洞检测结果 F i g 1 D e t e c t i o nr e s u l to fh o l e ( a ) D e f e c ti m a g e ；( b ) R e f 2 h s i o nr e s u

19、 l t ；( c ) P r e s e n th s i o nr e s u l t ；( d ) P r e s e n tr e 8 L d t 图2 跳花检测结果 F i g 2 D e t e c t i o nr e s u l to ff l o a t s ( a ) D e f e c ti m a g e ；( b ) R e f 2 h s i o nr e s e t ；( c ) P r e s e n th s i o nr e s e t ；( d ) P r e s e n tr e s u l t 图3 木辊皱检测结果 F i g 3 D e t e c

20、t i o nr e s u l to f w r i n k l e ( a ) D e f e c ti m a g e ；( b ) R e f 2 h s i o nr e s u l t ；( c ) P r e s e n th s i o nr e s u l t ；( d ) P r e s e n tr e s u l t 图4 双纬检测结果 F i g 4 D e t e c t i o nm s u l to fw e g ( a ) D e h c ti m a g e ；( b ) R e f 2 3h s i o nr e s u l t ；( c ) P r e

21、s e n th s i o nr e s u l t ；( d ) P r e s e n tr e s e t 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 4 0 纺织学报第3 0 卷 O q = 鱼亏尘，g = l ，2 ，6 ，3 个尺度c r P = 1 5 + p ， P = I ，2 ，3 。考虑到计算复杂度和滤波效果的折中，滤 波器大小为I I 像素X1 1 像素。 4 结束语 本文在文献 2 研究的基础上，提出了一种多通 道信息融合机制，即通

22、过对同一方向不同尺度通道 采用算术平均进行第1 次融合，再对不同的方向依 据一定的准则选择1 组最优通道进行第2 次融合。 实验结果表明，本文算法在检测性能提高的同时，计 算量也有所降低。此外，对于块状或者片状的瑕疵， 即瑕疵区域纹理变换平缓时，G a b o r 滤波器的检测性 能也会急剧下降。采用快速算法降低计算复杂度， 融合其他算法有效检测片状瑕疵也是下一步要完成 的工作。F Z X B 参考文献： 1 M A YK u m a r C o m p u t e r - v i s i o n - b a s e d f a b r i c d e f e c t d e t e c t

23、i o n ：ns u r v e y J I E E ET r a n s a c t i o n so nI n d u s t r i a l E l e c t r o n i c s ，2 0 0 8 ，5 5 ( I ) ：3 4 8 3 6 3 2 3 4 5 6 7 8 A J A YK u m a r ，G R A N T H A MP a n g D e f e c td e t e c t i o ni n t e x t u r e dm a t e r i a l su 面I l gG a b o rf i l t e r s J I E E ET r a n s a

24、 c t i o n s o nI n d u s t r yE l e c t r o n i c s ，2 0 0 2 ，3 8 ( 2 ) ：4 2 5 4 4 0 A J A YK u m a r ，G R N T H A MP a n g D e f e c tD e t e c t i o ni n T e x t u r e dM a t e r i a l su s i n gG a b o rf i l t e r s C I E E E C o n f e r e n c eo nI n d u s t r yA p p l i c a t i o n s I t a l

25、y ： S n ，2 0 0 0 ： 1 0 4 l 1 0 4 7 E S C O F E TJ 。N A V A R R OR ，M I L L A NM S ，e ta 1 D e t e c t i o n o fl o c a ld e f e c t si n t e x t i l e sw e b su s i n gC d t b o rf a l t e r s C ， P r o c e e d i n g so fS P I E F r a n c e ： S n ，1 9 9 6 ：1 6 3 1 7 0 E S C O F E TJ ，N A V A R R OR

26、，M I U A NMS ，e ta 1 D e t e c t i o n o fl o c a ld e f e c t si n t e x t i l e sw e b su s i n gG a b o rf i l t e r s J O p t i c a lE n g i n e e r i n g ，1 9 9 8 ，3 7 ( 8 ) ：2 2 9 7 2 3 0 7 B O D N A R O V AA ，B E N N A M O U NM ，L A T H A MSJ T e x t i l e f l a wd e t e c t i o nu s i n go p

27、 t i m a lG a b o rf i l t e r s c P r o c e e d i n g s o ft h e1 5 t hI n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c eo nP a t t e mR e c o g n i t i o n B f i s b a n ，A u s t r a l i a ： S n ，2 0 0 0 ：7 9 9 8 0 2 G A B O RD T h e o r yo fc o m m u n i c a t i o n J J o u r n a lo ft h e I n s t i t

28、u t i o n o fE l e c t r i c a lE n g i n e e r s ，1 9 4 6 。9 3 ：4 2 9 4 5 7 肖乐，朱玉文，丁丽宏，等基于G a b o r 滤波器的布匹 瑕疵自动检测方法 J 北京理工大学学报，2 0 0 2 。 2 2 ( 6 ) ：7 1 8 7 2 1 X I A OL e Z H UY u w e n ，D I N GU h o I l g ，e ta 1 G a b o rf i l t e r - b a s e da u t o m a t i ct e x t i l ed e f e c td e t e c t i o n J J o u r n a lo f B e i j i n gI n s t i t u t e o fT e c h n o l o g y ，2 0 0 2 ，2 2 ( 6 ) ：7 1 8 7 2 1 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark