有關(guān)機(jī)器視覺在汽車LED前照燈檢測(cè)的應(yīng)用

趙悅+潘明清+肖洪

摘 要：前照燈是為汽車夜間行駛提供照明支持的工具，對(duì)于保障夜間行車安全意義重大，尤其是在一些缺乏照明設(shè)施的道路上，前照燈更是唯一的照明工具，必須具備穩(wěn)定可靠的質(zhì)量。本文在汽車LED前照燈檢測(cè)系統(tǒng)中，引入了機(jī)器視覺技術(shù)，希望能夠進(jìn)一步提升檢測(cè)的水平和效果。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺；汽車LED前照燈；檢測(cè)；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.238

0 前言

LED屬于一種半導(dǎo)體光源，在照明領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，將其作為汽車前照燈，與傳統(tǒng)前照燈光源相比，具有節(jié)能環(huán)保、體積小、相應(yīng)速度快、顏色飽和度高以及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，成為了下一代汽車前照燈的首選光源之一，目前已經(jīng)在一些高端車型中得到了應(yīng)用。而從保障前照燈照明效果的角度，需要做好必要的檢測(cè)工作。

1 機(jī)器視覺概述

作為人工智能的一個(gè)重要分支，機(jī)器視覺可以簡(jiǎn)單的理解為利用機(jī)器來(lái)代替人的眼睛，做出相應(yīng)的測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺實(shí)際上是一種綜合性的技術(shù)，在其中融合了圖像處理技術(shù)、光學(xué)成像技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及機(jī)械工程技術(shù)等，能夠在一些特殊的場(chǎng)合代替人工視覺，具有靈活性和自動(dòng)化的特點(diǎn)。

機(jī)器視覺的基本原理，是利用CCD相機(jī)，將檢測(cè)到的目標(biāo)轉(zhuǎn)化為圖像信號(hào)，然后傳輸給圖像處理系統(tǒng)，再次將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字化信號(hào)，從中提取被檢測(cè)目標(biāo)的特征值（數(shù)量、位置、高度等），實(shí)現(xiàn)對(duì)于目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別[1]。

2 機(jī)器視覺在汽車LED前照燈檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)框架

前照燈檢測(cè)系統(tǒng)的硬件部分包括了圖像卡、攝像頭、暗箱、PC機(jī)等，其基本的工作原理，是利用CCD相機(jī)采集圖像信息，經(jīng)圖像采集卡，將圖像信息傳輸?shù)絇C機(jī)，進(jìn)行相應(yīng)的處理和顯示，而通過(guò)I/O卡，可以自由控制系統(tǒng)的啟停以及攝像頭的切換。軟件部分選擇了LabVIEW及IMAQ Vision，結(jié)合相應(yīng)的虛擬開發(fā)平臺(tái)軟件，可以利用圖形化的編輯語(yǔ)言完成系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，同時(shí)也能夠提供多樣化的庫(kù)函數(shù)以及功能模塊，不僅保證了系統(tǒng)功能的全面性，在實(shí)際應(yīng)用中也更加靈活，可以在很大程度上縮短系統(tǒng)開發(fā)的周期。

2.2 圖像處理

對(duì)于汽車前照燈檢測(cè)而言，光軸交點(diǎn)檢測(cè)非常重要，這里假設(shè)車輛正常行駛，右側(cè)前照燈的光路圖如圖1所示。

其中，h-h表示通過(guò)前照燈焦點(diǎn)的水平面，H-H2表示道路中心線，v-v表示前照燈垂直面，對(duì)照上圖，h-h與H-H2的交點(diǎn)位置是汽車前照燈光軸檢測(cè)的一個(gè)重要參數(shù)。從方便分析的角度，需要做好必要的圖像處理。

（1）LUT變換：主要是對(duì)圖像像素的灰度值進(jìn)行計(jì)算和轉(zhuǎn)換，在強(qiáng)化圖像光對(duì)比度的同時(shí)，也可以突出圖像的有用信息，使得邊緣更加明顯。

（2）圖像裁剪：為了保證精度，采集到的圖為標(biāo)準(zhǔn)CCIR圖像，像素較多，能夠提升系統(tǒng)的測(cè)量分辨率，不會(huì)同時(shí)也會(huì)使得需要處理的數(shù)據(jù)大大增加，在一定程度上影響了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。因此，需要對(duì)圖像進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟眉簦コ哂嗖糠郑瑴p少數(shù)據(jù)量。結(jié)合光軸特點(diǎn)分析，圖像中光軸的交點(diǎn)位于最亮區(qū)域附近。從降低區(qū)域隨機(jī)性的角度，運(yùn)用檢測(cè)圖像質(zhì)量重心的方式，對(duì)需要進(jìn)行處理的區(qū)域進(jìn)行確定[2]。

（3）邊緣增強(qiáng)與二值化：一般情況下，邊緣增強(qiáng)指對(duì)灰度邊緣的增強(qiáng)處理，結(jié)合相應(yīng)的門限，對(duì)明顯邊緣的像元位置進(jìn)行確定。在經(jīng)LUT變換后，圖像的邊緣特征清晰度大大增強(qiáng)，再次進(jìn)行二值化處理，可以清除圖像中的部分干擾因素，為后續(xù)邊緣檢測(cè)提供便利。在二值化的過(guò)程中，需要關(guān)注閥值的選擇，如果過(guò)高，則可能會(huì)漏掉變化幅度較小的邊緣，如果過(guò)低，則可能會(huì)受噪聲影響，產(chǎn)生虛假邊緣。因此，在進(jìn)行圖像二值化處理時(shí)，需要合理選擇閥值，避免出現(xiàn)漏檢和假邊緣的情況，一般情況下，需要經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐才能夠獲取最佳閥值。這里為了提升工作效率，在允許誤差范圍內(nèi)，增加了對(duì)圖像一次邊緣的特征提取，運(yùn)用空間矢量梯度濾波，對(duì)邊緣進(jìn)行二次增強(qiáng)，結(jié)合適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)，就能夠完成閥值的確定。在這個(gè)過(guò)程中，空間梯度濾波的的作用，是結(jié)合一定的計(jì)算因子，在圖像中進(jìn)行像素灰度卷積。處理完成后，圖像基本顆粒邊緣的像素灰度對(duì)比度大大增強(qiáng)，利用實(shí)驗(yàn)得到了閥值進(jìn)行圖像的二值化，就可以將誤差控制在允許范圍內(nèi)。

（4）去干擾處理：二值化處理后，在圖像中會(huì)存在一些可能對(duì)圖像處理造成干擾的小顆粒，需要及時(shí)去除。經(jīng)研究討論，選擇膨脹和腐蝕方法，對(duì)二值化圖像進(jìn)行處理。需要注意的時(shí)，膨脹與腐蝕必須成對(duì)出現(xiàn)，互補(bǔ)不足，保證良好的處理效果。

2.3 零件檢測(cè)

可以利用接近傳感器的精確定位，對(duì)零件的完整性進(jìn)行檢查，考慮到汽車前照燈的型號(hào)眾多，需要選擇針對(duì)性的檢測(cè)設(shè)備，因此缺乏靈活性。在基于機(jī)器視覺的檢測(cè)系統(tǒng)中，通過(guò)圖像處理方法，可以構(gòu)建相應(yīng)的圖像模板，實(shí)現(xiàn)對(duì)于車燈裝配零件的柔性檢測(cè)，提升了系統(tǒng)的靈活性以及檢測(cè)結(jié)果的可靠性[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，汽車LED前照燈相比較傳統(tǒng)前照燈光源具有非常顯著的優(yōu)勢(shì)，不過(guò)同樣需要做好必要的檢測(cè)工作，以保證前照燈功能的充分發(fā)揮，保障行車安全。在汽車前照燈檢測(cè)系統(tǒng)中，引入機(jī)器視覺技術(shù)，可以提升檢測(cè)系統(tǒng)的靈活性和自動(dòng)化程度，保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張志瀚.基于機(jī)器視覺的汽車前照燈檢測(cè)系統(tǒng)研究[D].武漢理工大學(xué)，2015.

[2]游丹.基于機(jī)器視覺的電動(dòng)車儀表盤LED燈質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)[D].天津工業(yè)大學(xué)，2012.

[3]錢慧君.關(guān)于LED汽車前照燈的應(yīng)用探究[J].中國(guó)機(jī)械，2015，（19）：71-72.