Использование корреляционного анализа изображения для контроля качества пористых материалов

УДК 004.932.2

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОРРЕЛЯЦИОННОГО АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Е.О. Егорушкин

Данная работа посвящена разработке метода измерения среднего размера ячейки - одного из важнейших параметров качества материалов ячеистой структуры. Метод разработан на основе математического аппарата корреляционного анализа. Проведена оценка точности и быстродействия его работы. Даны рекомендации по применению метода для автоматизации операций контроля качества

Ключевые слова: корреляционная функция, пористые материалы, параметры

В настоящее время сохраняется потребность в разработке новых и совершенствовании существующих методов и средств контроля качества при производстве различных материалов сложной структуры, таких как пенополиуретан, пенопласт, ячеистые пластмассы. Это обусловлено необходимостью повышения эффективности контроля, решения задач его автоматизации, с целью увеличения конкурентоспособности производимого

продукта в условиях современного рынка. Применяемые в настоящее время ручные методы контроля в условиях современного серийного производства является

неэффективными, поэтому задача

автоматизации контроля качества включается в список узких мест производственных предприятий.

Целью данной работы является исследование геометрических параметров

качества ячеистых материалов (на примере блочного пенополиуретана, ППУ), разработка методики их определения по

видеоизображению. В настоящее время наибольшие трудности возникают при попытках автоматизации контроля важнейшего параметра качества материалов, среднего размера ячеек и его однородности, что и послужило основой для проведения исследований.

В ходе исследования изображений

контролируемого материала, была установлена их периодическая структура и сделан вывод о возможности применения частотных методов для их анализа. С целью разработки алгоритма определения среднего размера ячеек следует рассмотреть метод корреляционного анализа сигналов .

Автокорреляционная функция является количественной интегральной характеристикой формы сигнала, и определяется интегралом от

произведения двух копий сигнала 8(1), сдвинутых относительно друг друга на время

т (1): п

В (т) = Г 5(г)5(г + т)& = (я(г), я(г + т)) =

г™

В варианте автокорреляции производится сравнение сигнала с собственной копией [1], что позволяет выявить в сигнале наличие и оценить параметры периодически

повторяющихся элементов.

Определение среднего размера ячейки производится с помощью анализа пространственной корреляционной функции, полученной из коэффициентов корреляции (2) изображения при движении по нему окна с размерами 100х100 пикселей.

£2

к = с г ^ ’ Л

V с г с г

где А,В - матрицы изображении, Ат и Вт -средние значения элементов матрицы.

Из понятия корреляционной функции (КФ) следует, что положение ее максимумов определяет размер наиболее часто повторяющихся элементов изображения, то есть в точках совпадения изображений коэффициент корреляции максимально приближен к единице.

Для осуществления эксперимента получен ряд серий имитационных изображений поверхности образцов ППУ с разным размером ячейки.

В ходе применения метода корреляционного анализа к

экспериментальным изображениям (рисунок, а), для определения максимумов КФ построены ее

спектры.

Егорушкин Евгений Олегович - НГТУ, аспирант E-mail: E_ngtu@inbox.ru

Частоты повторяемости элементов на изображениях определены из анализа спектра корреляционных функций (рисунок, в), а периоды по формуле (3):

Т = я//, где

5 - размер изображения, / -

пространственная частота появления объекта.

Из результатов обработки

экспериментальных данных видно, что метод корреляционного анализа имеет ошибку по сравнению с результатами ручного измерения порядка 7-15 %. Внешние факторы,

особенности структуры материала и его ориентация на результат измерения влияют незначительно. Время исполнения одного цикла измерения среднего размера ячейки методом корреляционного анализа составляет 2 сек.

Метод анализа корреляционных функций изображений материала может быть рекомендован для автоматизации контрольных операций в условиях единичного и мелкосерийного производства.

Литература

1. Белоглазов И.Н. Тарасенко В.П. Корреляционно-экстремальные системы. М.,"Сов. радио", 1974, 392 с.

Экспериментальное изображение поверхности ППУ

Нижегородский государственный технический университет

USE OF IMAGES CORRELATION ANALYSIS FOR QUALITY CONTROL OF POROUS

MATERIAL

E.O. Egorushkin

This work is devoted to the development of methods for measuring the average size of cells - one of the most important quality parameters of cellular structure materials. The method developed on the basis of correlation analysis. There are assessments of the accuracy, speed of its work and recommendations on the use of a method for the automation of quality control operations

Keywords: correlation function, porous materials, parameters