LabVIEW紋理分析（基礎(chǔ)篇—9）

紋理（Texture）是物體表面固有的特征之一。目前對于紋理尚無正式的定義，但一般認為它是由許多相互連接且常周期性重復(fù)的單元構(gòu)成。與灰度特征不同，紋理不是基于單個像素點的特征，它通常與圖像的尺度關(guān)系密切，且具有區(qū)域性和統(tǒng)計特征。

通常來說，在放大后的圖像上可以觀察到目標(biāo)表面的紋理。而且一般來說，紋理特征需要在包含多個像素點的圖像區(qū)域中進行灰度統(tǒng)計才能獲得。紋理特征的這種區(qū)域性可使特征匹配過程不會因局部的偏差而失敗。因此通過紋理分析，可對物體表面尺寸和形狀的變化進行檢測，如劃痕(Scratch)、裂紋(Crack）和污漬（Stain)等。

紋理分析常用于對具有不規(guī)則紋理圖案的目標(biāo)表面進行檢測，如瓷磚、紡織品、木材、紙張、塑料或玻璃的表面等。

多數(shù)基于紋理分析的機器視覺應(yīng)用使用紋理分類器（Texture Classifier）進行檢測。紋理分類器可通過對無缺陷的標(biāo)準樣本目標(biāo)進行學(xué)習(xí)獲得，其中包含樣本的紋理特征信息。檢測時，算法會將被測目標(biāo)中的紋理特征與紋理分類器中的特征信息進行匹配，并將不能接受的區(qū)域標(biāo)識為缺陷。

通常來說，紋理分析過程會以目標(biāo)的表面圖像為輸入，并以二進制大顆粒（Binary Large OBjects，BLOB）的形式輸出檢測結(jié)果。獲得缺陷部分的BLOB后，可以進一步使用顆粒分析工具對其屬性、尺寸等進行分析。

適用性強的紋理分析檢測過程不僅應(yīng)對于噪聲有較強的抵抗能力，還應(yīng)具有平移不變（Shift-Invariant）、旋轉(zhuǎn)不變（Rotate-Invariant）和尺度不變（Scale-Invariant）的性質(zhì)。也就是說，相較于紋理分類器中的紋理特征而言，即使被測目標(biāo)中的紋理特征垂直或水平移動，在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)或有一定比例的縮放，紋理分析檢測過程仍能繼續(xù)正確地識別它們。一般的紋理檢測過程都具有平移不變的性質(zhì)，且能支持±5°的旋轉(zhuǎn)和±10°的縮放。

若要支持更大范圍的旋轉(zhuǎn)不變和尺度不變性，則要通過學(xué)習(xí)和訓(xùn)練過程，創(chuàng)建包含各個方向和比例紋理特征信息的紋理分類器。此外，還應(yīng)注意在紋理匹配過程的執(zhí)行速度與旋轉(zhuǎn)不變和尺度不變性范圍之間進行平衡。

由于紋理特征與圖像的尺度、區(qū)域及灰度統(tǒng)計數(shù)據(jù)具有密切聯(lián)系，因此NI Vision使用離散小波變換和統(tǒng)計的方法來提取紋理特征并對其進行分類檢測。一般的紋理檢測過程如下圖所示，主要包括以下步驟：

Nl Vision使用位于LabVIEW的視覺與運動→lmage Processing→Texture函數(shù)選板中的VI對上述過程進行封裝，如下圖所示：

函數(shù)說明及使用可參見幫助手冊：

 其中：

• IMAQ Extract Wavelet Bands可執(zhí)行小波變換從紋理圖像中提取各種子帶圖像；

• IMAQ Cooccurrence Matrix能計算圖像的共生矩陣和Haralick特征；

• IMAQ Extract Texture Feature對子帶提取、共生矩陣計算和Haralick特征提取與連接進行了集成，可直接返回計算得到的紋理特征；

• IMAQDetect Texture Defect不僅集成了整個紋理特征的提取過程，還集成了按照紋理分類器對紋理進行分類的過程，它能以二值圖像輸出檢測到的紋理缺陷。

通過一個墻壁紋理或缺陷檢測的實例，了解紋理分析的實現(xiàn)方法，程序設(shè)計思路如下所示：

• 程序一開始先由IMAQ Read ClassifierFile從分類器文件Texture.clf中讀取事先訓(xùn)練好的紋理特征信息，并為后續(xù)處理分配內(nèi)存；

• 循環(huán)結(jié)構(gòu)中的代碼，逐一從文件夾中取出被測圖像，在用清除無損圖層后，由IMAQ Detect Texture Defect根據(jù)分類器對紋理進行分類；

• Nl Vision分類過程使用范圍為0~1000的識別得分（ldentification Score）來判別被測特征與某一類別的相似程度，當(dāng)紋理與合格的特征信息差別越大時，說明其越接近缺陷；

• 由此，程序中設(shè)置了最小缺陷分類識別得分為200，分類時任何得分等于或大于該閾值的像素均被識別為紋理缺陷。

程序設(shè)計如下所示：