Page 110 - 无损检测2024年第十期

顾天宝：
基于 Canny 算子边缘分割的海洋平台焊接构件焊缝检测方法

xy
 (, ) Q
ε( , )=arctanxy  1  （8）
xy
 Q 2 (, ) 
式中： ε 为梯度方向；Q 、Q 分别为像素点水平、垂直
2
1
方向的梯度值；arctan为反正切函数。
像素点的梯度强度为

2
2
xy)+
xy)=
xy)
φ(, Q (, Q (, （9）
1 2
式中： φ 为梯度强度。
上述计算过程中涉及的两个梯度值，可以通过
以下公式推算，即
 Q xy
( , )=
 1
x
ϖ y
x
ϖ xy
 ϖ (xy ϖ , +1)- ( , )+ ( +1, +1)- ( +1, ) y

 2 （10）
( , )=
 Q xy
2
y
x
ϖ xy
ϖ x
 ϖ xy ϖ ( , )- ( +1, )+ ( , +1)- ( +1, +1)
y

 2
式中： ϖ （x，y）为像素点（x，y）的二值化函数。 图 1 具体的图像膨胀过程示意
由于相同方向上图像不同像素点的梯度强度存
在很大差异，为了确保边缘检测结果是真实的，引入
非极大值抑制方法，即在判断一个梯度元素属于边
缘像素时，与同一方向上其他像素的梯度值进行对
比，只有确定当前梯度元素的梯度值为最大值时，才
能确定其为真实边缘。同时，为了避免出现伪边缘，
应用双阈值检测原理，设置Canny算子边缘分割所
需的两个临界值，分别代表了强边缘，弱边缘约束条
件，超出双阈值规定范围的所有边缘检测算子都属
于非边缘像素点 [10] 。
依托于Canny算子检测出海洋平台焊接构件焊
缝图像中全部边缘像素点后，为了更好地实现图像
边缘分割，通过数学形态学中的膨胀和细化操作，实
现边缘连接。具体的图像膨胀过程如图1所示。 图 2 结构元素细化顺序示意
考虑到图像膨胀处理阶段，可能会扩展出更多 整焊缝。
边缘像素点，从而掩盖真实焊缝边缘信息。在图像 若已知种子区域，并大致确定生长区域数量，可

边缘连接过程中，同时引入细化处理方法，按照图2 以将区域生长判定准则写为
所示顺序分析每一个扩展像素点，不断删除冗余像
素信息，图中S1~S9为梯度元素1~9。
× （11）
通过上述操作，获取焊接图像的边缘分割结
果，将原始图像中的背景信息去除，仅保留焊缝目标
τ
式中： λ 为生长区域数量；T为判定准则；∂、 为种
区域。 子区域和待测区域的灰度均值；σ 为方差。
2
1.4 获取海洋平台焊接构件焊缝检测结果 在区域生长判定准则的辅助下，海洋平台焊
为了得出更加准确的焊缝检测结果，以图像边 接构件焊缝目标区域不断生长，直到与目标形
缘分割结果为基础，选取种子点约束区域，按照生长 状模板大小相同则停止生长，当前给出的生长区
准则实现区域自适应生长，图像区域生长原理如图3 域即为焊缝所在区域，基于此得到最终的焊缝检测
所示，根据区域生长结果最终检测出焊接构件的完 结果。
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2024 年 第 46 卷 第 10 期
无损检测