基于免疫遗传小波分析的管道焊缝图像处理方法.pdf

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1、东北石油大学学报第37卷第1期2013年2月JOURNALOFNORTHEASTPETROLEUMUNIVERSITYVo1．37No．1Feb．2013基于免疫遗传小波分析的管道焊缝图像处理方法徐平，张方舟，常洪庆，严胡勇，巩淼，姚姜虹(1．东北石油大学计算机与信息技术学院，黑龙江大庆163318；2．大庆油田热电厂除尘分厂，黑龙江大庆163314)摘要：针对难以实现管道焊缝图像信息准确提取的问题，利用免疫遗传算法优化小波系数，将小波变换与免疫遗传算法引入焊缝图像的处理过程，采用相似性距离分析传统小波

2、、Canny算法、免疫遗传小波等算法优劣性．结果表明：该算法能够有效地抑制噪声干扰，去除图像边缘中的伪影，从而较好地实现图像边缘信息的清晰与细化，体现遗传小波变换算法在精确定位与抗噪声能力上的优越性．关键词：免疫遗传算法；小波分析；焊缝；图像处理；相似性距离；管道中图分类号：TG441．7文献标识码：A文章编号：2095—4107(2013)01—0110—060引言在管道焊接过程中，由于各种因素影响，焊缝中常常出现裂纹、夹渣等缺陷，而管道焊接质量是管道安全的重要保证Ⅲ】]．此外，可靠的焊缝跟踪是确保焊

3、接质量的首要条件，精确的焊缝信息是焊缝跟踪的前提．因此，及时、准确地提取焊缝信息是管道制造企业的重要工艺环节．目前，提取焊缝信息的方法多为算子边缘检测方法，如Canny算子、Prewitt算子和Roberts算子等l2]，此类方法难以处理精确定位和抗噪声能力在协调性上的矛盾，稳定性不好．免疫遗传算法既保留传统遗传算法的搜索性，又利用免疫算法多机制求解多目标函数最优解的自适应特征．小波分析技术具有多尺度性l_3]，且已在图像处理方面获得成功的应用．因此，将免疫遗传与小波分析相结合的免疫遗传小波分析技术在图

4、像处理上的研究具有重要意义．刘扬等将免疫遗传小波分析应用在图像处理上，把图像首先进行预处理，在提取特征的同时进行有效融合，从而得到相应的生物特征，利用免疫遗传小波与神经网络研发用人的面部作口令的身份认证系统l_4]．其系统识别率接近95，虽然错误拒绝率较高，但错误接受率也较低．此外，系统用户注册过多也会导致系统识别率有所下降．在管道焊缝图像处理技术方面，谢志孟等选用Canny算子提取焊缝图像的边缘特征，并且根据焊缝中心坐标与边缘处理结果对图像进行边缘检测试验，得出Canny检测算子是一种比较有效的方法，

5、适合于视觉传感的焊缝跟踪图像处理过程，但是稳定性不是很好l5]．王宏文等通过先行基于梯度信息的一种自适应平滑滤波，同时采用三阶B样条的双小波多尺度边缘检测法，减少误检率．此方法复杂度适中，处理速度较快，效果较好，但它可能引入一定量的噪声[6]．唐国维等考虑图像的灰度变化及人眼注视特点，考虑人眼对图像的平滑区、边缘区及纹理区敏感度不同，分别对3种区域图像所对应的小波系数赋予不同的视觉权值，同时对焊缝区域进行水平与竖直滤波，并与布尔代数整合，得出具有缺陷特征的焊缝二值图像．该算法有效、准确，但滤波操作较费时

6、，处理速度稍慢l7]．唐国维等考虑管道焊缝缺陷本身的特点，选取图像缺陷特征，基于焊缝缺陷分类器进行分类，建立采用势函数法训练方法，进而实现焊缝的分类与处理．此方法具有较好的聚类性与容错性，但在样本不足的情况下，误差比较大]．周贤等结合迭代阈值分割与数学形态学，从焊缝图像区域中提取缺陷部分，采用边缘提取算法提取缺陷边缘．此算法能够实现自动提取焊缝图像的缺陷及边缘部位，计算速度较快，受噪声影响小，但是缺少通用性l9．收稿日期：2o13—01—12；编辑：任志平基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目(115

7、5lOl6)作者简介：徐平(1965一)，男，博士，教授，主要从事计算机网络与教育技术方面的研究·110·第1期徐平等：基于免疫遗传小波分析的管道焊缝图像处理方法笔者将小波分析与免疫遗传算法相结合，用遗传算法对小波系数进行优化，对焊缝图像边缘进行提取．该方法能够得到较清晰的图像边缘，效果优于其他常规图像处理算法．1免疫遗传小波分析1．1边缘检测小波变换作为一种时频分析方法，不仅能够进行多分辨率分析，还具有表征时域信号局部特征的特点¨]．这使得它能够在低频处频率细分，在高频处时间细分，因此适宜探测并分析正

8、常信号中的瞬态反常信号．设一个二维图像信号为f(x，)，O(x，)为平滑函数，使其满足积分llO(x，y)dxdy一1．将平滑函数对z，Y分别求导，得到小波函数：(，)一O0(x，)／Ox，(1)‘。(z，)一aO(x，)／3y．(2)引入记号Ts(，)一1TFXs，sl]，对任意的二维函数f(x，)EL(R)，定义二维小波变换：rWnf(s，z，)一f(x，)¨(z，)，，、]Wf(s，z，)一f(x，)’(-z，)，式中：S为小波变换尺