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一种图像识别技术在车型自动识别中的应用

林志翔，阮林栋

（广汽乘用车有限公司技术中心，广州 511434）

0     引言

电泳作为汽车前处理的核心工艺，是汽车涂装最重要的一道工序。电泳涂料在阴阳两极施加电压作用下，带电荷的涂料离子移动到阴极，并与阴极表面所产生的碱性物质作用形成不溶解物，沉积于工件表面，形成防锈电泳膜。电泳膜的形成包含电解、电沉积、电渗等过程，施加的电压对漆膜影响甚大，极间电压升高，电场作用加强，荷电粒子泳动速度加快，沉积量亦随之增加。主机厂会通过对不同的车型施加相应的电压配合电泳涂料以形成高质量的车身电泳膜，以满足车身10年以上的防腐需求。因此，车体电泳前实现高效准确的车型识别是至关重要的。

在工业生产中的识别方法主要有：射频识别、电磁识别、条形码识别、光电识别等方式^[1]，这些识别方式不足之处是需要人工耗费较长工时间设置识别标志，或对人工调试技术依赖性较高。随着图像技术的发展，逐步具备车型识别所需的高精度要求。传统的模拟图像处理，虽然可以直接获取被识别对象特征，但受工业现场环境如光照变化及车体运动的影响，导致图像识别的精度低，灵活性较差，识别准确率不理想^[3]。本文采用数字图像分割和特征匹配判别法能有效消除车型以外的背景带来的干扰因素，提取图像中的有效值完成识别分析。

1     问题描述

某涂装线车体电泳的流程为：生产线体自动运行→车体到达检测位置→形成射频组合信号→整流器PLC接收组合信号→匹配预设车型组合信号→施加对应车型电压进行电泳。

车体在电泳前进行车型自动识别，识别后的车型信号发送至控制阳极施加电压的中央设备整流器，整流器接收到车型信号后，根据预设的车型电压要求，发出电泳阳极升压指令，对当前车体进行电泳。电泳前车型自动识别采用的方式为光电识别，利用车体的外观形状差异设置6组光电信号，通过光电信号的组合以达成不同车型的识别信号（见表1）。目前生产中，当多车型的外观形状相似率较高时，通过光电信号无法形成清晰的组合信号识别车型（表1中车型1与5），需要浪费大量的时间和成本去进行调试，更为严重的是容易受车体外观精度及现场生产环境影响，导致车型识别错误，执行错误的电压进行电泳，引发品质异常甚至车体直接报废。为此在电泳前增加1套图像识别系统进行车型自动识别，通过PLC控制输出车型信号到整流器，与原光电组合信号识别车型进行校对匹配，提高车型识别准确率，维持车身品质稳定性，减少生产成本浪费。

2     图像识别系统

2.1    系统组成

图像识别系统主要部件包括OMRON图像主机FH-L550、500万像素彩色相机FZ-SC5M2、高倍率镜头3Z4S-LE SV-0614H、控制系统FX3U-32MT-ES-A、LED光源控制器PD2-14024-2、串口模块FX2N-232IF、相机连接线缆和显示屏，图像识别系统结构见图1。

2.2   图像识别算法

图像识别系统中的相机设置在固定位置，同时通过一个触发开关发送信号至相机执行拍照动作，因此采集到的图像中，除了运动的车体是动态图像，其他背景为静态图像。由于车体是持续运动的，如何获得有效的原始图像，是系统的首个关键环节，本文采用的高倍率镜头3Z4S-LE SV-0614H视野可达14.9°×19.8°，能够有效涵盖车体形状，配合相机FZ-SC5M2使用，可实现0.1 s快速摄像，避免原始图像模糊。图像识别过程中，只对车辆图形感兴趣，所以要把车辆图像与背景图像进行图像分割将车型区域分离出来，得到我们需求的有效的车体侧面图像。

对于不同的车型，分别具有不同的侧面轮廓特征，特征值选取是车型识别的依据和关键^[2]。本文选定车型的侧面C柱部位作为特征选定区域，利用小窗的差异作为各车型的特征值。各车型车体通过前，提前在系统内录入标准图像，选定特征值，并定义对应车型代码，存入车型特征库^[2]，车体实际过线时提取C柱特征值与车型特征数据库匹配成功后输出车型代码信号，图像识别系统流程为：车体侧面图像采集→预处理（图像分割）→C柱部位特征提取→各特征值定义车型代码→过线车体特征匹配→输出车型代码。

2.3   功能设计

根据原光电组合信号识别车型的工位情况，在工序前端增加图像识别系统，此系统只需要利用一个摄像头摄取车体侧面图像，然后根据图像进行处理，提取车型特征，将各车型图像特征录入车型特征数据库中定义车型代码。生产时当车体进入摄像区域时，摄像头实时摄取车体侧面图像后，系统对图像进行处理和分析，提取车型特征与车型特征数据库车型特征进行检索匹配，匹配成功后将对应代码发送至整流器，整流器PLC将图像识别系统的车型代码与光电组合信号形成的车型代码进行再匹配，通过匹配结果输出最终车型信号执行电泳加工，车型自动识别流程见图2。

2.4   系统功能优化

将图像识别系统与原光电信号系统组合使用，可有效提高车型的检测准确率，确保车体以指定的电压进行电泳，保证可靠的电泳漆面品质，并能够有效缩短导入新车型的调试时间和成本，在满足各车型车体侧面C柱部分的特征录入车型特征数据库的前提下，车体过线均能保证有效的识别。但图像识别系统投入量产后发现存在以下课题。

1）生产模式下线体自动运行过程中，当图像识别系统摄像区域环境工况发生较大变化点（如光源部件损坏）时，实时采集的图像的特征与特征数据库无法形成有效的匹配，需要针对现场环境工况进行在线调试，由于图像识别进行在线调试过程中无法对过线车体进行自动识别，需要停线约10 min完成调试。但电泳线体停线＞3 min将会对线体内车体带来严重的品质隐患甚至存在车体报废风险。

2）由于原光电信号识别车型的局限性，当新车型车体与已有车型相似度较高时，光电信号无法对新车型形成区别已有车型的清晰有效的组合信号，导致存在2个或2个以上的车型共用同一组合信号，光电信号无法输出具体车型代码。

基于以上两点课题，本文对图像识别系统与原光电信号系统组合模式在程序控制上进行完善。当图像识别系统进行调试状态时，发送特定信号到整流器，当整流器接受到该信号后，整流器PLC以光电组合信号形成车型代码输出最终车型信号，执行电泳加工，当光电组合信号无法形成有效的车型代码时，发出报警，由手动选择/固定车型执行电泳加工，此为调试模式；当图像识别系统正常使用时，若当前车型光电组合信号存在2个或2个以上车型共用时，发送另一特定信号到整流器，当整流器接受到该信号后，整流器PLC以图像识别系统的车型代码输出最终车型信号，执行电泳加工，此为图像模式。功能优化系统逻辑如图3所示。

2.5   图像识别系统安装调试注意事项

图像识别系统整体安装在电泳线入口位置，该位置工作条件恶劣，温湿度较高，且容易受车体从前工序带出的高酸碱度水雾的影响，导致镜头、光源被污染，部件使用寿命缩短，所以图像识别系统选型确定后需选用耐腐蚀的辅材安装，并对镜头、光源等主要部件做好安全防护，减少后期维护成本。同时在设定特征采集匹配的精度时，考虑现场实际情况，车体从前工序出来后车体表面会存在一定的水珠或水痕，影响图像特征提取，经过不断调试，确认以≥90%作为特征提取匹配的设定值，既能保证车型识别的准确性，又得有效应对现场不良因素影响。

3     结语

随着自动识别技术在工业生产中的普及，以及对生产稳定性的不断追求，图像识别系统在关键工序上也逐渐得到广泛的应用。本文所述的图像识别系统，在利用数字图像分割和特征匹配判别法的基础上，针对现场实际需求进行相应的功能改善和优化，系统投入使用至今已超过1年，设备运行稳定，车型识别准确率达99.9%，生产的稳定性及车身品质得到充分保障。此次图像识别系统的导入不仅满足了涂装线的生产需求，也为计划建设的涂装线提供了借鉴。

(参考文献略，详情见《现代涂料与涂装》2020-05)