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博士选题报告

博士论文选题报告

矿用胶带输送机纵向撕裂数字图像检测技术研究

研究生：

张明敏

专业：

机械电子工程

研究方向：

机电一体化

指导老师：

张晞副教授

目录

1课题背景3

1.1矿用胶带输送机及撕裂事故3

1.2输送带纵向撕裂的原因3

1.3预防胶带撕裂的超前保护措施5

2胶带撕裂检测的国内外研究现状6

2.1国外研究现状6

2.2国内研究现状8

3数字图像处理技术及其在缺陷检测领域的应用10

3.1数字图像处理技术的主要内容10

3.2数字图像处理技术的主要特点11

3.3数字图像处理技术在缺陷检测领域的应用12

3.4使用数字图像处理来进行胶带撕裂检测的优势13

4胶带纵向撕裂图像信号模型13

4.1胶带纵向撕裂图像的特点13

4.2裂缝图像的加性模型14

4.3裂缝图像的乘性模型14

5图像预处理15

5.1图像预处理概述15

5.2点运算16

5.3直方图均衡17

5.4平滑空间滤波17

5.4.1均值滤波17

5.4.2中值滤波18

5.5图像分割18

5.5.1二值化19

5.5.2边缘检测19

6裂缝识别20

6.1模式识别20

6.2裂缝识别算法22

7系统硬件结构设计23

7.1CCD摄像机选型23

7.2辅助照明设计25

7.3嵌入式硬件系统设计26

7.3嵌入式软件系统设计26

8可行性分析与创新点27

9进度安排27

10参考文献27

1课题背景

1.1矿用胶带输送机及撕裂事故

带式输送机自1795年被发明以来，进过二个多世纪的发展，已广泛应用于电力、冶金、煤炭、化工、矿山、港口等行业，具有运量大、运输连续、强度高等特点，在煤矿生产中是比较经济可靠的运输设备，得到了广泛的应用，已经成为井下原煤运输的主要运输设备。

输送带是输送机的重要组成部分，成本占整机的40%以上，输送带主要有普通帆布芯皮带、合成纤维芯皮带、钢丝绳芯皮带等。

胶带在长期的运转过程中由于各种因素（如运力加大、带速加快等），往往会发生纵向撕裂事故，在短时间之内就会全部损坏，造成巨大的经济损失，即使能够修补，也将耗费大量的人力和时间，对正常生产造成极大影响。

随着我国带式输送机使用量和应用范围的不断增加，使用厂矿发生撕裂的事故也越来越多，而国内仍没有一套比较理想的防撕裂检测和保护装置。

因此，研究如何有效地防止胶带撕裂对于煤矿生产和安全具有重要意义。

图1-1胶带输送机

1.2输送带纵向撕裂的原因

胶带是带式输送机重要的部件之一，它既是承载件，又是传动件。

在带式输送机运转过程中，胶带受各种大小和性质不同的载荷作用，处在极其复杂的应力状态下，因此，因胶带故障而引起的带式输送机事故占多数。

输送带发生撕裂的原因是多方面的，主要有：

（1）抽芯撕裂

此种撕裂只发生在钢绳芯胶带，它是钢绳芯胶带固有的特性，由于其结构特征所决定。

钢绳芯胶带在剧烈的冲击力作用下，会造成胶带中的钢丝绳断裂，经过长时间磨、拉、折等外力的作用，断裂的钢丝绳头会从胶带接头处、粘口处或磨损比较严重处露出到覆盖胶之外。

当露出的钢丝绳达到一定长度，就可能绞入滚筒、托辊等处，随着胶带的运转，使钢丝绳从胶带覆盖胶中抽出，造成撕裂。

防止这种撕裂只能加强巡视力度，发现露出的钢丝绳头的长度超过30mm时，立即剪掉，以免后患。

另外可采用高强度胶带，即抗撕裂带。

抗撕裂带改变了以往输送带的传统结构，在覆盖层与骨架之间增设了不同结构、不同材质的抗撕裂层，用以满足不同环境的要求[1]。

（2）胶带跑偏撕裂

胶带跑偏后，被托辊端盖或机架边口割开，进而造成撕带。

这种情况可能发生在胶带全长的任何位置。

胶带跑偏也是胶带常见事故之一，胶带运行过程中，由于受力不均，胶带单侧偏移较多，在一侧就会形成褶皱堆积或折叠，这样胶带受到不均衡拉力或被夹伤及刮伤等，造成撕裂。

这种情况一般不会偶然突发，达到撕裂的程度需要有一个过程，且现象比较明显，容易观察，发现胶带跑偏时及时调整，保证跑偏装置工作正常，即可防止这类撕裂事故的发生[2]。

（3）物料、异物卡压撕裂

这种情况发生在装载点的溜槽下部。

由于井下工作条件的限制以及管理上的不完善，井下运至输送机落料口的煤块中，往往夹带着大块的歼石、角钢、槽钢等异物，因溜槽前沿和胶带面之间的距离有限，且胶带下缓冲托辊呈间隔分布，自然承载力强度不均匀，当所运输的物料或异物单侧长度超过溜槽前沿和胶带之间的距离时，在特殊的情况下容易使大块物料或异物卡在溜槽前沿与胶带之间，这些异物常常有较锐利的边口，极易扎伤胶带，或卡在架子或托辊上，形成对输送带表层的顶压和持续划擦，且愈卡愈紧，胶带表层一旦被刺破划伤则其伤口便会迅速加深，最终划透输送带，形成撕带。

满仓堆煤，使煤块或岩石楔入滚筒与机头两侧的连接梁之间也会造成撕带。

针对上述情况，目前只有落实巡回检查制度，使跟班人员尽心细心，发现事故隐患，立即排除[3]。

（4）异物穿卡撕裂

当装载点落下的煤中夹带有铁钎、废角钢、槽钢或木材等异物，穿透胶带并卡在架子或托辊上，使输送带发生纵向撕裂。

在落料口及两条胶带的首尾衔接处有一定的空间落差，这样物料就积蓄了一定的势能，当落到胶带上时自然产生一定速度，如果物料中意外混入尖锐利器，在接触胶带时由于惯性作用，利器下部可能直接穿透胶带卡在托辊上，上部被溜槽前沿挡住，形成利刀，在胶带向前运动的过程中造成撕裂。

根据统计，撕带事故大多数发生在机尾装载点处，即3和4这两种情况约占所有撕带事故的80%，其他几种情况也偶有发生，但事故点的位置有很大的不确定性，因此在机尾装载点处发生的异物穿卡撕裂和物料卡压撕裂是纵撕的主要原因[4]。

1.3预防胶带撕裂的超前保护措施

（1）去除外来异物

造成胶带纵向撕裂的主要原因是外来异物的质量大、落差高，以较大的动能向输送带坠落，把漏斗或转接溜槽卡住[5]。

因此把混入物流的大块、长件物料分离，是预防输送带撕裂的重要环节。

常用方法为在进料斗处加格筛[6]，以及在初始进料皮带上方安装钢梳板，有的企业使用摆动梭式分离装置分离出大块异物。

（2）去除铁磁杂物

原煤中经常混有金属杂物或铁杆，很容易把输送带戳穿或撕裂。

因此可以采用金属分离器把金属杂物检出，如图1-2所示。

也可在金属分离器前加金属检测器，当检测到金属块后，发出信号，才开动分离器把金属块分离出来[7]。

（3）改善溜槽的通过能力

用格筛或摆动梭式分离装置能把95%以上的大块异物分离出去，但电磁除铁器不能把所有的细长铁杆吸出，这类细长铁杆通过溜槽拐角处或出口处有可能被卡住。

因此可以通过增加溜槽高度使大型物料通过；通过改善溜槽中易于卡住细长异物的结构，消除隐患；通过改变溜槽出口导料槽的结构，减小异物落到胶带上的冲击力[8]。

2胶带撕裂检测的国内外研究现状

使用胶带输送机的企业长期以来一直被撕裂故障所困扰，迫切需要一种能及时诊断撕裂故障的保护装置。

国外从70年代就开始进行这方面的研究，目前国外对胶带纵向撕裂保护装置的研究，己从接触式发展到非接触式，从单一化到智能化。

国外成功的专利除了有嵌入法、光电传感技术、超声波扫描技术之外，现在又有了改进后的嵌入法、超声波技术和最新研究探讨的原子物理方法等[9]。

目前国内外研究的胶带纵向撕裂保护和监测装置形式和种类繁多。

下面简要介绍国内外比较先进的几种。

2.1国外研究现状

（1）改进后的嵌入法

70年代末，英、德两国就开始采用在胶带中埋设金属导线的方法。

但由于胶带的连续运动，不可避免的会产生持续的滚切应力，使金属导线遭受磨损而断裂。

为克服这个缺点，英国采用摩擦系数小的聚酯纤维做成的空心管套在导线外面，并硫化在胶带内，保护导线不产生疲劳损坏。

以前研制的在胶带中埋设导线的检测装置的另一个缺点是导线和胶带上的橡胶混合物之间常因时间长而发生化学反应，从而破坏了导线接头的导电性，导致误动作。

为解决这个问题，德国用直径较小的镀锌钢绳作为导线，该导线埋设在距皮带承载而一定距离的胶带上面层内，平行于胶带表面。

在导线的接头区内，相对的导线互相拧紧，导线接头处的折合端罩有轻合金护套，从而使导线避免接触皮带上部的橡胶混合物，提高了系统的可靠性。

还有些国家在胶带中埋设导电橡胶、光导纤维等。

此类保护装置的缺点是工艺复杂、成木高。

另外，从某种意义上说，由于嵌入物与橡胶间有一个相融性的问题，如果处理不善，会降低胶带的强度。

（2）超声波扫描技术

超声波探伤为无损检测的一种重要手段，它与激光、红外、同位素并称为现代科学技术的四支尖兵。

日本、英国、澳大利亚先后在80年代末和90年代初、中期，研制了用超声波在胶带中进行探伤的检测器，并都获得了专利。

1滚轮式超声波检测装置

该检测装置由换能器、电子放大器和报警器组成，英国有其发明专利[10]。

当胶带正常工作时，每个发射换能器以该频率发射超声波，接收换能器将经过一定时间后收到回波。

当胶带发生纵向撕裂事故时，接收器接收到的信号比胶带完好时收到的信号弱，而且接收到信号的时间比胶带完好时收到的时间要长。

纵向撕裂的事故是否发生可根据胶带信号的强弱和信号持续的时间来判定。

为此，该装置可提供作为胶带纵向撕裂程度的预报或者作为限制损坏程度而自动停止胶带运行的装置。

该装置的超声波是耦合到皮带上的，中间环节多，其耦合问题有一定的难度，目前都用在地面的输送机上。

2水耦合超声波检测装置

水的声阻与橡胶的声阻相接近，所以通常水可以作为耦合超声波的耦合剂。

因此约有95%的超声波能通过水与橡胶的交界而传播。

这种检测装置由换能器、电子放大器、跟随器和水箱组成。

该装置目前已广泛用于露天矿的皮带运输机上，其缺点是系统设备较多；同时，还有一个耦合问题没有完全解决，所以水流流型的最佳化是目前仍在研究的问题。

（3）X光探伤

德国发明了用X光连续探伤的方法，来检测胶带内的腐蚀、断绳、穿孔、钢处绳变形和接头不良等损伤，并准确地确定损伤的位置。

该装置由X光探测器、图像显示器和报警装置组成。

在带速3.7m/s以下的胶带探伤时，胶带的运行和损坏情况能自动录入录相带，以供分析用，其分辨精度可达2mm。

（4）摆动框架式检测装置

日本某公司发明一种磁性传感器的检测装置，它安装在多个缓冲托辊组成的框架上。

该框架悬挂在垂直安装的片型弹簧上，在框架的端头装有磁性传感器，胶带一旦发生撕裂事故，其水平方向受力比正常状况下的受力要大，传感器因此发出报警信号。

（5）金属线圈检测器

美国某公司生产的金属线圈型检测器较之同类产品比较先进。

其构造是，在输送带的底层每隔2050米，把一组金属线圈横向放置在带芯内，外侧有一个发送传感器，一个接受传感器，由天线传送信号，以检测输送带是否完好。

当线圈的一侧在电磁波发送传感器附近经过时，线圈将有感应电流，该电流产生的电磁波被另一侧的接受传感器截获。

如输送带撕裂，则线圈被切断，输送机将被迫停运。

（6）导电橡胶检测器

日本某公司为解决金属线圈疲劳问题而推出导电橡胶检测器。

导电橡胶粘贴在输送带底而且与特殊的托辊装置连接。

通过安装在特殊托辊中的开关，电流能在托辊与托辊间流动。

如输送带被撕裂，则电流中断，检测器将使运输机停运。

（7）磁性橡胶检测器

日本某公司的磁性橡胶检测器，有一个插入橡胶里层的磁性胶片，其两极与输送带的运行方向一致，一根加强的去磁胶片装在磁性胶片和接受天线之间。

如输送带被撕裂，去磁胶片从输送带上撕破，接受线圈收到信号后控制输送带停车。

上述几种胶带撕裂保护与监测装置是国外比较先进的产品，因此这些产品在国外很多厂矿都有所采用，但是某些产品还不是很成熟和稳定，有待进一步进行研究和完善。

2.2国内研究现状

国内对胶带撕裂方面的研究发展比较缓慢，主要是从90年代开始，由于理论和技术方面的不成熟，国内产品主要集中在对胶带运输机的改造和对胶带运行时的外测装置的研究上。

下面就国内比较先进的胶带撕裂保护装置进行简单的介绍。

（1）棒型检测器

这种装置是把一根棒或管子弯曲成槽形托辊状，安装在槽形输送带下面的缓冲托辊之间而成。

这样，如有刺穿输送带的物料，该物料将拨动槽形棒偏转，迫使限位开关或载荷传感器动作，使带式输送机停止运转。

安装时，可把几个这样的槽形棒用连杆连在一起，控制一个共用开关。

这种检测器安装在带式输送机的装载段，而且要求缓冲托辊之间必须具有适当的空间[11]。

（2）弦线式装置

该装置由尼龙线作为探头，将其安置在缓冲托辊之间穿过小孔与槽形带下表面贴合，线的一端装一个弹簧限位开关。

当刺穿输送带的物料绊住此线时，把线拉断或张力增加，均可使限位开关动作[12]。

（3）漏料检测器

这种检测装置由托盘、支点、平衡锤和开关等组成。

当输送带被撕裂后，输送带上的物料通过裂口泄漏到托盘里，物料的重量克服平衡锤的重量，使整个装置绕支点转动，迫使限位开关动作。

这种检测器结构简单，检查方便。

但是，当输送带被撕裂后，只有输送带上有物料且输送带的裂口足以使物料泄漏时，此装置才能起作用，否则就没有什么用途。

此外，若在托盘上积聚灰尘过多时，可能会产生误动作。

所以，需要经常检查并清理灰尘。

（4）RFID监测装置

RFID（射频识别技术）是上世纪80年代走向成熟的一种非接触式自动识别技术，可以用来跟踪和识别几乎所有物理对象，国内王广丰教授等提出一种应用于胶带纵向撕裂检测的RFID监控装置，主要由信号识别系统、长度测定系统、单片机系统、串行通信、电源、报警系统、显示系统、存储器系统、驱动系统、监控系统组成。

其工作过程为：

首先把带有不同识别信息的传感线圈预先埋入胶带中，纵向撕裂监控设备放置在输送胶带的正下方，传感线圈随输送胶带移动方向移动，当传感线圈从纵向撕裂监控设备上方通过时，纵向撕裂监控设备通过信号识别器检测到并接收传感线圈的识别信息。

长度测定系统的测量信息以脉冲形式发送给纵向撕裂监控设备的单片机系统。

单片机系统记录两个传感线圈之间的长度脉冲数，用来计算传感线圈之间的距离。

记录完一圈传感线圈之间的距离后，把计算得出的数据存储到存储器系统中并开始监控，当长度测定系统的脉冲计数超过所记录的相应传感线圈之间脉冲数还没检测到下一个传感线圈则报警、控制停机、显示撕裂长度[13]。

这种装置的优点是非接触、实时性强，缺点是需要在胶带内预埋导线，造成成本提高，同时对于现场恶劣的环境而言，稳定性和可靠性扔有待提高。

综上所述，至今我国仍缺少较为理想的防撕裂方面的监测手段和装置应用于实践。

因此，胶带撕裂检测装置需要进一步的完善改进。

本文提出一种数字图像处理的方法对胶带的纵向撕裂进行检测。

（5）数字图像处理分析系统

中国矿业大学的张唏、顾歆等人提出一种应用于胶带撕裂检测的数字图像处理系统[14]，如图2-1所示，该系统可以实现静态的撕裂检测，将摄像机置于工作现场，在胶带停机时拍摄照片，由图像采集卡将图像送至计算机进行预处理和裂缝识别；用VC++编写了各种预处理程序（图像增强、边缘分割、二值化等）和裂缝模式识别程序，并进行了实验分析和对比，以优化软件，提高识别的可靠性。

该系统是软件分析，适用于静态撕裂检测。

图2-1胶带撕裂数字图像分析系统

3数字图像处理技术及其在缺陷检测领域的应用

数字图像处理技术从20世纪50年代发展至今，在通信、电视传输、医学、印染工业、工业检测等各个领域得到了空前广泛的应用，其分析图像的技术和方法也随之得到了深入的研究和发展。

将图像处理技术应用于无损检测领域有着先天性的优势，随着计算机技术的发展，现在已经成为无损检测技术中的一个颇具生命力的分支，并开拓出无损检测技术崭新的应用领域。

3.1数字图像处理技术的主要内容

数字图像处理主要研究的内容有以下几个方面[14]：

（1）图像变换:

由于图像阵列很大，直接在空间域中进行处理，涉及计算量很大。

因此，往往采用各种图像变换的方法，如傅立叶变换、沃尔什变换、离散余弦变换等间接处理技术，将空间域的处理转换为变换域处理，不仅可减少计算量，而且可获得更有效的处理（如傅立叶变换可在频域中进行数字滤波处理）。

（2）图像编码压缩[14]：

图像编码压缩技术可减少描述图像的数据量（即比特数），以便节省图像传输、处理时间和减少所占用的存储器容量。

压缩可以在不失真的前提下获得，也可以在允许的失真条件下进行。

编码是压缩技术中最重要的方法，它在图像处理技术中是发展最早且比较成熟的技术。

（3）图像增强和复原：

图像增强和复原的目的是为了提高图像的质量，如去除噪声，提高图像的清晰度等。

图像增强不考虑图像降质如强化低频分量可减少图像中噪声影响。

图像复原要求对图像降质的原因有一定的了解，一般讲应根据降质过程建立”降质模型”，再采用某种滤波方法，恢复或重建原来的图像。

（4）图像分割：

图像分割是数字图像处理中的关键技术之一。

图像分割是将图像中有意义的特征部分提取出来，其有意义的特征有图像中的边缘、区域等，这是进一步进行图像识别、分析和理解的基础。

虽然目前己研究出不少边缘提取、区域分割的方法，但还没有一种普遍适用于各种图像的有效方法。

因此，对图像分割的研究还在不断深入之中，是目前图像处理中研究的热点之一。

（5）图像分类（识别）：

图像分类（识别）属于模式识别的范畴，其主要内容是图像经过某些预处理（增强、复原、压缩）后，进行图像分割和特征提取，从而进行判决分类。

图像分类常采用经典的模式识别方法，有统计模式分类和句法（结的原因，突出图像中所感兴趣的部分。

如强化图像高频分量，可使图像中物体轮廓清晰，细节明显；构）模式分类，近年来新发展起来的模糊模式识别和人工神经网络模式分类在图像识别中也越来越受到重视。

3.2数字图像处理技术的主要特点

（1）目前，数字图像处理的信息大多是二维信息，处理信息量很大。

如一幅256*256低分辨率黑白图像，要求约64kbit的数据量；对高分辨率彩色512*512图像，则要求768kbit数据量；如果要处理30帧/秒的电视图像序列，则每秒要求500kbit~22.5Mbit数据量。

因此对计算机的计算速度、存储容量等要求较高。

（2）数字图像处理占用的频带较宽。

与语言信息相比，占用的频带要大几个数量级。

如电视图像的带宽约5.6MHZ，而语音带宽仅为4kHz左右。

所以在成像、传输、存储、处理、显示等各个环节的实现上，技术难度较大，成本亦高，这就对频带压缩技术提出了更高的要求。

（3）数字图像中各个像素不是独立的，其相关性大。

在图像画面上，经常有很多像素有相同或接近的灰度。

就电视画面而言，同一行中相邻两个像素或相邻两行间的像素，其相关系数可达0.9以上，而相邻两帧之间的相关性比帧内相关性一般说还要大些。

因此，图像处理中信息压缩的潜力很大。

（4）由于图像是三维景物的二维投影，一幅图像本身不具备复现三维景物的全部几何信息的能力，很显然三维景物背后部分信息在二维图像画面上是反映不出来的。

因此，要分析和理解三维景物必须作合适的假定或附加新的测量，例如双目图像或多视点图像。

在理解三维景物时需要知识导引，这也是人工智能中正在致力解决的知识工程问题。

（5）数字图像处理后的图像一般是给人观察和评价的，因此受人的因素影响较大。

由于人的视觉系统很复杂，受环境条件、视觉性能、人的情绪爱好以及知识状况影响很大，作为图像质量的评价还有待进一步深入的研究。

3.3数字图像处理技术在缺陷检测领域的应用

由于数字图像处理技术的优点，所以广泛应用于各种缺陷检测领域，下面介绍几种国内外的应用技术。

（1）陶瓷瓶裂纹检测系统[15]

其检测原理为：

在背景光源的照射下，表面合格的陶瓷呈现出均匀的白色，存在缺陷的部分由于光线的漫反射而呈现为较小的灰度值。

根据这一现象确定陶瓷瓶裂纹检测系统的检测方法：

根据摄像头所拍摄的陶瓷瓶内壁的图像信息判别是否存在裂纹。

工作流程如下所述，将合适的光源和摄像头同时伸进陶瓷瓶，通过外加的机电系统控制陶瓷瓶根据需要旋转，以便摄像头可以从多个角度拍摄陶瓷瓶的内壁，拍摄后保存下来的图像经过软件去噪、图像分割、特征提取等处理后根据判别准则判断合格与否，然后在屏幕上提示裂纹的位置，同时给出声光报警，并可以根据相关的机械系统实现自动分选。

（2）路面裂缝识别系统[16]

该系统的工作流程可分为三部分：

图像获取、图像处理和图像解释。

图像的获取是通过安装在检测车上的摄像机和计算机来实现的。

拍摄的路面图像经过数字化，传入计算机进行存储。

路面图像的数据量非常大,所以必须经过压缩,实时存储在硬盘，可以实时或离线地进行数据处理。

静止图像的压缩一般采用JPEG格式进行压缩。

数字图像处理和图像解释是系统的核心，包括图像预处理、裂缝特征识别和裂缝评价。

首先对裂缝图像进行滤波处理,减少噪声，并对裂缝边缘进行增强,提取裂缝，并识别裂缝类型、计算裂缝特征值、统计裂缝数量，并依据裂缝评价标准输出结果。

（3）啤酒瓶瓶口缺陷检测[17]

啤酒瓶作为一种特殊的玻璃制品，具有反射和折射的性能，需设计一套合适的成像装置，以获取质量较高的瓶口图像，为后续的图像处理及缺陷识别做好准备。

采用LED环型光源，从瓶口正上方垂直向下照射，光线反射，通过镜头，聚焦至CCD传感器，将光信号转换为电信号，再经图像采集卡，转换为数字信号，传给计算机进行处理。

图像处理包括三个基本环节：

图像预处理、图像分割以及缺陷识别。

（4）基于图像渗透技术的缺陷检测[18]

日本早稻田大学的TomoyukiYamaguchi等人提出一种用于缺陷检测的高速图像渗透算法，将裂缝表示成序列集合模型，通过比较相邻的像素，找出近似序列，大大提高了计算机处理的速度。

3.4使用数字图像处理来进行胶带撕裂检测的优势

（1）完全非接触式；

（2）不需要预先对胶带作任何处理；

（3）检测速度快，容易实现实时自动检测；

（4）成本低廉。

4胶带纵向撕裂图像信号模型

4.1胶带纵向撕裂图像的特点

由于图像在生成、记录和传输过程中，成像系统的传输介质和记录设备的不完善，会使得图像的质量下降，造成比较差的视觉效果和计算机处理上的困难。

使图像质量下降的原因很多，有的是因为成像系统本身，如每个像素在摄像机靶面上的位置不同而对应光的响应不一致;有的是因为环境本身的光照不均;有的则和成像特点相关，比如目标距离摄像机的远近不同，近处亮远处暗导致;有时往往是以上三个因素混合造成。

所以非常难于用一个显式的数学公式进行描述。

对于CCD相机而言，主要是由于成像系统本身的特点，成像时光照的不均匀，使得进光量不同造成的亮度不均。

总体说来是中间亮，四周暗的效果。

这对以后的处理和分析，造成很大困难。

同时由于实地拍摄条件不同，也造成相片间的差异较大，也使得后续处理比较困难。

总体说来，胶带纵向撕裂图像的特征主要有：

（1）总体来说，图像中裂缝区域所对应的灰度值较背景灰度低得多，一般说来是图片中的局部最小值；

（2）裂缝区域的像素个数远远小于背景的像素个数；

（3）正常胶带的灰度值分布的区间与裂缝的灰度值分布的区间有部分的重叠；

（4）总体说来，裂缝图像的灰度直方图呈现明显的单峰性质；

（5）裂缝区域中心线灰度较低，中心线两边像素灰度较中心线灰度略高，灰度分布呈现鞍状；

（6）从照片上看，由于受拍照时光照分布不均匀等因素的影响，图片中出现从中间到周围亮度由亮到暗的变化；

（7）裂缝基本成线性并平行于胶带运行方向。

由此建立裂缝图像的加性和乘性模型。

4.2裂缝图像的加性模型

考虑灰度裂缝图样对应的图像信号H（p），p={x，y}。

对一幅灰度图片信号主要有三种信号叠加而成:

（1）非均匀背景光照导致的缓慢变化的低频高幅值信号J（p）；

（2）裂缝或者其他不规则物质造成的，在边缘有较高频率的高幅分量的信号K（p）；

（3）裂缝大体上平行于胶带运行方向。

由此有：

H（p）=J（p）+K（p）（4-1）