摘 要： 系统介绍了汽车涂装工艺的复杂性、特殊性、重要性等特点；分析了数字图形处理技术的特点，重点介绍了图像处理增强技术和分割技术的主要技术处理特性；数字图像处理技术在汽车涂装领域的应用主要是车型自动识别和产品外观质量缺陷检测，设计了汽车涂装工程塑料铆接件裂纹检测系统，并介绍了系统监测的主要应用情况。
关键词： 汽车涂装工艺; 数字图像处理技术; 车身识别; 裂纹检测;
0 、引言
随着计算机图像处理技术的快速发展以及人们对汽车消费需求的增强，汽车产品日益繁多，汽车制造工艺及质量品质和客户体验度也日益严格和成熟。目前，图像处理技术在汽车制造工业领域应用较为广泛，从汽车图样的设计，车型设计，到汽车涂装工艺设计，以及汽车缺陷检测等都有涉及。汽车涂装工艺特殊关系产品的质量，也关系到汽车外观的整洁度和美观度，同时采用数字图像处理技术，减少了涂装生产线的资源浪费，满足环保对现代工业生产的要求。采用图像处理技术还可以有利于改善汽车企业管理、提高资源综合利用能力，从源头降低对环境的污染，提高了资源利用效率，提升了企业的竞争力[1]。
1、 汽车涂装工艺特点
1.1 、涂装工艺的复杂性
汽车工艺主要包括四个主要环节，即冲压、焊接、总装、涂装。而涂装工艺却地位特殊，其他三个工艺均可实现机械化操作，各工序间具有较强的独立性，质量把控方面比较容易操控，可以具体落实到具体工序环节。而汽车涂装工艺既有机械方面的冲洗、喷涂等工艺，还有一定的化反应等化学工艺，还有涉及电化学专业的电泳工艺技术和涉及材料学科、流体力学科专业的面漆喷涂工艺技术，涉及到不同涂层涂膜的烘烤固化反应。因此汽车涂装工艺极为复杂，要求极高。
1.2 、涂装工艺的特殊性
汽车涂装工艺对涂膜厚度、光泽度、涂膜的鲜映性、桔皮等级、生产线及涂装烘炉的生产时间、生产环境等要求极高，是一种对外观要求及其高的装饰性涂层工艺。在涂装过程，对汽车车身的光洁度要求也极为严格，车身表面是不允许存在任何纤维、颗粒等杂质。另外，涂装过程严禁生产线临时停线，对关键工位要车身跑空，在生产过程中，烘炉严禁停止运行，并对烘炉烘烤时间有严格限制，否则将严重影响涂膜外观和性能，严重时可能导致所有涂膜功能的失效，造成批量车辆的涂装报废。
1.3、 涂装工艺的重要性
汽车涂装工艺技术涉及很多化学工艺和材料处理工艺，其主要作用在于通过一定技术处理，清除车身表面存在的杂质颗粒、油污，并在车身表面涂覆磷化膜、电泳底漆、中涂涂层、面漆涂层、清漆涂层等各种功能的化学涂膜，从而提高车身表面的耐腐蚀性、耐候性、丰满度和抗冲击性能等，既满足质量要求，也满足人们的审美观。所以生产过程会产生大量的含油、污垢的废水、酸、碱等化学品、有机溶剂挥发物、有机物裂解的小分子有机物烟雾以及磷化渣，电泳漆渣油漆废渣等污染物，因此环保要求极高。而且涂装工艺电力能耗极大，在汽车生产能耗占比达到75%以上，生产成本极大。再者，涂装工艺采用人工较多，很多工艺不适合采用机械化操作，很多操作和功能、材料，工序的工作时间、工作效率、工作方式必须采用人工，涂装工艺具有极为关键的重要性。另外考虑生产线工艺和布局设计、工艺设备配置、车身物流设计、不同车型存在柔性生产，车涂装生产线平衡性、生产运行管理等很多方面，涉及的专业性强、专业多、专业整合度高。另外，汽车整体设计一旦定型，后期生产难以整改，对环境、质量、成本等基本确定，后期很难更改，所以汽车涂装设计具有很大的重要性[2]。
2、 数字图像处理在汽车涂装领域的应用
2.1、 图像处理技术特点
图像处理技术有广义和狭义的定义和理解。广义上是指各种与图像有关的处理技术总称，狭义是指通过计算机视觉系统和数字处理软件，对图像进行各种技术处理的总称，计算机视觉系统主要有图像采集、预处理、特征获取、检测/分割、高级处理等部分构成。数字图像处理在汽车涂装领域的应用主要指狭义的应用，图像处理的任务是将图形设计或者采集获得的原有图像进行识别，然后对图像特性采用伽马变换、对数变换、锐化空间滤波变换、平滑空间滤波变换、分段线性变换、混合空间变换等某种变换，凸显出图像中的一些信息，从而满足后期各种数字分析处理的需求。在图像分析中，利用计算机等设备，通过软件算法对输入图像进行特征抽取、分割和匹配等的图像预处理。从而消除图像中无关信息，恢复并提取关键性有用信息，满足并增强信息检测性需求，最大限度的简化数据，提升图像预处理和信息识别的可靠性。图像处理采用抽象化的、专门的计算机语言定义方式，定义了图像理解、图像分析和图形处理，从而从符号、目标、像素等操作对象层面实现图像数据的量化、分析、处理和应用。如图1所示的数字图像处理的定义[3]。
图1 数字图像处理的定义方式
2.2、 图像处理技术
图像处理技术主要包括图像采集、图像特征提取、图像增强技术和图像分割技术以及高级处理技术等。图像增强技术主要包括灰度变换、图像平滑、图像锐化、同态增强、彩色增强等处理技术。限于篇幅，重点介绍图像增强技术和图像分割技术。
2.2.1、 图像增强技术
图像增强作为图像处理中的基本技术，功能作用在于改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度，同时把图像转换便于计算机等机器设备和工程技术人员理解的语言模式进行分析处理，从而实现图像的各种特征信息的分析。图像增强根据目标物体、人为习惯、处理应用目的等重要因素，建立针对性的图像增强算法应由于图像质量评判标准具有较强的人为性和不确定性、不统一性，衡量图像增强质量标准和定量判据较为宽泛，因此实际应用中，图像增强方法可针对具体应用场合和应用目的建立自主算法。图像增强技术从技术角度分析，一般采用扩展对比度技术，增强图像边缘（特定对象），消除/抑制噪声，提取/保留图像中有用特性，抑制不需要的特性；根据图像处理空间理论，一般分为空间域法和频率域法。图像增强的方法主要包括灰度变换、图像的平滑、图像的锐化等。
灰度变换极大的改善了人类的视觉效果，灰度变换可以增大图像动态范围，进一步扩展图像对比度，增强图像的清晰度，使图像特征更加明显。图像平滑目的在于消除噪声，图像平滑技术能够在空间域和频率域应用。图像平滑处理技术空间域方法主要有中值滤波法、邻域平均值法以及多图像平均法；由于噪声频谱多在高频段，所以在频率域应用方法主要采用低通滤波方法。图像锐化处理技术作用在于对图像边界进行识别和界定，采用技术手段增强目的图像的轮廓边缘、细节、灰度跳变部分等，识别出完整物体的图像边界，分离出图像中关键区域和信息。另外，图像锐化和平滑技术均为图像局部预处理技术，不在深入介绍。
2.2.2、 图像分割技术
人类对于图像的研究和应用过程，多是针对不同目的和需求，因此对于图像处理中，采用特定技术处理手段，提取部分感兴趣、有价值、关键的目标信息或前景。目标信息或前景通常对应图像中特质的、特定的区域。图像的特质主要由物体轮廓曲线、像素灰度值、图像颜色和人纹理等构成。因而图像分割技术首先对图像进行特性分割，获取特定的区域，并提取出感兴趣目标要素。
2.3、 数字图像处理在汽车涂装领域的应用
数字图像处理在汽车领域的应用，主要在于汽车车型设计，不同车身车型的自动设别，车身表面质量检测等方面。汽车应用领域中采用的图像处理结构如图2所示。
2.3.1、 车身车型自动设别应用
数字图像处理在汽车涂装领域的应用主要可以对不同车身车型的自动设别，主要是利用计算机等硬件设备和不同的软件算法，对采集的原始图像进行一定的数字处理和分析，进行图像的边界判定，实现汽车车型易磨损部位的检测和预警，提升汽车检测质量和能力。数字图像处理过程常采用多种数学变换模型，主要有分段线性、对数、伽马、锐化空间滤波、平滑空间滤波、混合空间等变换模型，对图像的灰度进行处理和分析。
图3 汽车涂装工程塑料铆接件裂纹检测系统框架图
图2 汽车涂装应用中的图像处理结构图
2.3.2、 车身表面质量检测应用
一般可以采用人工对车身表面进行简单的宏观性和快速性进行检测，但是针对汽车外观产品内部极为微小的裂痕、裂纹、焊接缺陷、热琪等现象很难发现。为了保证汽车整体质量，充分利用计算机视觉检测系统和图像处理技术，需要对汽车涂装工艺过程进行计算机检测。在汽车涂装工艺产品的热铆接过程，通常利用计算机来获取铆接图像，采取图像数字化、边缘提取、区域分割、透视参数提取、透视参数融合等技术处理图形图像信息，并对产品实施质量检测。
汽车涂装工程塑料铆接件裂纹检测系统框架图如图3所示，系统将采集到的图像主要采用图像增强、图像去噪、图像二值化、图像边缘平滑等技术进行图像预处理。其工作原理和流程是系统采用阵列探测器采集并获取铆接件的图像，通过模数转换器进行数字A/D转换，得到数字图像后，利用FPGA图像处理模块对图像进行非均匀性校正预处理后传输到ARM处理器中，再经过图像增强技术和图像分割技术处理，制定专门化算法，最后采用软件输出到JTAG接口，实现芯片内部测试，对产品进行有效性、合格性检测；同时把图像信息和检测结果输出到LCD液晶显示器显示，操作、打印等实现人机交互功能[4]。
系统检测应用过程，一般通过抽样提取部分塑料热铆接产品样本，通常检测出产品裂缝，这是由于产品加热温度低或加热时间不足造成挤压形成。另外会有产品热玛图像出现，这是由于塑料铆柱过软，加热温度高或加热时间太长造成挤压处偏向某一方向造成。产品经过图像采集和处理后检测到仍有裂缝，则系统判定品不合格。系统检测到产品无裂缝，则继续进行热玛现象检测。其具体做法是按照图像格式大小把图像进行左右划分，系统从中间处先按列扫描一侧图像像素点的灰度值，如果灰度值超过设定阈值，则继续扫描该点邻域，若邻域中像素灰度值也超过阈值，则该部分图像中是存在裂缝的。如果一侧的像素扫描检测合格，则按照同样方法扫面检测另一侧，进行合格性检测，最终计算出产品图像是否存在裂缝，如果检测良好，系统判定产品合格。如果存在，则进行热玛比较和临界值计算，如果计算结果小于等于临界值，则说明产品合格，否则，判定为不合格产品。汽车涂装工程塑料铆接件裂纹检测系统图像预处理图形对比如图4所示。
图4 图像预处理图形
3、 结论
由于汽车涂装工艺具有复杂性、特殊性、重要性等特点在汽车制造的冲压、焊接、总装、涂装等工艺流程中具有特殊地位，因此在其设计、应用环节，采用数字图像处理技术，从汽车图样的设计，车型设计，到汽车涂装工艺设计，以及汽车缺陷检测等，解决了产品整洁度和美观度以及产品质量检测要求，满足了客户需求，同时采用数字图像处理技术，减少了涂装生产线的资源浪费，满足环保对现代工业生产的要求。
参考文献
[1]蒋朝福，等.浅谈汽车涂装颜色设计[J].现代涂装，2016,19(12):32-34.
[2]姜维.数字图像处理在汽车涂装领域的应用[J].时代汽车，2018,296(05):97-98.
[3]姚峰林.数字图像处理及在工程中的应用[M].北京理工大学出版社，2014.
[4]王东盈.红外图像处理技术在铆接件质量检测中的应用研究[D].齐鲁工业大学，2016.
[5]徐娜，卢祎苗，郭菁峰，赵晓明.基于数字图像处理技术的粗集料形状特征研究[J].价值工程，2018,37(05):163-166.
