随着现代建筑和车船等制造业的蓬勃发展,带钢生产领域的工艺和技术持续升级,行业规模也随之迈向新的台阶。热轧带钢作为钢铁行业的重要产品之一,其轧制过程一直聚集着不断完善的高新技术。努力提高生产效率的同时,保证热轧带钢的高品质,对推动我国钢铁行业做大做强的现代化进程有着举足轻重的作用。“十一五”期间,我国许多科研单位、高校和企业致力于带钢表面缺陷在线检测设备的研究,取得了一系列技术成果。然而,在热轧带钢工艺流程和品质控制方面仍然存在技术问题,最大的技术难题是目前的缺陷检测设备的实时性无法满足热轧生产线的快速生产节奏,因此,成品带钢中仍然存在由于原料和上游工艺等原因导致的诸如辊印、划痕、夹渣等表面缺陷,这些品质问题可能使钢厂和使用单位蒙受巨大的经济和商业荣誉损失。热轧带钢表面缺陷在线检测的主要任务是提出高效率的缺陷识别算法,然后采用经济有效的方法实现对带钢表面缺陷的识别和定位,并保证整个识别过程的实时性。充分运用当前可编程逻辑器件、信号处理和模式识别等技术革新和理论成果,文中系统地研究并构建了一种带钢表面缺陷在线检测设备,较大程度地克服了基于服务器架构图像处理方法的体积庞大成本高昂的缺点和不足,无论是对钢铁行业,还是对其他类似的有着高品质要求的板材制造行业,均有着重要的理论意义和较大的工程价值。全文的主要研究工作和成果如下:1、为了开发出高可靠性和广适应性的表面缺陷在线检测设备,在课题研究初期通过对诸多热连轧厂的实地考察和技术交流,制定出通用性强的设计目标,并针对性地提出了一种具有性能—成本效应的系统设计方案,按照工业产品的要求完成了检测设备的整体集成,使之能够长期适应热轧生产线的高温、潮湿、多尘和昏暗的恶劣现场环境。针对峰值速度为4.0 Gbps的图像数据流,研制出12层FPGA图像处理板卡,为胜任轧制速度高达20 m/s的带钢表面图像实时处理任务提供了设计思路和硬件方案,并重点研究和讨论了PCB设计、驱动程序和下位机软件等关键技术。2、在带钢图像增强方面,对基于直方图均衡、同态滤波、Retinex算法和梯度域等技术进行了深入研究和对比测试,结合以上算法在增强效果上的优缺点以及实时性要求,提出一种基于中值滤波的动态均质补偿算法,应用结果表明该算法不仅能够很好的克服因光照不均匀、过曝光和欠曝光等现象引起的带钢表面对比度低和灰度值范围大的技术问题,而且能够满足图像预处理实时性要求,并具有零参数配置的优点。3、基于32×32像素的图像块元方差、熵值和平均梯度,提出一种自适应双阈值缺陷识别算法,利用熵值对图像信息的敏感性将选定的方差和平均梯度阈值参数进行动态调整,该算法实施简单且易于FPGA实现,能够在图像处理最底层即数据层精准完成原始图像的快速缺陷提取和分类处理。4、提出并实现了图像缓存、图像增强和缺陷识别等算法于FPGA片上硬件执行的实施架构,采用基于环形FIFO的DMA事务队列管理策略实现了图像数据的大规模搬移和PCIe接口传输,设计出时间示波器(Time Scope)工具对以上各功能模块的实时性实现程度完成了定量分析和测试。5、研制出的热轧带钢表面缺陷在线检测设备,在实际热轧生产线上长逾三年的改进和试用效果表明:所达到的平均正检率、误检率、漏检率和定位精度均能满足制定的性能指标,总体设计成本约为同性能进口设备价格的1/6,为我国带钢表面质量控制提供了理论基础和具有自主知识产权的实现案例。