一種棉花中白色及無色異物的偏振檢測方法及裝置的製作方法
2023-08-01 12:05:31 2
專利名稱：一種棉花中白色及無色異物的偏振檢測方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種棉花中白色及無色異物的偏振成像檢測方法及裝置，屬於光學檢 測儀器技術領域。
背景技術：
棉花在採摘，晾曬，運輸過程中會混入大量很難識別的無色異物，異物的存在會在 後續的印染等工序中導致瑕疵點等問題，降低棉花的品級，對紡織業造成比較大的損失，因 此對棉花中異物的分揀顯得非常重要。目前我國對棉花中異物的分揀主要靠人工分揀，但 效率和效果都受人的個體影響，為了提高效率，研發高效的棉花中異物實時分揀裝置具有
重要意義。國內外開展了一些相關技術的研究。主要集中在計算機視覺檢測方法上。可歸類 為以下四種一、利用高解析度的彩色CCD相機檢測異物。這種方法只是提高有色異物的檢測 精度，對於與棉花顏色相近的無色透明塑料，丙綸絲等白色及無色異物檢測效果不理想。二、利用X光斷層掃描檢測無色異物。此方法對檢測無色異物雖具有一定的效果， 但由於此系統價格昂貴，異物檢測率低等因素，在國內推廣較為困難。三、利用紅外熱成像方法檢測無色異物。該方法所採用的熱成像設備價格昂貴，而 且需要對棉花連續加工與冷卻，檢測速度較慢而產量較低，不具有實際推廣價值。四、利用超聲波成像技術檢測無色異物。超聲波成像市場範圍小，且成像解析度低 下，對頭髮絲等細小異物的檢測不理想。但是以上四種方法對棉花中白色及無色異物的檢出率都較低。本發明採用的偏振 成像技術是結合偏振輻射成像技術和偏振測量技術，獲得待測目標的偏振參數的灰度值， 這樣可以增強所獲取待測目標的信息量。偏振信息是不同於輻射信息的物體信息的另一種 表徵，相同輻射的物體可能有不同的偏振度，因而使用偏振成像技術可以分辨普通圖像難 以分辨的顏色和反射率相近的物體，因此，偏振成像探測技術無論在軍事上還是在民用上 都有廣泛的應用前景。不過目前該技術主要應用在探測和識別低對比度偽裝和偽裝的人造 目標、探測陰影裡的低對比度目標、探測和識別偽裝的士兵、軍車以及飛機、艦船的探測和 識別等，而在棉花檢測領域還沒有相關應用及檢測裝置。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有棉花檢測技術對白色及無色異物檢出率低及設備 價格昂貴的不足，提供一種棉花中白色及無色異物的偏振成像檢測方法及裝置。本發明的目的是通過下述技術方案實現的。本發明一種棉花中白色及無色異物的偏振成像檢測方法，是通過多個偏振相機依 次獲取混雜了無色異物的棉花兩個表面、多個方向的幅度圖像，再將獲取的幅度圖像送入 計算機中的偏振度圖像計算模塊，以獲得混雜了白色及無色異物的棉花的偏振度圖像，再
4運用數字圖像處理技術加強棉花與異物的灰度差，通過圖像識別技術，識別並定位出異物。具體步驟如下步驟1、輸入棉花將帶有異物的蓬鬆棉花由輸送裝置形成一定厚度，一定寬度的扁平狀，輸入由偏 振相機及白光LED組成的檢測視場中；步驟2、照明由白光LED組成的面陣光源對棉花被檢測的部位照明。步驟3、獲取幅度圖像左右多個偏振相機在可編程門陣列(FPGA)的控制下分別採集各個方向的幅度 圖像。各個偏振相機中偏振片透振軸與相機中心軸夾角由選擇的相機個數決定θ = θ」_2+180° /j (j彡2，θ Q = 0° )，其中0，. . .，θ 為對應相機的偏振片透振軸與相機中 心軸夾角，j為單側相機的個數。步驟4、獲取偏振度圖像及識別圖像特徵將獲得的左右各個方向的幅度圖像分別輸入到偏振度圖像計算模塊，得到混雜了 白色及無色異物的棉花的偏振信息灰度圖像，再通過圖像處理和圖像識別與定位模塊，計 算出異物位置，並把最終位置信息送至噴嘴控制器。步驟5、壓力噴嘴除雜將多個壓力噴嘴組成一定間隔的線列。噴嘴控制器根據圖像識別與定位模塊傳送 的異物的空間位置信息控制對應該位置的壓力噴嘴用噴氣將異物噴除。步驟6、輸出異物被噴出的異物及少量棉花被收集至雜物箱內。步驟7、輸出清潔棉未被噴出的清潔棉花通過管道輸送到淨棉收集箱中。本發明一種棉花中白色及無色異物的偏振成像檢測裝置包括偏振成像裝置、棉花 通道、噴嘴線陣列、異物分離箱、淨棉收集箱、電氣控制櫃和驅動電路；其中，偏振成像裝置包括白光LED陣列光源、多個偏振相機、視頻線和屏蔽幹擾光的暗 箱。偏振相機可以通過在普通數位相機前加裝一個已知透振方向的偏振片獲得，加在左右 兩側各個相機上的偏振片性能相同，且透振方向與相機中心軸夾角分別為0，. . .，θ η，白 光LED陣列光源、多個偏振相機都置於屏蔽幹擾光的暗箱中，視頻線與偏振相機的視頻輸 出口連接。棉花通道是由棉花吸入通道、棉花傳輸通道以及左右兩塊石英玻璃窗構成。噴嘴線陣列為呈線陣分布在棉花通道中多個噴嘴結構及電磁閥構成，噴嘴作用力 軸心線與斜坡通道垂直，噴嘴對面的通道開一小孔，由此小孔將異物及少量棉花噴至異物 分離箱。每個噴嘴由電磁閥控制啟停。異物分離箱安裝在噴嘴線陣列的對面，主要用來收集被高壓噴嘴噴出的帶有異物 的棉花淨棉收集箱安裝在棉花通道的底部，主要用來收集不含異物的棉花。電氣控制櫃包含圖像處理電路，噴嘴控制電路以及顯示器。圖像處理電路包括偏 振度圖像計算模塊，圖像處理模塊及圖像識別與定位模塊。噴嘴控制電路接收圖像處理電路的定位信號並轉換為對應噴嘴的驅動信號發送到驅動電路。顯示器用於顯示偏振相機採 集的混有異物的棉花的偏振度圖像。驅動電路主要根據電氣櫃輸出的控制信號，驅動相應的噴嘴上的電磁閥開啟，從 而噴出高壓氣流，對含有異性纖維的棉花進行噴除。本裝置的連接關係為該裝置最上端為棉花吸入通道，經過蓬鬆後的棉花被送入 吸入通道，其後端是棉花傳輸通道，棉花傳輸通道中部左右兩側安裝兩塊石英玻璃窗；同 時，石英玻璃窗位於偏振成像裝置內，偏振成像裝置中的器件左右相反設置，構成正反雙面 檢測區域，偏振成像裝置中的兩套光源組由安裝在光源箱的白光光源組成，多個偏振相機 組成的相機陣列安裝在與垂直方向成一定角度的位置，視頻線一端與偏振相機相連，另一 端連接電氣控制櫃；棉花通道下端的一側安裝由多個空氣噴嘴縱向排列組成的空氣噴嘴陣 列，噴嘴對面開一小孔，該小孔與異物分離箱連接，噴嘴另一端通過驅動電路與電氣控制櫃 連接；棉花傳輸通道的底端與淨棉收集箱連接；圖像處理電路，噴嘴控制電路以及顯示器 安裝在殼體外部獨立的電氣控制櫃中，偏振相機陣列的視頻輸出通過視頻線引出，與電氣 控制櫃中的圖像處理電路的視頻輸入口連接，圖像處理電路的視頻輸出口與顯示器連接， 圖像處理電路與噴嘴控制電路通過主機接口實現電氣連接。有益效果本發明所提出的偏振成像檢測方法是利用輻射成像技術和偏振測量技術的原 理，獲得待測目標的偏振參數的灰度值，明顯增強了棉花與白色及無色異物的灰度差異，能 得到異物清晰的圖像特徵，特別適用於棉花中白色及無色異物的檢測。裝置設計優化，成像 部件集中在偏振檢測成像裝置中而成為獨立的圖像採集單元；傾斜式噴嘴、網孔式噴口可 提高噴除效率；本發明還具有很強的通用性，只需要改變光源波長及相應偏振片，並對軟體 做適當修改，就可用於其它類型的雜質檢測。
圖1本發明一種棉花中白色及無色異物的偏振檢測方法的程序框圖；圖2本發明一種棉花中白色及無色異物的偏振檢測裝置的結構示意圖；圖3本發明的偏振相機結構示意圖；圖4本發明的偏振度圖像計算模塊；圖中，1-棉花吸入通道、2-棉花傳輸通道、3-棉花通道、4-石英玻璃窗、5-白光光 源、6-偏振成像裝置、7-偏振相機組、8-屏蔽幹擾光的暗箱、9-異物分離箱、10-淨棉收集 箱、11-電氣控制櫃、12-驅動電路、13-視頻線、14-出棉口、15-噴嘴線陣列。
具體實施例方式為使本發明的技術方案及優點更加清晰，以下結合附圖和實施例對本發明的技術 方案作進一步詳細描述。如圖2所示，本實施例中的一種棉花中白色及無色異物偏振成像檢測裝置包括偏 振成像裝置6、棉花通道3、噴嘴線陣列15、異物分離箱9、淨棉收集箱10和電氣控制櫃11。 考慮到性能和價格因素，本實施例採用兩側各三個偏振相機進行偏振成像檢測。所述的偏振成像裝置6包括兩組白光LED面陣光源5，偏振相機7及屏蔽幹擾光的暗箱8，其中白光LED面陣光源5分別為棉花通道的左右兩個表面提供45°的斜入射光； 六個偏振相機7分別固定在與垂直方向成45°的位置，六個偏振相機(如圖3所示)是由 在普通相機的前端放置六個性能相同的偏振片製成，其中左右兩邊的偏振片與透振軸的夾 角分別為0°，60°，120°，用以獲得三個不同透振方向的幅度圖像；將獲得的圖像信息通 過視頻線13送入電氣控制櫃11中的偏振度圖像計算模塊(如圖4所示)，得到反應棉花及 異性纖維偏振信息的灰度圖像，再通過圖像識別與定位模塊計算出異物位置；電氣控制櫃 11中的圖像識別與定位模塊將異物的位置信息傳送給驅動電路12，驅動電路12根據給定 的信號驅動相應的噴嘴的開啟，由此將混有白色及無色異物的棉花噴除。所述的棉花通道3包括棉花吸入通道1、棉花傳輸通道2、石英玻璃窗4和出棉口 14;將帶有異物的蓬鬆棉花壓成一定厚度，一定寬度的扁平狀，通過氣流由棉花吸入通道吸 入到棉花傳輸通道中，通過控制氣流來控制棉花在棉花傳輸通道中的傳輸速度，當混有白 色及無色異物的棉花進入到石英玻璃窗所在區域時，白光LED面陣光源透過石英玻璃窗對 棉花進行照明，出棉口主要用來使乾淨的棉花進入淨棉收集箱。電氣控制櫃11由圖像處理電路，噴嘴控制電路及顯示器組成，偏振相機採集的圖 像信號通過視頻線與圖像處理電路相連，圖像處理電路包括圖像計算模塊，圖像處理模塊 及圖像識別與定位模塊。噴嘴控制電路主要用來將控制信號傳到驅動電路，驅動電路主要 用來驅動相對應的噴嘴開啟，顯示器主要用來顯示實時採集的混有白色及無色異物的棉花 的偏振度圖像。所述的噴嘴線陣列15位於棉花通道3下端，在一定寬度的棉花通道中橫向排列一 定個數的噴嘴，每一個噴嘴對應一定的棉花區域，噴嘴與水平方向成一定角度，每個噴嘴的 起停有電磁閥控制。驅動電路12根據圖像識別與定位模塊給出的信息，計算異物坐標信 息，並將指令發送給相應的電磁閥，由電磁閥啟動相應噴嘴，將對應的異物剔除。所述的偏振度圖像計算模塊位於電氣控制櫃中，其原理如圖4所示，整個過程如 下FPGA分別採集三個偏振相機的三路幅度圖像信號，並將圖像信號分別存入外部存儲器 RAM中，然後再送入FPGA中完成偏振度圖像的計算，最後將偏振度圖像的數據通過USB接口 傳送到系統計算機中。本發明的工作流程圖如圖1所示，整個流程大致如下膨鬆的棉花由棉花輸送裝 置送入入棉口，當棉花進入偏振成像區域時，三個偏振相機在FPGA的控制下完成三路幅度 圖像信號的採集，經偏振度圖像獲取模塊得到反映棉花及異物偏振信息的灰度圖像，再經 過圖像處理與定位，得到異物的具體位置，最後將位置信號傳遞給噴嘴控制器，由噴嘴控制 器控制相應的噴嘴，將含有白色及無色異物的棉花剔除。
權利要求
一種棉花中白色及無色異物的偏振成像檢測方法，其特徵在於通過多個偏振相機依次獲取混雜了白色及無色異物的棉花兩個表面、多個方向的幅度圖像，再將獲取的幅度圖像送入計算機中的偏振度圖像計算模塊，以獲得混雜了異物的棉花的偏振度圖像，並運用數字圖像處理技術加強棉花與白色及無色異物的灰度差，通過圖像識別技術，識別並定位出異物；具體步驟如下步驟1、棉花輸入將帶有異物的蓬鬆棉花由輸送裝置形成一定厚度，一定寬度的扁平狀，送到由偏振相機及白光LED組成的檢測視場中；步驟2、照明由白光LED組成的面陣光源對棉花被檢測的部位照明；步驟3、幅度圖像的獲取左右多個偏振相機在可編程門陣列(FPGA)的控制下分別採集各個方向的幅度圖像；各個偏振相機中偏振片透振軸與相機中心軸夾角由選擇的相機個數決定θj 1＝θj 2+180/j(j≥2，θ0＝0°)，其中0，...，θj 1為對應相機的偏振片透振軸與相機中心軸夾角，j為單側相機的個數；步驟4、獲取偏振度圖像及識別圖像特徵將獲得的左右各個方向的幅度圖像分別輸入到計算機中偏振度圖像計算模塊，得到混雜了白色及無色異物的棉花的偏振信息灰度圖像，再通過計算機中的圖像處理和圖像識別模塊，計算出異物位置，並把最終位置信息送至噴嘴控制器；步驟5、壓力噴嘴除雜將多個壓力噴嘴組成一定間隔的線列；噴嘴控制器根據計算機傳送的異性纖維的空間位置信息控制對應該位置的壓力噴嘴用噴氣將異物噴除；步驟6、異物輸出被噴出的異物及少量棉花被收集至雜物箱內；步驟7、清潔棉輸出未被噴出的清潔棉花通過管道輸送到淨棉收集箱中。
2.一種棉花中白色及無色異物的偏振成像檢測裝置，其特徵在於包括偏振成像裝 置、棉花通道、噴嘴線陣列、異物分離箱、淨棉收集箱、電氣控制櫃和驅動電路；其中，偏振成像裝置包括白光LED陣列光源、多個偏振相機、視頻傳輸線和屏蔽幹擾光的暗 箱；偏振相機可以通過在普通相機前加裝一個已知透振方向的偏振片獲得，加在左右兩側 各個相機上的偏振片性能相同，且透振方向與相機中心軸夾角分別為θ ； 棉花通道是由棉花吸入通道、棉花傳輸通道以及左右兩塊石英玻璃窗構成； 噴嘴線陣列為呈線陣分布在棉花通道中多個噴嘴結構及電磁閥構成，噴嘴作用力軸心 線與斜坡通道垂直，噴嘴對面的通道開一小孔，由此小孔將異物及少量棉花噴至異物分離 箱；每個噴嘴由電磁閥控制啟停；異物分離箱安裝在噴嘴線陣列的對面，主要用來收集被高壓噴嘴噴出的帶有異物的棉花；淨棉收集箱安裝在棉花通道的底部，主要用來收集不含異物的棉花；電氣控制櫃包含圖像處理電路，噴嘴控制電路以及顯示器；圖像處理電路包括偏振度 圖像計算模塊，圖像處理模塊及圖像識別與定位模塊；噴嘴控制電路接收圖像處理電路的 定位信號並轉換為對應噴嘴的驅動信號發送到驅動電路；顯示器用於顯示偏振相機採集的 混有異物的棉花的偏振度圖像；驅動電路主要根據電氣櫃輸出的控制信號，驅動相應的噴嘴上的電磁閥開啟，從而噴 出高壓氣流，對含有異物的棉花進行噴除；其連接關係為該裝置最上端為棉花吸入通道，經過蓬鬆後的棉花被送入吸入通道，其 後端是棉花傳輸通道，棉花傳輸通道中部左右兩側安裝兩塊石英玻璃窗；同時，石英玻璃窗 位於偏振成像裝置內，偏振成像裝置中的器件左右相反設置，構成正反雙面檢測區域，偏振 成像裝置中的兩套光源組由安裝在光源箱的白光光源組成，多個偏振相機組成的相機陣列 安裝在與垂直方向成一定角度的位置，視頻輸出線一端與偏振相機相連，另一端連接電氣 控制櫃；棉花通道下端的一側安裝由多個空氣噴嘴縱向排列組成的空氣噴嘴陣列，噴嘴對 面開一小孔，該小孔與異物分離箱連接，噴嘴另一端通過驅動電路與電氣控制櫃連接；棉花 傳輸通道的底端與淨棉收集箱連接；圖像處理電路，噴嘴控制電路以及顯示器安裝在殼體 外部獨立的電氣控制櫃中，偏振相機陣列的視頻輸出通過視頻輸出線引出，與電氣控制櫃 中的圖像處理電路的視頻輸入口連接，圖像處理電路的視頻輸出口與顯示器連接，圖像處 理電路與噴嘴控制電路通過主機接口實現電氣連接。
全文摘要
本發明涉及一種棉花中白色及無色異物的偏振成像檢測方法及裝置，屬於光學檢測儀器技術領域。本發明的一種棉花中白色及無色異物的偏振成像檢測方法，是通過多個偏振相機依次獲取混雜了白色及無色異物的棉花兩個表面、多個方向的幅度圖像，再將獲取的幅度圖像送入計算機中的偏振度圖像計算模塊，以獲得混雜了白色及無色異物的棉花的偏振度圖像，並運用數字圖像處理技術加強棉花與異物的灰度差，通過圖像識別技術，識別並定位出白色及無色異物。
文檔編號G01N21/21GK101968453SQ20091025001
公開日2011年2月9日 申請日期2009年12月1日 優先權日2009年12月1日
發明者尹中信, 藺建旺, 賀見紫, 趙文, 金宏健, 韓紹坤 申請人:北京理工大學