瓶蓋在線影像檢測系統和方法
2023-08-06 06:06:26 1
專利名稱：瓶蓋在線影像檢測系統和方法
技術領域：
本發明屬於機器視覺和圖像處理技術領域，涉及一種瓶蓋在線影像檢測方法和系 統。
背景技術：
現在國內許多製造商越來越認識到質量和生產率永遠是最核心的因素這一點，在 工業現場機器視覺技術越來越多的用以監控生產過程和檢測產品質量，從而保證產品的性 能和外觀質量。目前國內絕大多數生產線的產品檢測都是靠人力完成，不僅會增加公司的 人力投入，也造成了效率低下，因此，用機器視覺技術來完成產品的缺陷檢測以及分類、分 級有著巨大的市場需求，同時也是目前整個視覺行業比較熱衷的領域。目前，塑料蓋、鋁蓋 之類瓶蓋，在工業生產線上已經能夠快速生產，對瓶蓋可能存在的缺陷實現高效率的檢測 和剔除，以適應快速生產線的生產效率，具有必要性。
發明內容
本發明的目的提供一種能夠實現瓶蓋在線檢測，避免產品包裝工藝產生質量問題 的瓶蓋在線檢測設備。本發明解決其技術問題所採用的方案如下一種瓶蓋在線影像檢測系統，包括用於傳輸瓶蓋的傳送帶、光學傳感器、攝像頭、 光源、圖像採集卡、計算機，攝像頭固定在傳送帶的正上方，光源置於傳送帶的斜上方，光學 傳感器置於攝像頭正下方的傳送帶旁，用於檢測攝像頭正下方是否存在瓶蓋，由光學傳感 器的檢測信號觸發攝像頭採集位於其正下方的傳送帶上的瓶蓋的圖像，所採集的瓶蓋圖像 經過圖像採集卡被送入計算機內。優選地，所述的光學傳感器為紅外感應光電傳感器。本發明同時提供一種採用上述的瓶蓋在線影像檢測系統實現的檢測方法，包括下 列步驟(1)對所採集的瓶蓋圖像經過噪聲濾波、灰度拉伸和二值化處理以及形態學濾波 後，得到進過預處理的瓶蓋圖像；(2)通過拖放三個同心圓構成的區域選擇模板提取邊沿圓環圖像，得到外圓、中圓 和內圓，中圓用於估計瓶蓋半徑，內外圓分別用於界定瓶蓋的內沿和外沿；(3)利用中圓估計瓶蓋半徑，計算瓶蓋的圓形度，並將其與預設的圓形度閾值進行 比較，如果低於圓形度閾值，則瓶蓋被判斷為變形，同時產生剔除信號，結束對該瓶蓋的影 響檢測；(4)計算對邊沿圓環進行拉直投影變換時所需要的位置參數，並存入相應數組；(5)以區域選擇模板中的外圓作為基準，即以外圓作為投影變換後矩形區域的頂 邊，以內外圓半徑差作為投影變換後矩形區域的寬度，利用步驟(4)得到的位置參數，將內 圓和外圓構成的邊沿圓環切開，使邊沿圓環投影到該矩形區域，其中空洞點的像素值採用 雙線性插值算法得到，從而獲得拉直圓環圖像；
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(6)對拉直圓環圖像進行二值化處理，並進行形態學濾波，消除孤立點，得到預處 理後的拉直圓環圖像；(7)通過統計得到邊沿圓環最大和最小寬度值並計算邊沿圓環的平均寬度，如果 最大和最小寬度值超過平均寬度一定比例，則認為瓶蓋存在毛刺、毛邊或缺口缺陷，同時產 生剔除信號。在步驟( 和步驟(6)的二值化處理中，均採用最大類間方差與最小類內方差比 的方法，自適應計算灰度閾值。本發明提供的瓶蓋檢測方法和系統，綜合應用了圖像處理和機器視覺領域的技 術，有效提取瓶蓋的特徵信息，算法具有很強的魯棒性，可以有效降低由於環境或者其他因 素導致的亮度、對比度、質量等圖像變化的影響，可以實現實時瓶蓋質量的高速在線檢測。
圖1 本發明硬體系統外觀組成示意圖；圖2 本發明軟體流程圖；圖3 本發明缺陷檢測子程序流程圖；圖4 本發明的圓環拉直示意圖。圖1中1傳送帶，2瓶蓋，3光學傳感器，4傳感器信號線，5攝像頭，6光源，7傳輸 線，8圖像採集卡，9計算機。
具體實施例方式參見圖1，本發明的瓶蓋高速檢測系統由傳送設備、攝像頭、專用光源、傳輸線、圖 像採集卡、計算機組成。專用傳送設備包括傳送帶和光學傳感器。攝像機的攝像頭可以是 線陣CCD攝像頭，安裝在傳送帶正上方，通過光學傳感器信號觸發實時採集蓋口朝上的瓶 蓋圖像。專用光源成一定角度對瓶蓋傾斜照射，從而使瓶蓋邊沿在採集圖像中呈現為一定 寬度的圓環，以便檢測瓶蓋缺口。光學傳感器為紅外感應光電傳感器，固定於攝像機下方的 傳輸線旁。圖像採集卡可以是基於微型計算機PCI總線結構具有圖像前端處理的外插卡， 與微機的已有資源形成一個比較完整的實時圖像採集處理系統。由於圖像信息量大、處理 時間長，所述計算機需要具有較高的主頻和較強的運算能力。攝像機採集實時圖像，大小為 800X600，通過傳輸線及圖像採集卡送到計算機存儲為BMP格式和並進行實時檢測。本發明由硬體部分和軟體部分組成；硬體部分採用計算機作為處理和控制中心； 軟體部分由圖像預處理、邊沿提取、變形檢測、缺陷檢測等多個子程序組成。參見圖2該軟體部分包括1)圖像預處理子程序、幻邊沿提取子程序、幻變形檢 測子程序、4)缺陷檢測子程序。1)所述圖像預處理子程序包括圖像灰度化、去除噪聲、灰度拉伸、二值化和形態 學濾波。圖像灰度化，攝像頭實時拍攝的圖像是16位位圖(RGB565格式)數據，為了便於 後續的快速圖像處理，需對圖像數據進行轉換，使彩色圖像變為256級灰度圖。去除噪聲，圖像中不可避免的含有噪聲，隨之採用中值濾波對圖像進行預處理。灰度拉伸，為了增強背景區域和字符區域的對比度，對圖像進行灰度拉伸。
二值化，對灰度圖像進行二值化處理，採用最大類間方差與最小類內方差比的方 法，自適應計算灰度閾值，小於此閾值的區域認為是目標區域，大於此閾值的區域的認為是 背景區域。形態學濾波，對二值圖像進行形態學濾波處理，採用膨脹、腐蝕、開操作和閉操作 相結合的綜合操作。2)邊沿提取子程序，二值化後的圖像中瓶蓋口邊沿呈現為一定寬度的圓環，通過 拖放三個同心圓構成的區域選擇模板提取邊沿圓環圖像，三個圓的半徑可以獨立設定，按 照從外向內的順序將三個圓分別命名為外圓、中圓和內圓。中圓用於估計瓶蓋半徑，內外圓 用於界定瓶蓋的邊沿圓環，其中內圓匹配瓶蓋內沿，外圓匹配瓶蓋外沿。3)變形檢測子程序，計算圓環外沿如式1所示的圓形度，並與預設的圓形度閾值 進行比較，如果計算結果低於圓形度閾值，則瓶蓋被判斷為變形，同時產生剔除信號。
P權利要求
1.一種瓶蓋在線影像檢測系統，包括用於傳輸瓶蓋的傳送帶、光學傳感器、攝像頭、光 源、圖像採集卡、計算機，攝像頭固定在傳送帶的正上方，光源置於傳送帶的斜上方，光學傳 感器置於攝像頭正下方的傳送帶旁，用於檢測攝像頭正下方是否存在瓶蓋，由光學傳感器 的檢測信號觸發攝像頭採集位於其正下方的傳送帶上的瓶蓋的圖像，所採集的瓶蓋圖像經 過圖像採集卡被送入計算機內。
2.根據權利要求1所述的瓶蓋在線影像檢測系統，所述的光學傳感器為紅外感應光電 傳感器。
3.一種利用權利要求1所述的瓶蓋在線影像檢測系統實現的檢測方法，其特徵在於， 包括下列步驟(1)對所採集的瓶蓋圖像經過噪聲濾波、灰度拉伸和二值化處理以及形態學濾波後，得 到進過預處理的瓶蓋圖像；(2)通過拖放三個同心圓構成的區域選擇模板提取邊沿圓環圖像，得到外圓、中圓和內 圓，中圓用於估計瓶蓋半徑，內外圓分別用於界定瓶蓋的內沿和外沿；(3)利用中圓估計瓶蓋半徑，計算瓶蓋的圓形度，並將其與預設的圓形度閾值進行比 較，如果低於圓形度閾值，則瓶蓋被判斷為變形，同時產生剔除信號，結束對該瓶蓋的影響 檢測；(4)計算對邊沿圓環進行拉直投影變換時所需要的位置參數，並存入相應數組；(5)以區域選擇模板中的外圓作為基準，即以外圓作為投影變換後矩形區域的頂邊，以 內外圓半徑差作為投影變換後矩形區域的寬度，利用步驟(4)得到的位置參數，將內圓和 外圓構成的邊沿圓環切開，使邊沿圓環投影到該矩形區域，其中空洞點的像素值採用雙線 性插值算法得到，從而獲得拉直圓環圖像；(6)對拉直圓環圖像進行二值化處理，並進行形態學濾波，消除孤立點，得到預處理後 的拉直圓環圖像；(7)通過統計得到邊沿圓環最大和最小寬度值並計算邊沿圓環的平均寬度，如果最大 和最小寬度值超過平均寬度一定比例，則認為瓶蓋存在毛刺、毛邊或缺口缺陷，同時產生剔 除信號。
4.根據權利要求3所述的瓶蓋在線影像檢測方法，其特徵在於，在步驟2和步驟6的二 值化處理中，均採用最大類間方差與最小類內方差比的方法，自適應計算灰度閾值。
全文摘要
本發明屬於機器視覺和圖像處理技術領域，涉及一種瓶蓋在線影像檢測系統，包括用於傳輸瓶蓋的傳送帶、光學傳感器、攝像頭、光源、圖像採集卡、計算機，攝像頭固定在傳送帶的正上方，光源置於傳送帶的斜上方，光學傳感器置於攝像頭正下方的傳送帶旁，用於檢測攝像頭正下方是否存在瓶蓋，由光學傳感器的檢測信號觸發攝像頭採集位於其正下方的傳送帶上的瓶蓋的圖像，所採集的瓶蓋圖像經過圖像採集卡被送入計算機內，本發明同時提供一種採用上述檢測系統實現的在線檢測方法。本發明可以有效降低由於環境或者其他因素導致的亮度、對比度、質量等圖像變化的影響，可以實現實時瓶蓋質量的高速在線檢測。
文檔編號G01N21/892GK102135416SQ20101061673
公開日2011年7月27日 申請日期2010年12月30日 優先權日2010年12月30日
發明者丁學文, 任海燕, 南兆龍 申請人:天津普達軟體技術有限公司