紙張紙病檢測系統的製作方法
2023-05-27 22:26:46 1
專利名稱：紙張紙病檢測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用計算機圖象處理技術進行紙張紙病檢測分析的系統。
背景技術：
造紙工業與國民經濟息息相關，其發展程度直接反映了一個地區或國家的經濟發展水平，造紙檢測儀器在紙張質量的控制上佔有重要的位置。在生產中，紙張的品質包括定量、水分、物理強度、光學性質和表面質量，紙張的紙病是用紙張的表面質量來表示，紙張表面質量的分級是由其缺陷類型和多少來決定的，紙張表面質量的分級形成了紙張的分類。目前，在紙張的質量檢測問題上、不少廠家都是將紙張生產處理後，進行抽取樣品並使用目測方法進行檢測，這種檢測方法效率低、費時，不能滿足生產的自動化要求，且不合格的紙張很難徹底的檢測出來。隨著人們對紙張質量的要求的提高，造紙業需要對紙張的質量檢測更為嚴格、快速的檢測。
CCD(Charge Coupled Devices電荷耦合)器件是七十年代初發展起來的新型半導體器件。二十多年來，CCD器件的研究取得了驚人的進展，已成為現代光電子學和現代測試技術中最活躍、最富有成果的新興領域之一。CCD器件具有的體積小、重量輕、解析度高、精度高、穩定性能良好等特點，使得測量系統不須配置複雜的運動機械結構，就可得到較高的測量精度和良好的穩定性能，廣泛用於攝像機、複印機、圖文傳真、文字、圖像識別、自動精密測量等方面。計算機的廣泛使用，使得由CCD器件測量得到的大量數據處理變得非常容易，對測量數據的處理可以經過存儲，自動補償和校正，以致最後列印輸出。
CCD圖像採集系統的基本結構是脈衝控制下的CMOS電容器陣列，它有面陣和線陣兩類，具有電荷藕合、存儲、轉移功能，其注入方式有電荷注入方式有光注入和電注入兩類，面陣CCD圖像採集系統包括CCD傳感器，CCD傳感器把物體成像，攝取到的圖像通過插在主板上的視頻卡轉換成數位訊號顯示出來的。
紙張紙病缺陷主要有摺痕、空洞和黑點，一般紙張發現摺痕或空洞就被定為廢紙，所以黑點就被作為劃分紙張等級的依據，黑點的具體分類如表1。
表1.紙張黑點分類表
根據生產的要求本系統將紙張分為三種優質紙張、普通紙張、廢紙，見表2。
表2紙張等級分類表
發明內容本發明將公開一種利用CCD技術對紙張表面質量進行實時檢測、動態測量、自動對產品按品質實行分級，檢測出紙張表面存在的黑點及空洞等紙病缺陷，對紙張自動進行分類，對於不合格的紙張自動進行報警，並能自動計算出紙張的不合格率和各級紙張的數量及所佔的比例的紙張紙病檢測系統。
本系統包括圖像採集部分、計算機處理、紙張分流機構、報警機構，其中圖像採集部分為光注入方式面陣式CCD圖像採集系統，CCD圖像採集系統與計算機連接，計算機還分別與紙張分流機構、報警機構連接；用CCD圖像採集系統採集紙張圖像，並將攝取的圖像信息輸入計算機，計算機對圖像信息數位化，即此時計算機獲得的圖像由許多像素組成；計算機對這些像素進行分析，檢測出紙張上面所存在的黑點以及空洞，統計出該紙張的黑點和空洞的數量和面積，對照預先存入計算機的紙張標準進行判斷，然後由計算機控制紙張分流機構對紙張質量自動進行分類，對於不合格的紙張，計算機控制報警機構自動進行報警，同時計算機自動計算出紙張的不合格率以及各級紙張所佔的比例。
本系統CCD圖像採集系統的鏡頭前端，還設有光學透鏡，將待測紙張的信息全部成像在CCD圖像採集系統的像敏區。
將CCD圖像採集系統攝取的圖像轉換成計算機中的數位訊號的過程為CCD圖像採集系統攝取圖像後，CCD首先將視頻信號轉換成數位訊號，然後再通過CCD圖像採集系統中的視頻卡的驅動程序將圖像顯示在電腦屏幕上，然後將電腦屏幕上的圖像拷貝到剪貼板，計算機再從剪貼板中將圖片讀出來，此時計算機獲得的圖像由許多像素組成，對圖像中的像素點進行分析；先經過像點灰度調整，對採集的圖像進行像素點分析處理，進行統計分類，從而把連續的圖像變換成離散的數字圖像。
本紙張紙病檢測方法如下採用光注入方式面陣CCD器件攝取紙張圖像，並把圖像轉換成數位訊號傳入計算機，即計算機圖像由許多像素點組成，計算機對這些像素進行分析，檢測出紙張上面所存在的黑點以及空洞等，統計出該紙張的黑點和空洞的數量和面積，對照預先存入計算機的紙張標準，對紙張質量自動進行分類，對於不合格的紙張可以自動進行報警，並自動計算出紙張的不合格率以及各級紙張所佔的比例。
本紙張紙病檢測系統及方法有以下優點該系統是CCD技術在非接觸性測試中的一次成功運用，此系統的最大特點是實現在線非接觸式檢測，對生產現場的產品質量進行實時監控，同時實現與計算機通信，以方便對所測數據進行分析、比較、綜合、歸納、分析產品質量下降的原因，並可自動提出檢修方案，以便找到提高產品質量的措施，因此這一項目的推廣應用將對造紙業的發展產生很大的作用，並將產生相當大的經濟效益。與雷射測量相比，本系統在價格及某些測量性能方面有很大的優勢1低成本與雷射等非接觸測量相比，用圖象處理技術進行測量的成本相當低；2可以實現複雜形狀測量通過各種圖象處理技術的結合，可以實現對複雜圖形的測量；3使用壽命長，測量精度高，測量方便、性能穩定可靠；4非接觸、精度高、測量速度快、等優點。
圖1本系統一種實施方式工作原理圖；圖2本系統一種實施方式圖像分析的流程圖；圖3本系統一種實施方式軟體設計流程圖。
1-CCD圖像採集系統；2-計算機；3-凸透鏡；4-控制線；5-數據線；6-光源；7-紙張。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明進一步說明。
在圖1所示的實施方式中，本系統主要由光源6、圖像採集部分、計算機2、顯示輸出部分、機械換紙機構、紙張分流機構等部分構成，圖像採集部分採用的是光注入方式面陣CCD圖像採集系統1，CCD圖像採集系統1的CCD傳感器型號為用IA-D9-2048型面陣CCD，它採用幀轉移方式，每秒14幀，具有多個輸出埠，像元尺寸大，像敏元尺寸為12μm(H)×2μm(V)，像敏區面積為24.672mm(H)×24.672mm(H)，輸出數據率高達60MHz，動態範圍寬，為3000；水平和垂直轉移效率為0.999999；工作溫度範圍為-60℃～+70℃；CCD圖像採集系統鏡頭前設有光學透鏡，在本實施方式中光學透鏡為凸透鏡3，該凸透鏡3的參數關係為
=y'y=-fx=-x'f']]>其中β-垂軸放大率；β』-；y-物高；y』-像高；f-物方焦距；x-物到物方焦點的距離；x』-像方焦點到像的距離。
CCD圖像採集系統1與計算機2之間由控制線4和數據線連接5，計算機2還與顯示輸出部分、機械換紙機構、紙張分流機構等部分連接，光源6的光線透過設於光源6上的紙張7照射到凸透鏡3上，凸透鏡3將紙張圖像成像於CCD圖像採集系統1的CCD傳感器內，CCD圖像採集系統1將紙張圖像數位化，即將視頻信號轉換成數位訊號，然後再通過CCD圖像採集系統1中的視頻卡的驅動程序將圖像顯示在電腦屏幕上，然後將電腦屏幕上的圖像拷貝到剪貼板，計算機再從剪貼板中將圖片讀出來，此時計算機獲得的圖像由許多像素組成，對圖像中的像素點進行分析；具體是先經過像點灰度調整，對採集的圖像進行像素點分析處理，進行統計分類，從而把連續的圖像變換成離散的數字圖像。
對圖像中的像素點進行分析時，是先對圖像中的像素點進行圖像二值化即利用計算機將圖像中的各像素點的顏色與基色相對比，如果像素點的顏色與基色之差大於二值化閥值，則將此像素點變成黑色，否則就將此像素點變成白色，實現對圖像中的像素點進行圖像二值化。
對圖像中的像素點進行圖像二值化後，需對圖像進行一次濾波，濾除圖像中孤立的黑色像素點，因為噪聲的影響，圖像在二值化以後會存在很多孤立的黑色像素點，這些孤立的黑點零散地分布在圖像上，它幾乎不會影響到紙張的質量(影響紙張質量的主要是一些黑點組成的黑點塊)，但是它對於我們分析數據確不利，所以我們在進行數據分析前，要將這些黑點濾除掉；濾除這些黑點的方法就是對黑點周圍的每一個點的顏色進行判斷，如果發現其周圍的點都是白點，則此黑點就屬於一個孤立的黑色像素點，這樣就應該將此黑點濾除掉，也就是將此像素點變成白色；相反，若該點周圍只要有一點為黑點，則此黑點就不算是孤立的，所以就不應該濾除。
進行圖像分析是對圖像中的黑塊數，黑塊所佔的面積，以及最大黑塊面積，最小黑塊面積以及黑塊半徑一個統計，檢測出紙張上面所存在的黑點及空洞，統計出該紙張的黑點和空洞的數量和面積，通過這些統計數據來分析出紙張的質量；圖像分析的過程如圖2所示對圖像中的每一個黑色像素點，假設此黑色像素點為A的四個方向(左上，正上，右上，左邊)上的點進行判斷，如果這四個點都為白點，則新建一個黑點塊，且將此A點加入到新建的黑點塊；如果這四個點中有一個點為黑點，設為B，則將A點加入B點所在的黑點塊(根據判斷順序，B點必然已屬於某一黑點塊)，以相同的方法分析C點、D點，如此循環下來，直到將所有黑點判斷完畢。則黑點塊數即為所建立的黑點塊數，同時每一黑點塊所佔的面積，黑點塊的半徑等數據也可以根據黑點塊內的像素點數來得到。
進行二次濾波二次濾波功能主要是濾除掉黑塊面積中小於指定面積的黑塊，因為有些黑塊面積太小可能並不影響到紙張的質量，所以我們需要將其濾除；通過上一步的圖像分析以後，我們已經獲得了每一黑塊所佔面積的數據，要濾除掉小於某一面積的黑塊，只需要對每一黑塊所佔的面積進行判斷，如果此黑塊面積大於指定面積，則不濾除(保留)，如果此黑點面積小於指定面積，則將其濾除掉(也就是將此黑塊內所有像素點都變成白點)；檢測出紙張上面所存在的黑點以及空洞，統計出該紙張的黑點和空洞的數量和面積，對照預先存入計算機的紙張標準，由計算機控制紙張分流機構對紙張質量自動進行分類，對於不合格的紙張，計算機控制報警機構自動進行報警，同時計算機自動計算出紙張的不合格率以及各級紙張所佔的比例。
其中計算機的檢測軟體可包括數據獲取、數據分析、數據處理、數據存儲、數據查詢及輸出五個模塊，其流程圖如圖3所示，數據獲取模塊為讀入紙張信息，紙張信息獲取後，數據分析和處理模塊判斷紙張的暇疵的大小、灰度等級、延展方向、分布的範圍，以此得出屬於哪種紙張的範圍，並進行存儲和輸出，然後根據生產實際的統計分析紙張暇疵產生的原因。
本系統一種實施方式軟體流程是將計算機對面陣CCD圖像採集系統攝入紙張圖像數據進行如下分析1)摺痕判斷當程序判斷紙張有摺痕時，將各種缺陷數據進行分類存儲後，按紙張的缺陷程度不同走紙；當程序判斷紙張無摺痕時，繼續進行黑洞判斷。
2)空洞判斷當程序判斷紙張有空洞時，將各種缺陷數據進行分類存儲後，按紙張的缺陷程度不同走紙；當程序判斷紙張無空洞時，繼而進行黑點判斷。
3)黑點判斷當程序判斷紙張有黑點時，將依次按照黑點的分布範圍、面積大小、灰度等級對紙張進行分類，同時將將各種缺陷數據進行分類存儲後，按紙張的缺陷程度不同走紙；當程序判斷紙張無黑點時，將紙張作為無缺陷處理。
本紙張紙病檢測方法如下採用光注入方式面陣CCD圖像採集系統1攝入紙張圖像，把圖像轉換成數位訊號傳給計算機2，即計算機圖像由許多像素點組成，計算機對這些像素進行分析，檢測出紙張上面所存在的黑點以及空洞等，統計出該紙張的黑點和空洞的數量和面積，對照預先存入計算機的紙張標準，對紙張質量自動進行分類，對於不合格的紙張可以自動進行報警，並自動計算出紙張的不合格率以及各級紙張所佔的比例。
權利要求
1.紙張紙病檢測系統，包括圖像採集部分、計算機、紙張分流機構、報警機構，其特徵在於其中圖像採集部分為光注入方式面陣式CCD圖像採集系統，CCD圖像採集系統與計算機連接，計算機還分別與紙張分流機構、報警機構連接；用CCD圖像採集系統攝取紙張圖像，並將攝取的圖像信息數位化後輸入計算機，此時計算機獲得的圖像由許多像素組成；計算機對這些由像素組成的圖像進行分析，檢測出紙張上面所存在的黑點以及空洞，統計出該紙張的黑點和空洞的數量和面積，對照預先存入計算機的紙張標準進行判斷，然後由計算機控制紙張分流機構對紙張質量自動進行分類，對於不合格的紙張，計算機控制報警機構自動進行報警，同時計算機自動計算出紙張的不合格率以及各級紙張所佔的比例。
2.根據權利要求1所述的紙張紙病檢測系統，其特徵在於本系統CCD圖像採集系統的鏡頭前端，還設有光學透鏡，將待測紙張的信息全部成像在CCD圖像採集系統的像敏區。
3.根據權利要求1所述的紙張紙病檢測系統，其特徵在於將CCD圖像採集系統攝取的圖像轉換成計算機中的數位訊號的過程為CCD圖像採集系統攝取圖像後，CCD首先將視頻信號轉換成數位訊號，然後再通過CCD圖像採集系統中的視頻卡將圖像顯示在電腦屏幕上，然後將電腦屏幕上的圖像拷貝到剪貼板，計算機再從剪貼板中將圖片讀出來，此時計算機獲得的圖像由許多像素組成，對圖像中的像素點進行分析；先經過像點灰度調整，對採集的圖像進行像素點分析處理，進行統計分類，從而把連續的圖像變換成離散的數字圖像。
4.根據權利要求1所述的紙張紙病檢測系統，其特徵在於計算機對圖像進行分析時，是先對那些組成圖像的像素進行分析，首先對圖像中的像素點進行圖像二值化即利用計算機將圖像中的各像素點的顏色與基色相對比，如果像素點的顏色與基色之差大於二值化閥值，則將此像素點變成黑色，否則就將此像素點變成白色，實現對圖像中的像素點進行圖像二值化；對圖像中的像素點進行圖像二值化後，需對圖像進行一次濾波，濾除圖像中孤立的黑色像素點，濾除這些黑點的方法就是對黑點周圍的每一個點的顏色進行判斷，如果發現其周圍的點都是白點，則此黑點就屬於一個孤立的黑色像素點，這樣就應該將此黑點濾除掉，也就是將此像素點變成白色；相反，若該點周圍只要有一點為黑點，則此黑點就不算是孤立的，所以就不應該濾除。
5.根據權利要求1所述的紙張紙病檢測系統，其特徵在於進行圖像分析是對圖像中的黑塊數，黑塊所佔的面積，以及最大黑塊面積，最小黑塊面積以及黑塊半徑一個統計，檢測出紙張上面所存在的黑點及空洞，統計出該紙張的黑點和空洞的數量和面積，通過這些統計數據來分析出紙張的質量；圖像分析的過程是對圖像中的每一個黑色像素點，假設此黑色像素點為A的四個方向上的點進行判斷，如果這四個點都為白點，則新建一個黑點塊，且將此A點加入到新建的黑點塊；如果這四個點中有一個點為黑點，設為B，則將A點加入B點所在的黑點塊，根據判斷順序，B點必然已屬於某一黑點塊，以相同的方法分析C點、D點，如此循環下來，直到將所有黑點判斷完畢；則黑點塊數即為所建立的黑點塊數，同時每一黑點塊所佔的面積，黑點塊的半徑等數據也可以根據黑點塊內的像素點數來得到；進行二次濾波通過上一步的圖像分析以後，我們已經獲得了每一黑塊所佔面積的數據，要濾除掉小於某一面積的黑塊，只需要對每一黑塊所佔的面積進行判斷，如果此黑塊面積大於指定面積，則保留，如果此黑點面積小於指定面積，則將其濾除掉。
全文摘要
本發明涉及紙張紙病檢測系統，使用CCD圖像採集系統攝取紙張圖像，並將攝取的圖像信息數位化後輸入計算機，計算機對這些由像素組成的圖像進行分析，檢測出紙張上面所存在的黑點以及空洞，統計出該紙張的黑點和空洞的數量和面積，對照預先存入計算機的紙張標準進行判斷，然後由計算機控制紙張分流機構對紙張質量自動進行分類，對於不合格的紙張，計算機控制報警機構自動進行報警，同時計算機自動計算出紙張的不合格率以及各級紙張所佔的比例。此系統的最大特點是實現在線非接觸式檢測，對生產現場的產品質量進行實時監控，且低成本、可以實現複雜形狀測量、使用壽命長，測量精度高，測量方便、性能穩定可靠、測量速度快。
文檔編號B07C5/342GK101063659SQ20071010078
公開日2007年10月31日 申請日期2007年4月19日 優先權日2006年4月26日
發明者陳嶽林, 陳金龍 申請人:陳嶽林, 陳金龍