專利名稱：瓶蓋在線影像檢測系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機器視覺和圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種瓶蓋在線影像檢測方法和系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在國內(nèi)許多制造商越來越認識到質(zhì)量和生產(chǎn)率永遠是最核心的因素這一點，在 工業(yè)現(xiàn)場機器視覺技術(shù)越來越多的用以監(jiān)控生產(chǎn)過程和檢測產(chǎn)品質(zhì)量，從而保證產(chǎn)品的性 能和外觀質(zhì)量。目前國內(nèi)絕大多數(shù)生產(chǎn)線的產(chǎn)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(shù)來完成產(chǎn)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(yè)比較熱衷的領(lǐng)域。目前，塑料蓋、鋁蓋 之類瓶蓋，在工業(yè)生產(chǎn)線上已經(jīng)能夠快速生產(chǎn)，對瓶蓋可能存在的缺陷實現(xiàn)高效率的檢測 和剔除，以適應(yīng)快速生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，具有必要性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)瓶蓋在線檢測，避免產(chǎn)品包裝工藝產(chǎn)生質(zhì)量問題 的瓶蓋在線檢測設(shè)備。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的方案如下一種瓶蓋在線影像檢測系統(tǒng)，包括用于傳輸瓶蓋的傳送帶、光學(xué)傳感器、攝像頭、 光源、圖像采集卡、計算機，攝像頭固定在傳送帶的正上方，光源置于傳送帶的斜上方，光學(xué) 傳感器置于攝像頭正下方的傳送帶旁，用于檢測攝像頭正下方是否存在瓶蓋，由光學(xué)傳感 器的檢測信號觸發(fā)攝像頭采集位于其正下方的傳送帶上的瓶蓋的圖像，所采集的瓶蓋圖像 經(jīng)過圖像采集卡被送入計算機內(nèi)。優(yōu)選地，所述的光學(xué)傳感器為紅外感應(yīng)光電傳感器。本發(fā)明同時提供一種采用上述的瓶蓋在線影像檢測系統(tǒng)實現(xiàn)的檢測方法，包括下 列步驟(1)對所采集的瓶蓋圖像經(jīng)過噪聲濾波、灰度拉伸和二值化處理以及形態(tài)學(xué)濾波 后，得到進過預(yù)處理的瓶蓋圖像；(2)通過拖放三個同心圓構(gòu)成的區(qū)域選擇模板提取邊沿圓環(huán)圖像，得到外圓、中圓 和內(nèi)圓，中圓用于估計瓶蓋半徑，內(nèi)外圓分別用于界定瓶蓋的內(nèi)沿和外沿；(3)利用中圓估計瓶蓋半徑，計算瓶蓋的圓形度，并將其與預(yù)設(shè)的圓形度閾值進行 比較，如果低于圓形度閾值，則瓶蓋被判斷為變形，同時產(chǎn)生剔除信號，結(jié)束對該瓶蓋的影 響檢測；(4)計算對邊沿圓環(huán)進行拉直投影變換時所需要的位置參數(shù)，并存入相應(yīng)數(shù)組；(5)以區(qū)域選擇模板中的外圓作為基準，即以外圓作為投影變換后矩形區(qū)域的頂 邊，以內(nèi)外圓半徑差作為投影變換后矩形區(qū)域的寬度，利用步驟(4)得到的位置參數(shù)，將內(nèi) 圓和外圓構(gòu)成的邊沿圓環(huán)切開，使邊沿圓環(huán)投影到該矩形區(qū)域，其中空洞點的像素值采用 雙線性插值算法得到，從而獲得拉直圓環(huán)圖像；
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(6)對拉直圓環(huán)圖像進行二值化處理，并進行形態(tài)學(xué)濾波，消除孤立點，得到預(yù)處 理后的拉直圓環(huán)圖像；(7)通過統(tǒng)計得到邊沿圓環(huán)最大和最小寬度值并計算邊沿圓環(huán)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(chǎn) 生剔除信號。在步驟( 和步驟(6)的二值化處理中，均采用最大類間方差與最小類內(nèi)方差比 的方法，自適應(yīng)計算灰度閾值。本發(fā)明提供的瓶蓋檢測方法和系統(tǒng)，綜合應(yīng)用了圖像處理和機器視覺領(lǐng)域的技 術(shù)，有效提取瓶蓋的特征信息，算法具有很強的魯棒性，可以有效降低由于環(huán)境或者其他因 素導(dǎo)致的亮度、對比度、質(zhì)量等圖像變化的影響，可以實現(xiàn)實時瓶蓋質(zhì)量的高速在線檢測。


圖1 本發(fā)明硬件系統(tǒng)外觀組成示意圖；圖2 本發(fā)明軟件流程圖；圖3 本發(fā)明缺陷檢測子程序流程圖；圖4 本發(fā)明的圓環(huán)拉直示意圖。圖1中1傳送帶，2瓶蓋，3光學(xué)傳感器，4傳感器信號線，5攝像頭，6光源，7傳輸 線，8圖像采集卡，9計算機。
具體實施例方式參見圖1，本發(fā)明的瓶蓋高速檢測系統(tǒng)由傳送設(shè)備、攝像頭、專用光源、傳輸線、圖 像采集卡、計算機組成。專用傳送設(shè)備包括傳送帶和光學(xué)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(xué)傳感器信號觸發(fā)實時采集蓋口朝上的瓶 蓋圖像。專用光源成一定角度對瓶蓋傾斜照射，從而使瓶蓋邊沿在采集圖像中呈現(xiàn)為一定 寬度的圓環(huán)，以便檢測瓶蓋缺口。光學(xué)傳感器為紅外感應(yīng)光電傳感器，固定于攝像機下方的 傳輸線旁。圖像采集卡可以是基于微型計算機PCI總線結(jié)構(gòu)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采集處理系統(tǒng)。由于圖像信息量大、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。攝像機采集實時圖像，大小為 800X600，通過傳輸線及圖像采集卡送到計算機存儲為BMP格式和并進行實時檢測。本發(fā)明由硬件部分和軟件部分組成；硬件部分采用計算機作為處理和控制中心； 軟件部分由圖像預(yù)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該軟件部分包括1)圖像預(yù)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(yù)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(tài) 學(xué)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(shù)據(jù)，為了便于 后續(xù)的快速圖像處理，需對圖像數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，使彩色圖像變?yōu)?56級灰度圖。去除噪聲，圖像中不可避免的含有噪聲，隨之采用中值濾波對圖像進行預(yù)處理?；叶壤?，為了增強背景區(qū)域和字符區(qū)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，采用最大類間方差與最小類內(nèi)方差比的方 法，自適應(yīng)計算灰度閾值，小于此閾值的區(qū)域認為是目標區(qū)域，大于此閾值的區(qū)域的認為是 背景區(qū)域。形態(tài)學(xué)濾波，對二值圖像進行形態(tài)學(xué)濾波處理，采用膨脹、腐蝕、開操作和閉操作 相結(jié)合的綜合操作。2)邊沿提取子程序，二值化后的圖像中瓶蓋口邊沿呈現(xiàn)為一定寬度的圓環(huán)，通過 拖放三個同心圓構(gòu)成的區(qū)域選擇模板提取邊沿圓環(huán)圖像，三個圓的半徑可以獨立設(shè)定，按 照從外向內(nèi)的順序?qū)⑷齻€圓分別命名為外圓、中圓和內(nèi)圓。中圓用于估計瓶蓋半徑，內(nèi)外圓 用于界定瓶蓋的邊沿圓環(huán)，其中內(nèi)圓匹配瓶蓋內(nèi)沿，外圓匹配瓶蓋外沿。3)變形檢測子程序，計算圓環(huán)外沿如式1所示的圓形度，并與預(yù)設(shè)的圓形度閾值 進行比較，如果計算結(jié)果低于圓形度閾值，則瓶蓋被判斷為變形，同時產(chǎn)生剔除信號。
P權(quán)利要求
1.一種瓶蓋在線影像檢測系統(tǒng)，包括用于傳輸瓶蓋的傳送帶、光學(xué)傳感器、攝像頭、光 源、圖像采集卡、計算機，攝像頭固定在傳送帶的正上方，光源置于傳送帶的斜上方，光學(xué)傳 感器置于攝像頭正下方的傳送帶旁，用于檢測攝像頭正下方是否存在瓶蓋，由光學(xué)傳感器 的檢測信號觸發(fā)攝像頭采集位于其正下方的傳送帶上的瓶蓋的圖像，所采集的瓶蓋圖像經(jīng) 過圖像采集卡被送入計算機內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瓶蓋在線影像檢測系統(tǒng)，所述的光學(xué)傳感器為紅外感應(yīng)光電 傳感器。
3.一種利用權(quán)利要求1所述的瓶蓋在線影像檢測系統(tǒng)實現(xiàn)的檢測方法，其特征在于， 包括下列步驟(1)對所采集的瓶蓋圖像經(jīng)過噪聲濾波、灰度拉伸和二值化處理以及形態(tài)學(xué)濾波后，得 到進過預(yù)處理的瓶蓋圖像；(2)通過拖放三個同心圓構(gòu)成的區(qū)域選擇模板提取邊沿圓環(huán)圖像，得到外圓、中圓和內(nèi) 圓，中圓用于估計瓶蓋半徑，內(nèi)外圓分別用于界定瓶蓋的內(nèi)沿和外沿；(3)利用中圓估計瓶蓋半徑，計算瓶蓋的圓形度，并將其與預(yù)設(shè)的圓形度閾值進行比 較，如果低于圓形度閾值，則瓶蓋被判斷為變形，同時產(chǎn)生剔除信號，結(jié)束對該瓶蓋的影響 檢測；(4)計算對邊沿圓環(huán)進行拉直投影變換時所需要的位置參數(shù)，并存入相應(yīng)數(shù)組；(5)以區(qū)域選擇模板中的外圓作為基準，即以外圓作為投影變換后矩形區(qū)域的頂邊，以 內(nèi)外圓半徑差作為投影變換后矩形區(qū)域的寬度，利用步驟(4)得到的位置參數(shù)，將內(nèi)圓和 外圓構(gòu)成的邊沿圓環(huán)切開，使邊沿圓環(huán)投影到該矩形區(qū)域，其中空洞點的像素值采用雙線 性插值算法得到，從而獲得拉直圓環(huán)圖像；(6)對拉直圓環(huán)圖像進行二值化處理，并進行形態(tài)學(xué)濾波，消除孤立點，得到預(yù)處理后 的拉直圓環(huán)圖像；(7)通過統(tǒng)計得到邊沿圓環(huán)最大和最小寬度值并計算邊沿圓環(huán)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(chǎn)生剔 除信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的瓶蓋在線影像檢測方法，其特征在于，在步驟2和步驟6的二 值化處理中，均采用最大類間方差與最小類內(nèi)方差比的方法，自適應(yīng)計算灰度閾值。
全文摘要
本發(fā)明屬于機器視覺和圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種瓶蓋在線影像檢測系統(tǒng)，包括用于傳輸瓶蓋的傳送帶、光學(xué)傳感器、攝像頭、光源、圖像采集卡、計算機，攝像頭固定在傳送帶的正上方，光源置于傳送帶的斜上方，光學(xué)傳感器置于攝像頭正下方的傳送帶旁，用于檢測攝像頭正下方是否存在瓶蓋，由光學(xué)傳感器的檢測信號觸發(fā)攝像頭采集位于其正下方的傳送帶上的瓶蓋的圖像，所采集的瓶蓋圖像經(jīng)過圖像采集卡被送入計算機內(nèi)，本發(fā)明同時提供一種采用上述檢測系統(tǒng)實現(xiàn)的在線檢測方法。本發(fā)明可以有效降低由于環(huán)境或者其他因素導(dǎo)致的亮度、對比度、質(zhì)量等圖像變化的影響，可以實現(xiàn)實時瓶蓋質(zhì)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(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者丁學(xué)文, 任海燕, 南兆龍 申請人:天津普達軟件技術(shù)有限公司