本發(fā)明屬于機(jī)器視覺
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種基于機(jī)器視覺的透明瓶裝液位檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
：液位檢測(cè)是指一定的方法和技術(shù)手段對(duì)液體的高度進(jìn)行測(cè)量。這種技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于液態(tài)食品生產(chǎn)檢測(cè)、藥品制造與檢測(cè)、液態(tài)化學(xué)品檢測(cè)等領(lǐng)域。由于人工的誤判和檢測(cè)設(shè)備對(duì)體測(cè)液體的損傷都會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量，尤其對(duì)藥品和危險(xiǎn)化學(xué)品，容量的精確性直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量好壞。目前的液位檢測(cè)多采用壓差法、傳感器、人工目測(cè)等，這些檢測(cè)方法對(duì)硬件設(shè)備要求高，設(shè)備價(jià)格高，機(jī)械損耗大，易受外部環(huán)境因素影響，人工干預(yù)多，因而檢測(cè)速度和精度不高。在食品藥品制造業(yè)中因環(huán)境衛(wèi)生要求很高，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)人員過多很難保證生產(chǎn)環(huán)境的整潔。尤其在藥品行業(yè)中藥量的準(zhǔn)確度是一個(gè)極為重要的指標(biāo)，精度低的檢測(cè)設(shè)備和方法，難以達(dá)到高精度的標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明公開了一種基于機(jī)器視覺的透明瓶裝液位檢測(cè)方法，通過圖像處理技術(shù)可以準(zhǔn)確測(cè)量出液體液位的高度，并結(jié)合生產(chǎn)要求判斷產(chǎn)品是否合格。技術(shù)方案：本發(fā)明公開了一種基于機(jī)器視覺的透明瓶裝液位檢測(cè)方法包括如下步驟：(1)選取多幅標(biāo)準(zhǔn)液位圖像，進(jìn)行灰度變換轉(zhuǎn)換為灰度圖像；(2)通過模板匹配法獲取每幅標(biāo)準(zhǔn)液位灰度圖像的參考高度值；(3)通過一維測(cè)量法獲取每幅標(biāo)準(zhǔn)液位灰度圖像的實(shí)際高度值；(4)對(duì)步驟(2)中獲取的多個(gè)參考高度值求均值并對(duì)步驟(3)中獲取的多個(gè)實(shí)際高度值求均值計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)高度值Hs，如下：Hs=|H‾t-|H‾r-H‾t||---(1)]]>(5)獲取待測(cè)液位圖像，進(jìn)行灰度變換轉(zhuǎn)換為灰度圖像；(6)對(duì)待測(cè)液位灰度圖像通過一維測(cè)量獲取其實(shí)際高度值Ht，計(jì)算待測(cè)液體圖像與標(biāo)準(zhǔn)液位圖像的高度誤差Δ：Δ＝|Ht-Hs|(2)如果Δ小于等于可容忍誤差，則判定待測(cè)液位圖像中的液位合格，否則判定液位不合格。具體地，模板匹配法獲取液位圖像的參考高度值包括如下步驟：(21)在標(biāo)準(zhǔn)液位灰度圖像中選擇一塊包含瓶底的矩形區(qū)域，以此作為模板圖像；(22)對(duì)模板圖像進(jìn)行sobel濾波，得到模板圖像中所有像素點(diǎn)pi＝(xi,yi)的梯度Gi＝(Gxi,Gyi)，將模板圖像及其梯度作為匹配模板，其中xi,yi表示模板圖像中像素i的行坐標(biāo)和列坐標(biāo)；(23)對(duì)待測(cè)液位圖像進(jìn)行sobel濾波，得到待測(cè)液位圖像中所有像素點(diǎn)的梯度G(u,v)＝(Gx(u,v),Gy(u,v))，其中u表示待測(cè)液位圖像的行坐標(biāo)，v表示待測(cè)圖像的列坐標(biāo)；(24)用匹配模板在待測(cè)液位圖像上按像素從左到右后再從上到下遍歷，對(duì)待測(cè)液位圖像區(qū)域與模板圖像區(qū)域進(jìn)行相似度匹配，相似度計(jì)算如下：s(u,v)=(1/n)Σi=1n(Gxi.Gx(u+xi,v+yi))+(Gyi.Gy(u+xi,v+yi))Gxi2+Gyi2.Gx(u+xi,v+yi)2+Gy(u+xi,v+yi)2---(3)]]>其中n為匹配模板中輪廓上像素的個(gè)數(shù)；當(dāng)相似度大于相似度閾值時(shí)，匹配模板的中心坐標(biāo)的行坐標(biāo)即為待測(cè)液位圖像的參考高度值。一維測(cè)量法獲取液位圖像的實(shí)際高度值包括如下步驟：(31)在待測(cè)液位灰度圖像中生成一個(gè)包含液位的矩形測(cè)量區(qū)域，在矩形測(cè)量區(qū)域中生成一條與液位垂直的剖面線；(32)計(jì)算矩形測(cè)量區(qū)域內(nèi)垂直于剖面線上單位像素間隔的灰度平均值，通過雙線性插值方式獲得剖面線在該點(diǎn)處的灰度值，形成一條投影線，對(duì)投影線進(jìn)行光滑處理；(33)對(duì)光滑處理后的投影線進(jìn)行求導(dǎo)或閾值判斷，確定灰度變化的局部極值所在位置，即為待測(cè)液位圖像的實(shí)際高度值。步驟(5)中獲取待測(cè)液位圖像時(shí)，如果瓶裝液體不為藍(lán)色，設(shè)置瓶裝液體的背景光源為藍(lán)色，可以使采集到的圖像前景與背景的對(duì)比度大大增強(qiáng)。為提高測(cè)量結(jié)果的精度，步驟(1)中在選取多幅標(biāo)準(zhǔn)液位圖像，進(jìn)行灰度變換轉(zhuǎn)換為灰度圖像后，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)液位灰度圖像進(jìn)行濾波去噪和灰度增強(qiáng)。同樣地，步驟(5)中在獲取待測(cè)液位圖像，進(jìn)行灰度變換轉(zhuǎn)換為灰度圖像之后，對(duì)待測(cè)液位灰度圖像進(jìn)行濾波去噪和灰度增強(qiáng)。有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明公開的方法能夠同時(shí)檢測(cè)多個(gè)透明瓶裝液體，即可以同時(shí)采集多個(gè)透明瓶裝液體作為一個(gè)檢測(cè)組的液位圖像，速度明顯優(yōu)于其他檢測(cè)設(shè)備和方法，工作效率得到極大的提高；2、檢測(cè)過程基本由計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，人工操作少，可顯著減輕檢測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；3、本發(fā)明的檢測(cè)方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)量精度高、速度快、自動(dòng)化程度高，采用本發(fā)明的方法可以避免人工操作的導(dǎo)致的誤判漏檢，降低機(jī)械損耗造成的生產(chǎn)成本，大大提高透明瓶裝液體檢測(cè)的準(zhǔn)確。附圖說明圖1為本發(fā)明公開的透明瓶裝液位檢查方法流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的圖像采集及處理流程圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的模板匹配的流程圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的一維測(cè)量的原理圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例的一維測(cè)量的流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。圖1為本發(fā)明公開的透明瓶裝液位檢查方法流程圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的圖像采集及處理流程圖，通過調(diào)整像機(jī)設(shè)置、圖像采集、圖像處理操作可以獲得高質(zhì)量的具有明顯液位的圖像，具體包括以下步驟：(1)本實(shí)施例的攝像機(jī)是高分辨率的Manta系列的G-917B/C，可以采集到質(zhì)量高的圖像，在安裝固定像機(jī)時(shí)，需間斷采集多幅圖像，根據(jù)所拍攝圖像質(zhì)量，不斷調(diào)整像機(jī)的高度、角度和位置，以采集清晰完整液位圖像；(2)設(shè)置待測(cè)瓶裝液體背景光源為藍(lán)色，藍(lán)色背景光可使采集到的圖像前景與背景對(duì)比度大大增強(qiáng)，若液體本身為藍(lán)色則無需添加藍(lán)色背景光源；(3)利用像機(jī)拍攝待測(cè)的透明瓶裝液體的液位圖像，然后通過像機(jī)自帶的接口，將采集到的圖像傳送到計(jì)算機(jī)，進(jìn)行圖像處理；(4)對(duì)采集到的圖像進(jìn)行灰度變換，變換方程為：gray＝0.299*R+0.587*G+0.114*B(4)其中R，G，B為RGB圖像中每個(gè)通道灰度值，通過變換可以得到灰度圖像Ig，彩色三通道圖像變?yōu)榛叶韧ǖ缊D像，圖像灰度深度減小，圖像處理速度提高；(5)對(duì)得到的灰度圖像進(jìn)行中值濾波去除干擾，得到光滑處理后的圖像Im。(6)通過In＝round((127-Im)*factor+Ig)變換，可以對(duì)灰度圖像Ig進(jìn)行灰度增強(qiáng)，得到具有明顯液位的圖像In，其中，round()用于四舍五入運(yùn)算，比例系數(shù)factor受到均值濾波模板大小選取影響，其具體關(guān)系如下表所示，本實(shí)施例中均值濾波模板大小為150×150，factor值為0.8。均值濾波模板長(zhǎng)度均值濾波模板寬度factor40400.551001000.71501500.8如圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例的模板匹配的流程圖，包括以下步驟：(21)選擇標(biāo)準(zhǔn)液位圖像中包含瓶底的一塊矩形圖像區(qū)域，以此作為模板圖像，保存在內(nèi)存中；(22)對(duì)模板圖像進(jìn)行sobel濾波，得到模板圖像中所有像素點(diǎn)pi＝(xi,yi)的梯度Gi＝(Gxi,Gyi)，將模板圖像及其梯度作為匹配模板，其中xi,yi表示模板圖像中像素i的行坐標(biāo)和列坐標(biāo)；(23)對(duì)待測(cè)液位圖像進(jìn)行sobel濾波，得到待測(cè)液位圖像中所有像素點(diǎn)的梯度G(u,v)＝(Gx(u,v),Gy(u,v))，其中u表示待測(cè)液位圖像的行坐標(biāo)，v表示待測(cè)圖像的列坐標(biāo)；(24)用匹配模板在待測(cè)液位圖像上按像素從左到右后再從上到下遍歷，對(duì)待測(cè)液位圖像區(qū)域與模板圖像區(qū)域進(jìn)行相似度匹配，相似度計(jì)算如下：s(u,v)=(1/n)Σi=1n(Gxi.Gx(u+xi,v+yi))+(Gyi.Gy(u+xi,v+yi))Gxi2+Gyi2.Gx(u+xi,v+yi)2+Gy(u+xi,v+yi)2;]]>其中n為匹配模板中像素的個(gè)數(shù)；當(dāng)相似度大于相似度閾值時(shí)，匹配模板的中心坐標(biāo)的行坐標(biāo)即為待測(cè)液位圖像的參考高度值；本實(shí)施例中相似度閾值設(shè)置為0.9，即當(dāng)s(u,v)＞0.9時(shí)，匹配模板的中心坐標(biāo)的行坐標(biāo)即為待測(cè)液位圖像的參考高度位置。如圖4所示為本發(fā)明實(shí)施例的基于矩形的一維測(cè)量原理圖，圖5為本發(fā)明實(shí)施例的基于矩形的一維測(cè)量流程圖，包括以下步驟：(31)在待測(cè)液位灰度圖像中生成一個(gè)完全包含液位的矩形測(cè)量區(qū)域，在矩形測(cè)量區(qū)域中生成一條與液位垂直的剖面線；(32)計(jì)算矩形測(cè)量區(qū)域內(nèi)垂直于剖面線上單位像素間隔的灰度平均值，通過雙線性插值方式獲得剖面線在該點(diǎn)處的灰度值，形成一條投影線，對(duì)投影線進(jìn)行光滑處理；本實(shí)施例中使用光滑系數(shù)為2的高斯濾波對(duì)投影線進(jìn)行光滑處理，削除干擾；(33)對(duì)光滑處理后的投影線進(jìn)行求導(dǎo)或閾值判斷，確定灰度變化的局部極值所在位置，即為待測(cè)液位圖像的實(shí)際高度值；液位處為灰度值變化劇烈的部分，一階導(dǎo)數(shù)極大值處就是液位位置，計(jì)算機(jī)處理的圖像是數(shù)字化處理過的，因此對(duì)光滑處理后的剖面線進(jìn)行求導(dǎo)處理就需要用差分算法代替，利用一階差分算法獲得的局部極值求取液位位置，即透明瓶裝液位的實(shí)際高度位置。本實(shí)施例采用16幅標(biāo)準(zhǔn)液位圖像進(jìn)行模板匹配和一維測(cè)量操作來獲取平均參考高度值和平靜實(shí)際高度值通過式(1)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)高度值Hs。標(biāo)準(zhǔn)液位圖像的數(shù)量越多精度越高，但過多的標(biāo)準(zhǔn)液位圖像會(huì)影響檢測(cè)速度，采用16幅標(biāo)準(zhǔn)液位圖像確定的標(biāo)準(zhǔn)高度位置可靠性可滿足生產(chǎn)要求。待測(cè)液位灰度圖像通過一維測(cè)量獲取其實(shí)際高度值Ht，采用式(2)計(jì)算待測(cè)液體圖像與標(biāo)準(zhǔn)液位圖像的高度誤差Δ，如果Δ小于等于生產(chǎn)者制定的可容忍誤差，則判定待測(cè)液位圖像中的液位合格，否則判定液位不合格，將其從生產(chǎn)線上分撿到不合格品放置區(qū)域。當(dāng)前第1頁1 2 3