本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領域，特別涉及一種基于機器視覺的pe瓶充裝率的檢測方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的灌裝瓶質(zhì)量檢測是通過人工燈光檢驗，員工在流水線上利用肉眼查看。但是這種方式從效率到精度以及人工視覺疲勞各方面都達不到檢測標準，尤其在大批量生產(chǎn)檢測的情況下，往往導致遺漏和誤判的情況，導致部分不合格的瓶裝飲料流入市場，影響企業(yè)形象。

隨著計算機領域的水平提高，圖像處理技術(shù)的不斷成熟，機器視覺技術(shù)已經(jīng)被廣泛應用到流水線上的產(chǎn)品質(zhì)量檢測與分揀中。機器人搭配視覺系統(tǒng)使得系統(tǒng)柔性化程度更高，機器人代替?zhèn)鲃拥姆謷C構(gòu)，減少了機械設計的難度，便于維修，可以作為獨立單元，移植到任意的流水線或者其他工位。而視覺系統(tǒng)具有圖像處理功能，可以針對不同規(guī)格和不同要求的產(chǎn)品檢測和識別。但由于國內(nèi)機器視覺檢測設備研發(fā)較晚，主要依賴進口，而進口設備價格昂貴，后期維護費用高，且大多數(shù)設備不具有在線檢測并完成分揀的工藝要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服已有pe瓶充裝率檢測采用人工方式的精度較低、工作效率較低的不足，本發(fā)明提供一種精度較高、工作效率較高的基于機器視覺的pe瓶充裝率檢測方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于機器視覺的pe瓶充裝率的檢測方法，所述檢測方法包括如下步驟：

步驟1、采集pe瓶圖像，完成pe瓶圖像預處理；

步驟2、對預處理后的圖像進行閾值分割，提取液面輪廓特征；

步驟3、計算pe瓶二值圖的豎直積分投影圖；

步驟4、尋找pe瓶二值圖的液面最低點及其縱坐標；

步驟5、根據(jù)瓶口到該點的距離與瓶身高度的比值，計算pe瓶充裝率。

進一步，所述的步驟1中，采用中值濾波和拉普拉斯銳化對采集到的pe瓶圖像預處理。

再進一步，所述的步驟2中，選擇迭代最佳閾值法對預處理后的pe瓶圖像進行閾值分割，得到pe瓶的液面輪廓特征。

更進一步，所述的步驟3中，提取圖像的每個像素f(x,y)點的值，然后對y求得圖像的水平投影，得到pe瓶的豎直積分投影圖。豎直投影是將原圖像二值圖投影到水平xoy，x軸與圖像像素坐標系的橫坐標u一致，縱坐標y為任意一個u所在豎直直線上圖像的像素值之和。

所述的步驟4中，任意取n條y方向的水平線，該直線與豎直投影圖上的兩個交點的橫坐標可以定義為x^fi,x^di，以得到原二值圖像在豎直投影圖上的中心橫坐標xm為：

在得到瓶身中心線橫坐標xm.的位置后，需要尋找液面最低點，在二值圖上以橫坐標為xm，遍歷該坐標所在豎直直線，當像素值第一次由0變?yōu)?，時即可判斷該點為xm所在豎直方向的液面最低點，當像素值第二次由0變?yōu)?時，該點為瓶口的中心點。

所述的步驟5中，通過兩點分別作水平方向的直線，根據(jù)兩條直線的間距即可確定液面在像素坐標系下的距離，通過像素坐標系下的兩點坐標差可得到的兩直線在像素坐標系下的間距d1，瓶身在像素坐標系下的高度定為d2，瓶身的實際高度為d3，合格液面高度為dh，b％為測量液面高度與合格液面高度比；

b％＝[d3-(d1/d2)×d3-dn/dn]

設定液面高度檢測可允許的波動范圍為a％，通過判斷下式是否成立，如果成立則判斷pe瓶內(nèi)液面高度達標：

b％≤a％。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：(1)可檢測非直線液面線狀態(tài)下的pe瓶充裝率。(2)檢測準確率高，算法魯棒性強。

附圖說明

圖1是pe瓶充裝情況的局部圖像。

圖2是本發(fā)明基于機器視覺的pe瓶充裝率的檢測方法的流程圖。

圖3是pe瓶預處理圖像。

圖4是pe瓶二值化圖像。

圖5是pe瓶豎直積分投影圖。

圖6是pe瓶充裝率檢測效果圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。

參照圖1～圖6，一種基于機器視覺的pe瓶充裝率的檢測方法，用于準確檢測出如圖1所示的pe瓶內(nèi)灌裝液體的充裝率。

步驟1、采集pe瓶瓶身圖像，并對采集到的pe瓶圖像進行中值濾波處理，然后進行拉普拉斯銳化，完成pe瓶圖像的預處理，具體方法如下：

采用外部觸發(fā)相機拍照，由相機從側(cè)面采集pe瓶圖像，將圖像傳輸給處理器進行中值濾波和拉普拉斯銳化，完成pe瓶圖像的預處理如圖3(a)和3(b)所示。

步驟2、選擇迭代最佳閾值法對預處理后的pe瓶圖像進行閾值分割，得到pe瓶的二值圖，如圖4所示。

步驟3、提取圖像的每個像素f(x,y)點的值，然后對y求得圖像的水平投影，得到pe瓶的豎直積分投影圖。豎直投影圖可以清楚的表示出二值圖像在豎直方向的像素之和，由于瓶身為圓柱體，所以可以任取n條y方向的水平直線，該直線與豎直投影圖上的兩個交點的橫坐標可以定義為x^fi,x^di，如圖5所示，因此根據(jù)以下公式可以得到原二值圖像在豎直投影圖上的中心橫坐標xm為：

步驟4、在得到瓶身中心線橫坐標xm.的位置后，需要尋找液面最低點，在二值圖上以橫坐標為xm，遍歷該坐標所在豎直直線，當像素值第一次由0變?yōu)?，時即可判斷該點為xm所在豎直方向的液面最低點，當像素值第二次由0變?yōu)?時，該點為瓶口的中心點。

步驟5、如圖6所示，通過兩點分別作水平方向的直線，根據(jù)兩條直線的間距即可確定液面在像素坐標系下的距離。

步驟6、通過像素坐標系下的兩點坐標差可得到的兩直線在像素坐標系下的間距d1，瓶身在像素坐標系下的高度定為d2，瓶身的實際高度為d3，合格液面高度為dh，b％為測量液面高度與合格液面高度比；

b％＝[d3-(d1/d2)×d3-dn/dn]

設定液面高度檢測可允許的波動范圍為a％，波動范圍a％可根據(jù)生產(chǎn)要求適當取值；通過判斷下式是否成立，如果成立則判斷pe瓶內(nèi)液面高度達標：

b％≤a％。

按上述方法建立實驗平臺，取5個合格的pe灌裝瓶和20個液面各不同的不合格pe灌裝瓶進行測試，瓶身實際高度為170mm，合格液面高度為150mm。波動范圍定為2％，部分檢測結(jié)果如表1所示。

表1

通過上表數(shù)據(jù)可知，對瓶身整體高度檢測的像素基本保持在一個定值，對液面高度的檢測誤差精度小于1％，因此基于豎直投影的液面高度檢測適用于本系統(tǒng)對pe瓶奶灌裝牛奶的充裝率檢測。

綜上所述，本發(fā)明針對pe瓶液面特征，分析出基于機器視覺檢測的pe瓶充裝率檢測方法，檢測準確性高，算法魯棒性強。