本發(fā)明屬于機器視覺檢測技術領域，具體涉及一種基于單目機器視覺的產(chǎn)品質量檢測裝置及方法。

背景技術：

機器視覺檢測技術主要借助于機器視覺系統(tǒng)，用該系統(tǒng)實現(xiàn)人眼睛的檢測功能。該系統(tǒng)涉及的技術主要包括：光學技術、電子技術、圖像處理技術、機械自動化技術及計算機控制技術等。醫(yī)用鋁塑蓋是通過熱壓鉚合組合在一起的一種新型瓶蓋，廣泛應用于抗生素粉針劑、輸液制劑、凍干劑及口服液制劑的瓶口封裝。目前這種瓶蓋質量檢測方法為大多數(shù)為人工檢出，這種方法效率低、漏檢率高，檢測人員容易產(chǎn)生視覺疲勞，從而影響檢測效果，影響產(chǎn)品質量。因此迫切需要研制基于機器視覺技術檢測系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)速度快、精度高的自動化檢測。

目前已有基于機器視覺的檢測方法及裝置，一般采用三至四個工業(yè)攝像機對鋁塑蓋側面進行圖像采樣，然后進一步采用模板匹配算法等實現(xiàn)缺陷的檢測，存在系統(tǒng)復雜成本高的問題；另一方面，采用多個攝像頭采集數(shù)據(jù)，存在不同攝像頭采集數(shù)據(jù)差異，需要對多個攝像頭圖像進行模板訓練及匹配，模板訓練較為復雜，使用較為繁瑣；一般三至四個攝像頭均是以一定角度進行拍攝三至四副側面圖像，直接采用采集的圖像進行模板訓練和缺陷識別，不利于一些缺陷特征的提取和識別，從而造成漏檢和錯檢。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中所存在的不足，本發(fā)明公開了一種速度快、精度高，不易造成漏檢錯檢的基于單目機器視覺的產(chǎn)品質量檢測裝置。

基于單目機器視覺的產(chǎn)品質量檢測裝置，

包括內圓臺面反射鏡、設置在所述內圓臺面反射鏡內部空腔上部的光源、設置在所述內圓臺面反射鏡與所述光源上方的攝影裝置，所述光源與攝影裝置位于所述內圓臺面反射鏡的中軸線上；

所述內圓臺面反射鏡正下方設有用于將待檢測的產(chǎn)品沿一個方向傳輸?shù)膫鬏斞b置，所述光源用于射出光線照亮經(jīng)過所述內圓臺面反射鏡下方的所述產(chǎn)品，所述內圓臺面反射鏡用于將從所述產(chǎn)品反射回的光線反射至攝影裝置；

還包括位置檢測裝置和不良品剔除裝置，所述位置檢測裝置設置在所述傳輸裝置上的產(chǎn)品進入光源照射范圍之前的位置的一側，所述不良品剔除裝置設置在所述傳輸裝置上的產(chǎn)品離開光源照射范圍之后的位置的一側；

還包括工控裝置，所述攝影裝置、位置檢測裝置和不良品剔除裝置分別與所述工控裝置相連接。

作為進一步優(yōu)化，所述光源包括白光LED、勻化濾光片，所述白光LED呈環(huán)狀陣列分布且朝向下方設置，所述勻化濾光片設置在對應于白光LED的光線射出的位置。

作為進一步優(yōu)化，所述白光LED均朝光源內側下方旋轉，旋轉后所述白光LED的朝向與豎直方向呈60°夾角；所述內圓臺面反射鏡的截面內側壁與中軸線呈30°夾角。

作為進一步優(yōu)化，所述位置檢測裝置是反射式光電傳感器，所述反射式光電傳感器用于接收產(chǎn)品在通過時反射的光線，產(chǎn)生觸發(fā)攝影的信號并向工控裝置發(fā)送。

本發(fā)明還公開了一種基于單目機器視覺的產(chǎn)品質量檢測方法。

基于單目機器視覺的產(chǎn)品質量檢測方法，采用上述任一種基于單目機器視覺的產(chǎn)品質量檢測裝置，包括如下步驟：

步驟1：當在傳輸裝置上的產(chǎn)品經(jīng)過位置檢測裝置時，位置檢測裝置產(chǎn)生攝影觸發(fā)信號并向攝影裝置和工控裝置發(fā)送；

步驟2：攝影裝置接收到位置檢測裝置發(fā)來的信號并經(jīng)過預設時間T后開始進行圖像拍攝并將圖像緩存在攝影裝置內，之后攝影裝置向工控裝置發(fā)送圖像已緩存的信號，預設時間T為產(chǎn)品4從觸發(fā)位置檢測裝置6的位置移動到內圓臺面反射鏡1下方且整個處于光源2照射下的位置所需的時間；

步驟3：工控裝置在接收到位置檢測裝置發(fā)來的攝影觸發(fā)信號和攝影裝置發(fā)來的圖像已緩存的信號后，讀取攝影裝置緩存的圖像信息，并通過圖像坐標變換方法將拍攝的環(huán)形圖像轉換成側面展開的矩形圖像；

步驟4：工控裝置在展開的矩形圖像的基礎上進行模板訓練，并基于模板匹配的算法來判斷產(chǎn)品是否存在缺陷；若存在缺陷，則工控裝置向不良品剔除裝置發(fā)出剔除產(chǎn)品的信號，不良品剔除裝置讓存在缺陷的產(chǎn)品從傳輸裝置上脫離。

進一步地，所述步驟3中的圖像坐標變換方法具體如下：

建立兩個直角坐標系，其一為環(huán)形圖像的坐標系，其二為變換后的矩形圖像坐標系；

設P(x,y)為矩形圖像中的任意像素，P'(x',y')為相對應的環(huán)形區(qū)域中的像素，同時該點也可以用極坐標表示，并設P'(ρ,θ)，其中ρ為該點到環(huán)形區(qū)域中心點O(x_c,y_c)的距離，θ為ρ與x軸的夾角稱，通過極坐標到直角坐標的變化，則有：

設定環(huán)形圖像中P'(ρ,θ)與中心點O的極坐標ρ、θ，分別與展開的矩形圖像中的某一P(x,y)點的行或列相對應，即ρ、θ每增加Δρ、Δθ，且均為像素單位，相對應的矩形區(qū)域中x、y分別增加Δx、Δy，且均為像素單位，則有：

設A'(ρ,θ)環(huán)形圖像展開的起始點與矩形圖像的起始點A(x₀,y₀)相對應，則有：

根據(jù)(3)可得到：

將(4)代入(1)，則有：

采用(5)即可實現(xiàn)環(huán)形圖像到矩形圖像的坐標變換。

進一步地，所述預設時間T由以下方法確定：

設所述產(chǎn)品觸發(fā)位置檢測裝置的位置離傳輸裝置起點的距離為S₁，所述產(chǎn)品的圖像采樣位置離傳輸裝置起點的距離為S₂，所述傳輸裝置的傳輸速度為V，則：

相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、通過采用一個內圓臺面反射鏡，可以實現(xiàn)用一個攝影裝置采集整個產(chǎn)品的外側表面的圖像，從而避免了多個攝影裝置采集不同的圖像導致的模板訓練復雜、使用繁瑣等問題；

2、通過將采集的環(huán)形圖像轉換為矩形圖像，使工控裝置能更好地對圖像進行處理，使得對缺陷特征的提取和識別也更加簡單準確，不易造成漏檢和錯檢；

3、采用單個攝像裝置，有效地降低了設備的成本，降低了系統(tǒng)的復雜度，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中裝置的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明中光源的剖視圖；

圖3為本發(fā)明中環(huán)形圖像到矩形圖像坐標變換示意圖；

其中，1-內圓臺面反射鏡，2-光源，21-白光LED，22-勻化濾光片，23-電氣線纜，24-散熱支架，3-攝影裝置，4-產(chǎn)品，41-不良品，5-傳輸裝置，6-位置檢測裝置，7-不良品剔除裝置，8-工控裝置。

具體實施方式

為了使發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。

實施例1：

基于單目機器視覺的產(chǎn)品質量檢測裝置，如圖1所示，包括內圓臺面反射鏡1、設置在所述內圓臺面反射鏡1內部空腔上部的光源2、設置在所述內圓臺面反射鏡1與所述光源2上方的攝影裝置3，所述光源2與攝影裝置3位于所述內圓臺面反射鏡1的中軸線上。

所述內圓臺面反射鏡1正下方設有用于將待檢測的產(chǎn)品4沿一個方向傳輸?shù)膫鬏斞b置5，所述光源2用于射出光線照亮經(jīng)過所述內圓臺面反射鏡1下方的所述產(chǎn)品4，所述內圓臺面反射鏡1用于將從所述產(chǎn)品4反射回的光線反射至攝影裝置3。

還包括位置檢測裝置6和不良品剔除裝置7，所述位置檢測裝置6設置在所述傳輸裝置5上產(chǎn)品4進入光源2照射范圍之前的位置的一側，所述不良品剔除裝置7設置在所述傳輸裝置5上產(chǎn)品4離開光源2照射范圍之后的位置的一側。

還包括工控裝置8，所述攝影裝置3、位置檢測裝置6和不良品剔除裝置7分別與所述工控裝置相連接。

本實施例中的攝影裝置通常是相機，可以是工業(yè)相機，例如采用千兆以太網(wǎng)工業(yè)相機，帶外觸發(fā)和硬件緩存，分辨率設定為2048*1536，幀頻為40HZ，能實現(xiàn)2000個/分鐘的高分辨率的圖像采集。

本實施實例中的工控裝置，可以是工控計算機，內部基于PCIE總線擴展千兆以太網(wǎng)端口實現(xiàn)與千兆網(wǎng)工業(yè)相機高速通信；擴展一個具有8路輸入和輸出的基于PCIE總線的I/O開，每個輸入I/O可以配置成邊沿觸發(fā)中斷的模式，可以使系統(tǒng)產(chǎn)生中斷。工控計算機上可以運行Linux操作系統(tǒng)，進一步提高中斷響應的實時性和鋁塑蓋在視場角內定位的準確性，以及編寫運行于Linux系統(tǒng)的圖像處理算法，從而實現(xiàn)高速實施的響應和處理。

本實施例中的傳輸裝置可以是傳輸帶或者傳輸滾筒等裝置。

本發(fā)明通過設置一個內圓臺面的反射鏡，可以實現(xiàn)用一個攝影裝置采集整個產(chǎn)品的外側表面的圖像，從而避免了多個攝影裝置采集不同的圖像導致的模板訓練復雜、使用繁瑣等問題，對缺陷特征的提取和識別也更加簡單，不易造成漏檢和錯檢；由于攝影裝置通常采用工業(yè)相機，若采用傳統(tǒng)的多目機器視覺技術則成本明顯偏高，本方法采用單目技術還明顯降低了成本，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

實施例2：

在實施例1的基礎上，如圖2所示，所述光源2包括白光LED21、勻化濾光片22，所述白光LED21呈環(huán)狀陣列分布且朝向下方設置，所述勻化濾光片22設置在對應于白光LED的光線射出的位置。

還包括電氣線纜23和散熱支架24，所訴電氣線纜23接入電源，所述光源2通過散熱支架24設置在攝像裝置3與內圓臺面反射鏡1之間。

光源采用環(huán)狀陣列分布且加設勻化濾光片，能夠使光源射出的光線更加柔和，分布更加均勻，能更好地對整個產(chǎn)品外表面進行照明。

實施例3：

在實施例2的基礎上，所述白光LED21均朝光源2內側下方旋轉，旋轉后所述白光LED21的朝向與豎直方向呈60°夾角；所述內圓臺面反射鏡1的截面內側壁與中軸線呈30°夾角。若初始白光LED環(huán)狀陣列的朝向是豎直向下，那么所有白光LED相當于都向內側旋轉了60°。光源采用環(huán)狀結構并向內傾斜一定的角度，可以使光源對產(chǎn)品側面的照明更加充分，將產(chǎn)品側面的漫反射光反射進攝影裝置以方便其成像。

實施例4：

在實施例1的基礎上，所述位置檢測裝置6是反射式光電傳感器，所述反射式光電傳感器用于接收產(chǎn)品4在通過時反射的光線，產(chǎn)生觸發(fā)攝影的信號并向工控裝置8發(fā)送。

實施例5：

基于單目機器視覺的產(chǎn)品質量檢測方法，采用如實施例1～4中任一所述的基于單目機器視覺的產(chǎn)品質量檢測裝置，包括如下步驟：

步驟1：當在傳輸裝置5上的產(chǎn)品經(jīng)過位置檢測裝置6時，位置檢測裝置6產(chǎn)生攝影觸發(fā)信號并向攝影裝置3和工控裝置8發(fā)送；

步驟2：攝影裝置3接收到位置檢測裝置6發(fā)來的信號并經(jīng)過預設時間T后開始進行圖像采樣并將圖像緩存在攝影裝置3內，之后攝影裝置3向工控裝置8發(fā)送圖像已緩存的信號，預設時間T為產(chǎn)品4從觸發(fā)位置檢測裝置6的位置移動到內圓臺面反射鏡1下方且整個處于光源2照射下的位置所需的時間；

步驟3：工控裝置8在接收到位置檢測裝置6發(fā)來的攝影觸發(fā)信號和攝影裝置3發(fā)來的圖像已緩存的信號后，讀取攝影裝置3緩存的圖像信息，并通過圖像坐標變換方法將拍攝的環(huán)形圖像轉換成側面展開的矩形圖像；

步驟4：工控裝置8在展開的矩形圖像的基礎上進行模板訓練，并基于模板匹配的算法來判斷產(chǎn)品是否存在缺陷；若存在缺陷，則工控裝置8向不良品剔除裝置7發(fā)出剔除產(chǎn)品的信號，不良品剔除裝置7讓存在缺陷的不良品41從傳輸裝置5上脫離；若不存在缺陷，則不良品剔除裝置7不運作。

所述不良品剔除裝置7可以采用機械接觸的方式通過推拉提等動作使不良品41脫離傳輸裝置，也可以采用非機械接觸的方式比如通過噴射氣流將不良品41吹離傳輸裝置。

本方法在執(zhí)行之前，先將所述產(chǎn)品質量檢測裝置接通電源并啟動，工控裝置向光源發(fā)送照明控制信號使光源開始照明，位置檢測裝置、攝影裝置和不良品剔除裝置處于待命狀態(tài)。本方法在每當有產(chǎn)品經(jīng)過位置檢測裝置的時候觸發(fā)，每個產(chǎn)品都要經(jīng)過本方法的整個流程。當不再有產(chǎn)品經(jīng)過位置檢測裝置(即產(chǎn)品已全部檢測完成)后，斷開所述產(chǎn)品質量檢測裝置的電源，結束本方法。

為了確定所述步驟2中的預設時間T，設所述產(chǎn)品4觸發(fā)位置檢測裝置6的位置離傳輸裝置起點的距離為S₁，所述產(chǎn)品4的圖像采樣位置離傳輸裝置5起點的距離為S₂，所述傳輸裝置5的傳輸速度為V，則預設時間T可以表述為：

由于信號傳輸和處理所消耗的時間相對于產(chǎn)品在傳輸過程中經(jīng)過的時間來說實在太小，因此可以忽略不計。

所述步驟3中的圖像坐標變換方法具體如下：

建立如圖3所示的兩個直角坐標系，其中(a)為環(huán)形圖像的坐標系，(b)為變換后的矩形圖像坐標系；

設P(x,y)為矩形圖像中的任意像素，P'(x',y')為相對應的環(huán)形區(qū)域中的像素，同時該點也可以用極坐標表示，并設P'(ρ,θ)，其中ρ為該點到環(huán)形區(qū)域中心點O(x_c,y_c)的距離，θ為ρ與x軸的夾角稱，通過極坐標到直角坐標的變化，則有：

設定環(huán)形圖像中P'(ρ,θ)與中心點O的極坐標ρ、θ，分別與展開的矩形圖像中的某一P(x,y)點的行或列相對應，即ρ、θ每增加Δρ、Δθ，且均為像素單位，相對應的矩形區(qū)域中x、y分別增加Δx、Δy，且均為像素單位，則有：

設A'(ρ,θ)環(huán)形圖像展開的起始點與矩形圖像的起始點A(x₀,y₀)相對應，則有：

根據(jù)(3)可得到：

將(4)代入(1)，則有：

采用(5)即可實現(xiàn)環(huán)形圖像到矩形圖像的坐標變換。

本發(fā)明提出了上述將環(huán)形圖像轉換為矩形圖像的坐標變換方法，有利于工控裝置對圖像進行處理，使得模板訓練更加簡單，對缺陷的識別也更為準確。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅限于上述實施方式，凡是屬于本發(fā)明原理的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。對于本領域的技術人員而言，在不脫離本發(fā)明的原理的前提下進行的若干改進，這些改進也應視為本發(fā)明的保護范圍。