一種基于圖像處理的瓶裝液體雜質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雜質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于圖像處理的瓶裝液體雜質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，對(duì)于瓶裝液體是否含有雜質(zhì)事關(guān)食品與醫(yī)藥安全。當(dāng)今國家高度重視食品安全問題，所以嚴(yán)格把控食品生產(chǎn)過程中的衛(wèi)生，保證民用飲食的安全至關(guān)重要。然而，現(xiàn)如今國內(nèi)大部分企業(yè)和產(chǎn)品生產(chǎn)車間采用傳統(tǒng)的肉眼識(shí)別，這種識(shí)別方法速度慢，可靠性差，并且檢測(cè)人員容易疲勞。所以，對(duì)于機(jī)器視覺的開發(fā)與應(yīng)用，有很大的開發(fā)潛力。這種系統(tǒng)可以高效，廉價(jià)的自動(dòng)完成相關(guān)功能，來取代用人成本。此類系統(tǒng)的研發(fā)也是市場(chǎng)中很多企業(yè)期望實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。
[0003]在透明液體雜質(zhì)自動(dòng)檢測(cè)中，有待解決的問題是如何有效提高檢測(cè)速度以及保證在高檢測(cè)速度的前提下如何提高檢測(cè)準(zhǔn)確率。實(shí)現(xiàn)過程中會(huì)有以下幾個(gè)問題:(I)圖像的快速獲取和處理；(2)圖像與背景的分離。對(duì)于微小異物的檢測(cè)，圖像噪聲干擾的去除是必須考慮的問題，為了能夠突顯目標(biāo)物，需要根據(jù)雜質(zhì)目標(biāo)物和背景噪聲特點(diǎn)有針對(duì)性的選擇相應(yīng)的目標(biāo)與背景分割算法，為后續(xù)檢測(cè)奠定基礎(chǔ)；(3)雜質(zhì)的快速有效識(shí)別。微小異物目標(biāo)檢測(cè)需要采用高分辨率的視覺系統(tǒng)，無疑增大了處理的數(shù)據(jù)量，因此必須找到一種合適的算法實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)快速識(shí)別。
[0004]電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)2008年04期刊登的題目為《基于最小二乘支持向量機(jī)的輸液異物檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)》的文章介紹了一種從大輸液復(fù)雜視覺圖像中識(shí)別微小異物的圖像處理算法和硬件系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)大輸液的在線自動(dòng)檢測(cè)。它是通過LS-SVM兩類分類器來區(qū)分真實(shí)異物和殘留噪聲，并利用高性能工控機(jī)PLC組成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。本發(fā)明綜合使用了種子填充算法、模糊濾波、二值化處理、膨脹腐蝕輪廓查找等多種算法并結(jié)合FPGA實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)檢測(cè)功能，無論從算法還是硬件設(shè)備該文章所訴內(nèi)容與本發(fā)明都存在本質(zhì)的不同。
[0005]儀表技術(shù)與傳感器2009年10期刊登的題目為《異形瓶裝溶液內(nèi)雜質(zhì)的機(jī)器視覺在線檢測(cè)系統(tǒng)》的文章選用智能相機(jī)的Blob等視覺軟件分析工具進(jìn)行圖像分析與理解，實(shí)現(xiàn)了圖像的分割、特征提取、圖像分類和圖像定位配準(zhǔn)等過程與功能。在工控機(jī)平臺(tái)上采用VB開發(fā)軟件算法與界面，得出處理結(jié)果并與PLC通信實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)結(jié)果和標(biāo)記雜質(zhì)數(shù)量和位置的功能。本發(fā)明主要利用上位機(jī)軟件與硬件平臺(tái)FPGA實(shí)時(shí)通信完成瓶裝液體雜質(zhì)的流水檢測(cè)，該文章所訴內(nèi)容與本發(fā)明有本質(zhì)的不同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種檢測(cè)速度快、操作簡(jiǎn)便的基于圖像處理的瓶裝液體雜質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明的目的還包括提供一種檢測(cè)精度高的基于圖像處理的瓶裝液體雜質(zhì)檢測(cè)方法。
[0007]一種基于圖像處理的瓶裝液體雜質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)，包括拍照暗箱、傳送帶、步進(jìn)電機(jī)、定滑輪、顯示模塊、報(bào)警模塊、通信模塊、采集模塊和上位機(jī)；
[0008]傳送帶兩端分別和步進(jìn)電機(jī)與定滑輪相連，傳送帶穿過拍照暗箱，拍照暗箱的傳送帶進(jìn)口位置的外側(cè)安裝有第一遮光板，拍照暗箱的傳送帶出口位置的外側(cè)安裝有第二遮光板，拍照暗箱的頂部分別安裝有第一機(jī)械夾持裝置和第二機(jī)械夾持裝置，拍照暗箱的前端內(nèi)側(cè)安裝有工業(yè)相機(jī)，并且工業(yè)相機(jī)位于拍照暗箱的中心線位置，工業(yè)相機(jī)前端安裝有圖像分割板，圖像分割板中央開有瓶形空洞，圖像分割板前端安裝有紅外接收管組，紅外接收管組包括第一紅外接收管、第二紅外接收管和第三紅外接收管，第二紅外接收管位于拍照暗箱的中心線右側(cè)，第一紅外接收管和第三紅外接收管分別位于第二中外接收管的兩偵牝拍照暗箱的后端內(nèi)側(cè)安裝有三個(gè)日光燈，三個(gè)日光燈前端安裝有濾光板，濾光板前端安裝有紅外發(fā)送管組，紅外發(fā)送管組包括第一紅外發(fā)送管、第二紅外發(fā)送管和第三紅外發(fā)送管，第一紅外發(fā)送管和第一紅外接收管對(duì)稱安裝在傳送帶兩側(cè)，第二紅外發(fā)送管和第二紅外接收管對(duì)稱安裝在傳送帶兩側(cè)，第三紅外發(fā)送管和第三紅外接收管對(duì)稱安裝在傳送帶兩側(cè)；
[0009]紅外接收管組、第一機(jī)械夾持裝置、第二機(jī)械夾持裝置、步進(jìn)電機(jī)、顯示模塊、通信模塊、報(bào)警模塊分別與采集模塊相連，上位機(jī)與通信模塊相連，上位機(jī)接收工業(yè)相機(jī)采集到的圖像。
[0010]一種基于圖像處理的瓶裝液體雜質(zhì)檢測(cè)方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0011]步驟一:將待測(cè)瓶裝液體放到傳送帶上，第一機(jī)械夾持裝置將待測(cè)瓶體夾起進(jìn)行翻轉(zhuǎn)操作后放下；
[0012]步驟二:當(dāng)待測(cè)瓶裝液體進(jìn)入拍照暗箱內(nèi)部，待測(cè)瓶體觸發(fā)工業(yè)相機(jī)自動(dòng)拍照，采集待測(cè)檢品圖像并儲(chǔ)存；
[0013]步驟三:利用種子填充算法將待測(cè)檢品圖像從背景中分割出來；
[0014]步驟四:利用模糊操作對(duì)分割出來的圖像進(jìn)行濾波處理；
[0015]步驟五:通過二值化處理提高圖像對(duì)比度；
[0016]步驟六:腐蝕操作和膨脹操作使圖像區(qū)域全部鏈接，去除細(xì)小噪聲；
[0017]步驟七:輪廓提取并對(duì)雜質(zhì)輪廓進(jìn)行繪制；
[0018]步驟八:統(tǒng)計(jì)雜質(zhì)數(shù)量并顯示結(jié)果。
[0019]有益效果:
[0020]1、硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)
[0021]I)帶瓶形空洞圖像分割板的設(shè)計(jì)從硬件上把瓶子圖像從背景中分割出來，有效地為降低了后期圖像處理算法的復(fù)雜度；
[0022]2)紅外對(duì)管安裝于暗箱中線的偏右側(cè)約Icm處，這樣當(dāng)對(duì)管中心線與瓶蓋相切時(shí)觸發(fā)相機(jī)拍照，瓶子通過這一過程中不再次拍照，從而便可以得到瓶身處于圖像分割板瓶形空洞視野中的完整圖像；
[0023]3)兩個(gè)機(jī)械夾持裝置的應(yīng)用，一個(gè)負(fù)責(zé)通過擺動(dòng)瓶身使瓶底和瓶口雜質(zhì)均懸浮與瓶子中央，這與傳統(tǒng)的利用瓶底圓盤裝置帶動(dòng)瓶子急速旋轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)相比，本設(shè)計(jì)更易實(shí)現(xiàn)，便于操作；另一個(gè)負(fù)責(zé)將不合格產(chǎn)品搬運(yùn)至分離軌道。
[0024]2、圖像處理算法
[0025]通過對(duì)種子填充算法、模糊處理、二值化處理、腐蝕操作、膨脹操作和輪廓提取這幾個(gè)成熟的傳統(tǒng)圖像處理算法的綜合、處理和調(diào)試，設(shè)計(jì)出了一套適合本系統(tǒng)的雜質(zhì)處理算法，該算法識(shí)別雜質(zhì)準(zhǔn)確，最后利用上位機(jī)軟件實(shí)時(shí)顯示產(chǎn)品雜質(zhì)數(shù)量、輪廓、位置及合格率并保存數(shù)據(jù)，方便人員查看。本發(fā)明有效降低生產(chǎn)成本，提高雜質(zhì)識(shí)別率和識(shí)別速度，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和供應(yīng)速度，避免含雜質(zhì)的產(chǎn)品流入市場(chǎng)。
[0026]本發(fā)明能最大限度地提高圖像序列的獲取和處理速度，采用雜質(zhì)識(shí)別算法在對(duì)可見物目標(biāo)進(jìn)行良好分割、濾波及識(shí)別的前提下，能有效提高識(shí)別速度，從而達(dá)到完全取代人工檢測(cè)、提尚檢測(cè)質(zhì)量和速度、節(jié)約生廣成本、提尚廣品質(zhì)量及生廣效益的目的。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明的拍照暗箱側(cè)視圖；
[0029]圖3是本發(fā)明的機(jī)械夾持裝置示意圖；
[0030]圖4是本發(fā)明自主研發(fā)的上位機(jī)軟件操作界面圖；
[0031]圖5是本發(fā)明圖像處理算法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0033]本發(fā)明利用上位機(jī)軟件可以實(shí)時(shí)顯示攝像頭采集信息與處理信息，并且可以保存統(tǒng)計(jì)文檔，對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品整體合格率進(jìn)行計(jì)算；隨后設(shè)計(jì)了圖像處理算法和系統(tǒng)的整體流程；還設(shè)計(jì)出了一套適合流水線的硬件平臺(tái)，其中包括硬件整體的選材與結(jié)構(gòu)和光源的合理設(shè)計(jì)，為后期圖像處理識(shí)別提供了清晰適合的圖像；再者利用FPGA采集紅外對(duì)管信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)瓶子的檢測(cè)和自動(dòng)抓拍功能，軟件通過RS232串口與FPGA進(jìn)行信息交互，將處理結(jié)果通過串口傳送給FPGA完成報(bào)警和顯示功能；最后為了更加適合工業(yè)生產(chǎn)，我們加入了三組電機(jī)，一組用于帶動(dòng)水平傳送帶完成自動(dòng)傳輸，一組用于控制機(jī)械夾持裝置夾緊待測(cè)瓶子翻轉(zhuǎn)動(dòng)作后放下帶起瓶底雜質(zhì)，最后一組用于將不合格品放入分離軌道。
[0034]本發(fā)明還包括以下特征:
[0035]所述的機(jī)械夾持裝置18、20由三部分組成，分別為伺服電機(jī)27、可伸縮機(jī)械臂28和可夾持機(jī)械手29組成。機(jī)械夾持裝置18將剛傳送過來的雜質(zhì)瓶17夾起翻轉(zhuǎn)操作后放下，使雜質(zhì)懸浮于瓶?jī)?nèi)。若經(jīng)測(cè)試后瓶裝液體不符合規(guī)定，則由機(jī)械夾持裝置20進(jìn)行伸縮并由伺服電機(jī)控制擺動(dòng)放入分離軌道7。
[0036]本發(fā)明提供了一種基于圖像處理的瓶裝液體雜質(zhì)自動(dòng)檢測(cè)的控制系統(tǒng)。由機(jī)械部分和機(jī)器視覺部分組成，機(jī)械部分包括步進(jìn)電機(jī)、傳送帶、定滑輪和機(jī)械夾持裝置；機(jī)器視覺部分包括拍照暗箱及相關(guān)內(nèi)部構(gòu)造、FPGA板、通信串口、顯示模塊、報(bào)警模塊和上位機(jī)軟件。該系統(tǒng)的檢測(cè)方法如下:采集圖像；通過種子填充算法使圖像從背景中分割出來；模糊處理濾除椒鹽噪聲及干擾像素；二值化處理提高對(duì)比度；通過腐蝕與膨脹操作使圖像全部連接去除細(xì)小噪聲，使雜質(zhì)變得清晰可見；最后進(jìn)行輪廓跟蹤和提取獲得雜質(zhì)數(shù)量、形狀和位置。本發(fā)明提高了圖像獲取和處理速度，從而代替人工檢測(cè)，達(dá)到提高檢測(cè)速度、質(zhì)量及生產(chǎn)效益的目的。
[0037]一種基于圖像處理的瓶裝液體雜質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)包括傳送帶4兩端分別裝有步進(jìn)電機(jī)16和定滑輪6，中間位置放置拍照暗箱1，其兩側(cè)傳送帶4的進(jìn)出口位置分別設(shè)有一遮光板25、26，暗箱I頂部靠近進(jìn)出口處分別裝有機(jī)械夾持裝置18、20，其與采集模塊相連并控制其動(dòng)作。工業(yè)相機(jī)10放置在暗箱中心線位置，前端設(shè)有圖像分割板8，板中央刻有尺寸恰當(dāng)?shù)钠啃慰斩?，其中心線偏右側(cè)大約Icm處設(shè)有紅外接