cn4瓶蓋影像檢測(cè)系統(tǒng)和方法

1、(19)中民*CN102135416A*(12)發(fā)明專利申請(qǐng)(10)申請(qǐng)公布號(hào) CN 102135416(43)申請(qǐng)公布日 2011.07.27A(21)申請(qǐng)?zhí)?01010616734.4G06T 5/00 (2006.01)(22)申請(qǐng)日2010.12.30(71)申請(qǐng)人地址 300457普達(dá)軟件技術(shù)市塘沽區(qū)技術(shù)開發(fā)區(qū)天大科技園軟件S201(72)發(fā)明人任海燕丁學(xué)文南兆龍(74)專利機(jī)構(gòu)市北洋理事務(wù)所 12201專利代人程毓英(51)Int.Cl.G01B G01B G01NG06T11/16 (2006.01)11/10 (2006.01)21/892 (2006.01)7/00 (200

2、6.01)權(quán)利要求書 1 頁(yè)說明書 4 頁(yè)附圖 3 頁(yè)(54) 發(fā)明名稱瓶蓋(57) 摘要影像檢測(cè)系統(tǒng)和方法本發(fā)明屬于涉及一種瓶蓋視覺和圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，影像檢測(cè)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、圖像卡、計(jì)算機(jī)，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(cè)攝像頭正下方是否存在瓶蓋，由光學(xué)傳感器的檢測(cè)信號(hào)觸發(fā)攝像頭所位于其正下方的傳送帶上的瓶蓋的圖像，的瓶蓋圖像經(jīng)過圖像卡被送入計(jì)算機(jī)內(nèi)，本發(fā)明同時(shí)提供一種采用上述檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)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(duì)比度、質(zhì)量等圖像變化的影響，可以

3、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)瓶蓋質(zhì)量的高速測(cè)。檢CN 102135416 A權(quán)利要求書CN 102135416 A1/1 頁(yè)1. 一種瓶蓋影像檢測(cè)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、圖像卡、計(jì)算機(jī)，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(cè)攝像頭正下方是否存在瓶蓋，由光學(xué)傳感器的檢測(cè)信號(hào)觸發(fā)攝像頭位于其正下方的傳送帶上的瓶蓋的圖像，所的瓶蓋圖像經(jīng)過圖像卡被送入計(jì)算機(jī)內(nèi)。2. 根據(jù)權(quán)利要求 1 所述的瓶蓋傳感器。影像檢測(cè)系統(tǒng)，所述的光學(xué)傳感器為紅外感應(yīng)光電3. 一種利用權(quán)利要求 1 所述的瓶蓋包括下列步驟 ：影像檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)方法，其

4、特征在于，(1) 對(duì)所的瓶蓋圖像經(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(jìn)過預(yù)處理的瓶蓋圖像 ；(2) 通過拖放三個(gè)同心圓的區(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(jì)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(jì)瓶蓋半徑，計(jì)算瓶蓋的圓形度，并將其與預(yù)設(shè)的圓形度閾值進(jìn)行比較，如果低于圓形度閾值，則瓶蓋被檢測(cè) ；為變形，同時(shí)產(chǎn)生剔除信號(hào)，結(jié)束對(duì)該瓶蓋的影響(4) 計(jì)算對(duì)邊沿圓環(huán)進(jìn)行拉直投影變換時(shí)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(zhǔn)，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

5、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(diǎn)的像素值采線性插值算法得到，從而獲得拉直圓環(huán)圖像 ；(6) 對(duì)拉直圓環(huán)圖像進(jìn)行二值化處理，并進(jìn)行形態(tài)學(xué)濾波，消除孤立點(diǎn)，得到預(yù)處理后的拉直圓環(huán)圖像 ；(7) 通過統(tǒng)計(jì)得到邊沿圓環(huán)最大和最小寬度值并計(jì)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(rèn)為瓶蓋存在毛刺、毛邊或缺口缺陷，同時(shí)產(chǎn)生剔除信號(hào)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3 所述的瓶蓋影像檢測(cè)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(jì)算灰度閾值。2說明書CN 1

6、02135416 A1/4 頁(yè)瓶蓋影像檢測(cè)系統(tǒng)和方法技術(shù)領(lǐng)域0001本發(fā)明屬于統(tǒng)。視覺和圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種瓶蓋影像檢測(cè)方法和系背景技術(shù)0002現(xiàn)在國(guó)內(nèi)許多制造商越來越認(rèn)識(shí)到質(zhì)量和生產(chǎn)率永遠(yuǎn)是最的因素這一點(diǎn)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)視覺技術(shù)越來越多的用以生產(chǎn)過程和檢測(cè)質(zhì)量，從而保證的性能和外觀質(zhì)量。目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)生產(chǎn)線的檢測(cè)都是靠人力完成，不僅會(huì)增加公司的人力投入，也造成了效率低下，因此，用視覺技術(shù)來完成的缺陷檢測(cè)以及分類、分級(jí)有著巨大的市場(chǎng)需求，同時(shí)也是目前整個(gè)視覺行業(yè)比較熱衷的領(lǐng)域。目前蓋、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(duì)瓶蓋可能存在的缺陷實(shí)現(xiàn)高效率的檢測(cè)和剔除，以適應(yīng)快速生產(chǎn)線

7、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)瓶蓋檢測(cè)，避免包裝工藝產(chǎn)生質(zhì)量問題0003的瓶蓋0004檢測(cè)設(shè)備。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的方案如下 ：一種瓶蓋影像檢測(cè)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、圖像卡、計(jì)算機(jī)，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(cè)攝像頭正下方是否存在瓶蓋，由光學(xué)傳感器的檢測(cè)信號(hào)觸發(fā)攝像頭位于其正下方的傳送帶上的瓶蓋的圖像，所的瓶蓋圖像經(jīng)過圖像卡被送入計(jì)算機(jī)內(nèi)。0005優(yōu)選地，所述的光學(xué)傳感器為紅外感應(yīng)光電傳感器。0006本發(fā)明同時(shí)提供一種采用上述的瓶蓋列步驟 ：影像檢測(cè)系

8、統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)方法，包括下0007(1) 對(duì)所的瓶蓋圖像經(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(jìn)過預(yù)處理的瓶蓋圖像 ；0008(2) 通過拖放三個(gè)同心圓的區(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(jì)瓶蓋半徑，內(nèi)外圓分別用于界定瓶蓋的內(nèi)沿和外沿 ；0009(3) 利用中圓估計(jì)瓶蓋半徑，計(jì)算瓶蓋的圓形度，并將其與預(yù)設(shè)的圓形度閾值進(jìn)行比較，如果低于圓形度閾值，則瓶蓋被響檢測(cè) ；為變形，同時(shí)產(chǎn)生剔除信號(hào)，結(jié)束對(duì)該瓶蓋的影0010(4) 計(jì)算對(duì)邊沿圓環(huán)進(jìn)行拉直投影變換時(shí)所需要的位置參數(shù)，并存入相應(yīng)數(shù)組 ；0011(5) 以區(qū)域選擇模板中的外圓作為基準(zhǔn)，即以外圓作為投影

9、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(diǎn)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 ；3說明書CN 102135416 A2/4 頁(yè)0012 (6) 對(duì)拉直圓環(huán)圖像進(jìn)行二值化處理，并進(jìn)行形態(tài)學(xué)濾波，消除孤立點(diǎn)，得到預(yù)處理后的拉直圓環(huán)圖像 ；0013 (7) 通過統(tǒng)計(jì)得到邊沿圓環(huán)最大和最小寬度值并計(jì)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(rèn)為瓶蓋存在毛刺、毛邊或缺口缺陷，同時(shí)產(chǎn)生剔除信號(hào)。0014在步驟 (2) 和步驟 (6) 的二值化

10、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(jì)算灰度閾值。0015本發(fā)明提供的瓶蓋檢測(cè)方法和系統(tǒng)，綜合應(yīng)用了圖像處理和視覺領(lǐng)域的技術(shù)，有效提取瓶蓋的特息，算法具有很強(qiáng)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(duì)比度、質(zhì)量等圖像變化的影響，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)瓶蓋質(zhì)量的高速檢測(cè)。附圖說明0016圖 1 ：本發(fā)明硬件系統(tǒng)外觀組成示意圖 ；0017圖 2 ：本發(fā)明軟件流程圖 ；0018圖 3 ：本發(fā)明缺陷檢測(cè)子程序流程圖 ；0019圖 4 ：本發(fā)明的圓環(huán)拉直示意圖。0020圖 1 中 ：1 傳送帶，2 瓶蓋，3 光學(xué)傳感器，4 傳感器信號(hào)線，5 攝像頭，6 光源，7 傳輸線，8 圖像

11、卡，9 計(jì)算機(jī)。具體實(shí)施方式0021參見圖 1，本發(fā)明的瓶蓋高速檢測(cè)系統(tǒng)由傳送設(shè)備、攝像頭光源、傳輸線、圖像卡、計(jì)算機(jī)組成。傳送設(shè)備包括傳送帶和光學(xué)傳感器。攝像機(jī)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(hào)觸發(fā)實(shí)時(shí)蓋口朝上的瓶圖像中呈現(xiàn)為一定蓋圖像。光源成一定角度對(duì)瓶蓋傾斜照射，從而使瓶蓋邊沿在寬度的圓環(huán)，以便檢測(cè)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(jī)下方的傳輸線旁。圖像與微機(jī)的已有卡可以是基于微型計(jì)算機(jī) PCI 總線結(jié)構(gòu)具有圖像前端處理的外插卡，形成一個(gè)比較完整的實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)。由于圖像信息量大、處理時(shí)間長(zhǎng)，所述計(jì)算機(jī)需要具有較高的主頻和較強(qiáng)的

12、運(yùn)算能力。攝像機(jī)實(shí)時(shí)圖像，大小為800600，通過傳輸線及圖像卡送到計(jì)算機(jī)為 BMP 格式和并進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。0022本發(fā)明由硬件部分和軟件部分組成 ；硬件部分采用計(jì)算機(jī)作為處理和軟件部分由圖像預(yù)處理、邊沿提取、變形檢測(cè)、缺陷檢測(cè)等多個(gè)子程序組成。中心 ；0023參見圖 2 該軟件部分包括 ：1) 圖像預(yù)處理子程序、2) 邊沿提取子程序、3) 變形檢測(cè)子程序、4) 缺陷檢測(cè)子程序。00241) 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。0025圖像灰度化，攝像頭實(shí)時(shí)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(duì)圖

13、像數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使彩色圖像變?yōu)?256 級(jí)灰度圖。0026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(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理。0027灰度拉伸，為了增強(qiáng)背景區(qū)域和字符區(qū)域的對(duì)比度，對(duì)圖像進(jìn)行灰度拉伸。4說明書CN 102135416 A3/4 頁(yè)0028二值化，對(duì)灰度圖像進(jìn)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(jì)算灰度閾值，小于此閾值的區(qū)域認(rèn)為是目標(biāo)區(qū)域，大于此閾值的區(qū)域的認(rèn)為是背景區(qū)域。0029形態(tài)學(xué)濾波，對(duì)二值圖像進(jìn)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。00302) 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

14、三個(gè)同心圓的區(qū)域選擇模板提取邊沿圓環(huán)圖像，三個(gè)圓的半徑可以設(shè)定，按照從外向內(nèi)的順序?qū)⑷齻€(gè)圓分別命名為外圓、中圓和內(nèi)圓。中圓用于估計(jì)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。00313) 變形檢測(cè)子程序，計(jì)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(jìn)行比較，如果計(jì)算結(jié)果低于圓形度閾值，則瓶蓋被為變形，同時(shí)產(chǎn)生剔除信號(hào)。00320033其中，P 為周長(zhǎng)，A 為面積。00344) 缺陷檢測(cè)子程序，檢測(cè)瓶蓋是否存在毛刺、毛邊和缺口等缺陷，包括 ：參數(shù)計(jì)算、圓環(huán)拉直、預(yù)處理和寬度測(cè)量，參見圖 3。0035參數(shù)計(jì)算 ：計(jì)算邊沿圓環(huán)拉直投影變換所需的位置參數(shù)

15、，即正弦和余弦值，并存入相應(yīng)數(shù)組。如圖 4 所示，設(shè)邊沿圓環(huán)中的某個(gè)待拉伸的像素點(diǎn) (xx，yy) 與 x 軸正軸的距離相對(duì)于圓心 (x0，y0) 的夾角為a，這里的正弦和余弦值就是指的是夾角 a 的正弦和余弦值，用于計(jì)算投影變換中展開圖在原圖即原來的邊沿圓環(huán)中對(duì)應(yīng)坐標(biāo) (x，y) 而得到像素值，如果是空洞點(diǎn)進(jìn)一步采用插值計(jì)算其像素值。0036圓環(huán)拉直，以區(qū)域選擇模板中的外圓作為基準(zhǔn)，即以外圓作為投影變換后矩形區(qū)域的頂邊，內(nèi)外圓半徑差作為投影變換后矩形區(qū)域的寬度，將邊沿圓環(huán)沿右側(cè)水平線切開投影到前述矩形區(qū)域，其中空洞點(diǎn)的像素值采線性插值算法計(jì)算。0037預(yù)處理，根據(jù)圖像預(yù)處理中二值化的閾值對(duì)拉

16、直圓環(huán)圖像進(jìn)行二值化處理，并進(jìn)行形態(tài)學(xué)濾波，消除孤立點(diǎn)。0038 寬度測(cè)量，通過統(tǒng)計(jì)得到圓環(huán)最大和最小寬度值并計(jì)算圓環(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(rèn)為瓶蓋存在毛刺、毛邊或缺口等缺陷，同時(shí)產(chǎn)生剔除信號(hào)。0039 以下介紹本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，該部分僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的舉例說明，而非對(duì)本實(shí)用新型及其應(yīng)用或用途的限制。根據(jù)本實(shí)用新型得出的其它實(shí)施方式，也同樣屬于本實(shí)用新型的技術(shù)創(chuàng)新范圍。方案中有關(guān)參數(shù)的設(shè)定也并不表明只有舉例值可以使用。0040本發(fā)明的工作過程 ：系統(tǒng)上電，攝像機(jī)連續(xù)實(shí)時(shí)瓶蓋圖像，并通過傳輸線傳輸?shù)轿C(jī) ；圖像預(yù)處理模塊對(duì)輸入圖像進(jìn)行增強(qiáng)、濾波和二值化處理 ；根據(jù)同心圓組的區(qū)域選擇模塊提取瓶蓋邊沿圓環(huán)圖像 ；計(jì)算圓環(huán)外沿的圓形度，并與預(yù)設(shè)的圓形度閾值比較，如圓形度閾值設(shè)為 0.8，如果計(jì)算結(jié)果小于預(yù)設(shè)閾值，則