一種基于三維重建技術(shù)的卷煙空頭檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種卷煙空頭檢測(cè)方法，尤其涉及一種基于三維重建技術(shù)的卷煙空頭檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]卷煙的空頭是指“卷煙端頭因煙絲未填充而形成的一定面積和深度的空陷”(GB5606.3-2005卷煙第3部分:包裝、卷制技術(shù)要求及貯運(yùn))。卷煙空頭是卷煙的重要質(zhì)量指標(biāo)，空頭卷煙雖不影響抽吸，但消費(fèi)者可直觀感知該缺陷，繼而對(duì)相應(yīng)卷煙品牌產(chǎn)生不良印象，從而可能抵消卷煙企業(yè)為品牌構(gòu)建付出的努力。
[0003]現(xiàn)行卷煙國家標(biāo)準(zhǔn)中，判定卷煙空頭的條件是“濾嘴卷煙空陷深度大于1.0mm,空陷截面比大于三分之二 ；無嘴卷煙空陷深度大于1.5mm，空陷截面比大于三分之二”。由此可見，空頭的判定要滿足面積和深度均達(dá)到一定程度，是一個(gè)三維的參數(shù)要求?，F(xiàn)有空頭檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中(GB 22838.9卷煙和濾棒物理性能的測(cè)定第9部分卷煙空頭)，首先目測(cè)空頭區(qū)域的面積，如果面積比超過標(biāo)準(zhǔn)要求，則使用圓柱毫米尺測(cè)定該區(qū)域的深度，然后判斷煙支是否空頭，這種方法人為誤差較大，效率較低。隨著機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展，也提出了一些基于視覺技術(shù)的空頭檢測(cè)方法，主要涉及的是基于面積比的空頭判定方法，如申請(qǐng)?zhí)枮?01310334148.4的專利《基于機(jī)器視覺的單煙支空頭檢測(cè)方法及專用設(shè)備》、申請(qǐng)?zhí)枮?01110326857.9的專利《一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的煙支空頭檢測(cè)方法》，上述專利并未考慮空頭檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中空陷區(qū)需要有一定深度的條件，只能在二維尺度測(cè)出卷煙端頭的空陷面積比，如需判斷是否是空頭卷煙，還需手動(dòng)測(cè)定空陷深度，不能實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化測(cè)量，且手動(dòng)測(cè)量存在一定人為誤差，因此，也會(huì)影響判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于三維重建技術(shù)的卷煙空頭檢測(cè)方法，能夠基于三維重建技術(shù)獲取空頭區(qū)域的三維形貌，測(cè)量空陷區(qū)的面積和深度，從而自動(dòng)判斷卷煙是否存在空頭缺陷，提高卷煙空頭檢測(cè)的準(zhǔn)確度和效率。
[0005]本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種基于三維重建技術(shù)的卷煙空頭檢測(cè)方法，依次包括如下步驟:
A:利用參數(shù)已知的標(biāo)準(zhǔn)物體或成像模型對(duì)攝像機(jī)成像系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，確定攝像機(jī)的內(nèi)外部屬性參數(shù)，建立空間坐標(biāo)系中物點(diǎn)與物點(diǎn)在圖像上像點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
B:利用三維重建技術(shù)選擇成像方式，獲取待測(cè)煙支的端面圖像；
C:利用圖像處理分析系統(tǒng)對(duì)獲取的待測(cè)煙支的端面圖像進(jìn)行預(yù)處理，去除端面圖像中的干擾和噪聲；
D:利用圖像處理分析系統(tǒng)提取端面圖像的特征參數(shù)；
E:根據(jù)三維重建技術(shù)選擇立體匹配方法，利用圖像處理分析系統(tǒng)建立步驟D中提取的端面圖像的特征參數(shù)與像點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲取待測(cè)煙支端面的視差圖像； F:對(duì)步驟E中獲取的視差圖像進(jìn)行圖像深度計(jì)算，恢復(fù)圖像的三維信息，構(gòu)建空頭區(qū)域的三維模型；
G:利用三維尺寸測(cè)量技術(shù)分別測(cè)量三維模型中空頭區(qū)域的深度、面積以及待測(cè)煙支端面面積；
H:計(jì)算空頭區(qū)域面積所占煙支端面面積的比例，并進(jìn)行判斷；當(dāng)待測(cè)煙支為濾嘴卷煙時(shí)，若空頭區(qū)域的深度大于1.0_，且空頭區(qū)域面積所占煙支端面面積的比例大于2/3時(shí)，則判斷待測(cè)煙支為空頭卷煙；當(dāng)待測(cè)煙支為無嘴卷煙時(shí)，若空頭區(qū)域的深度大于1.5_，且空頭區(qū)域面積所占煙支端面面積的比例大于2/3時(shí)，則判斷待測(cè)煙支為空頭卷煙。
[0006]所述的步驟D中，特征參數(shù)包括使用照明光源下的特征參數(shù)和使用結(jié)構(gòu)光源下的特征參數(shù)；使用照明光源下的特征參數(shù)包括圖像中煙支端部的顏色、紋理、輪廓、灰度、拐點(diǎn)、角點(diǎn)和邊緣，使用結(jié)構(gòu)光源下的特征參數(shù)包括受煙支端部煙絲分布調(diào)制后的結(jié)構(gòu)光亮度和彎曲程度。
[0007]所述的步驟B中，三維重建技術(shù)采用基于單目視覺技術(shù)的三維重建技術(shù)，成像方式為一臺(tái)成像設(shè)備以及結(jié)構(gòu)光源和照明光源。
[0008]所述的步驟E中，立體匹配方法為明暗度法、光度法、紋理法、輪廓法、調(diào)焦法、運(yùn)動(dòng)法、飛行時(shí)間法、結(jié)構(gòu)光法、莫爾條紋法、全息干涉測(cè)量法、幾何光學(xué)聚焦法、激光雷達(dá)法或Fresnel衍射法。
[0009]所述的步驟B中，三維重建技術(shù)采用基于雙目視覺技術(shù)的三維重建技術(shù)，成像方式為兩臺(tái)成像設(shè)備以及結(jié)構(gòu)光源和照明光源。
[0010]所述的步驟E中，立體匹配方法為基于顏色和灰度的區(qū)域立體匹配或基于圖像特征的立體匹配，圖像特征包括拐點(diǎn)、角點(diǎn)、邊緣、輪廓以及紋理。
[0011]所述的步驟B中，三維重建技術(shù)采用基于多目視覺技術(shù)的三維重建技術(shù)，成像方式為三臺(tái)和三臺(tái)以上成像設(shè)備以及結(jié)構(gòu)光源和照明光源。
[0012]所述的步驟E中，立體匹配方法為明暗度法、光度法、紋理法、輪廓法、調(diào)焦法、運(yùn)動(dòng)法、飛行時(shí)間法、結(jié)構(gòu)光法、莫爾條紋法、全息干涉測(cè)量法、幾何光學(xué)聚焦法、激光雷達(dá)法、Fresnel衍射法和/或基于顏色和灰度的區(qū)域立體匹配或基于圖像特征的立體匹配。
[0013]所述的圖像處理分析系統(tǒng)能夠?qū)D像進(jìn)行降噪、平滑的調(diào)整和預(yù)處理，同時(shí)能夠根據(jù)所選擇的三維重建技術(shù)獲取圖像的特征信息，根據(jù)所選特征信息對(duì)圖像進(jìn)行立體匹配、三維重建，并計(jì)算二維和三維區(qū)域的面積、深度參數(shù)。
[0014]所述的圖像處理分析系統(tǒng)在進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，圖像處理分析系統(tǒng)采用5X5像素的掃描窗口對(duì)獲取的待測(cè)煙支的端面圖像按照自上到下、自左到右的順序進(jìn)行掃描，計(jì)算出各個(gè)圖像中掃描窗口內(nèi)的圖像均值及方差Var，若方差Var大于設(shè)定閾值TD，則對(duì)該點(diǎn)采用快速中值濾波方法進(jìn)行平滑處理，除去圖像中的干擾和噪聲。
[0015]本發(fā)明通過采集卷煙煙支端面圖像并對(duì)其進(jìn)行處理，去除圖像中的干擾信息和噪聲，然后利用三維重建技術(shù)將處理后的圖像進(jìn)行三維重建，獲取煙支空頭區(qū)域的三維模型，再通過三維尺寸測(cè)量三維模型中空頭區(qū)域的深度和面積，最終判斷待測(cè)卷煙是否存在空頭缺陷。本發(fā)明大幅減少了人工檢測(cè)的工作量及引入的人為誤差，測(cè)試速度快，能夠提供面積比例、形狀尺寸參數(shù)等全面的測(cè)試數(shù)據(jù)，相對(duì)于現(xiàn)有人工檢測(cè)方法，檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確，檢測(cè)效率也有較大提升。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1所示，本發(fā)明所述的基于三維重建技術(shù)的卷煙空頭檢測(cè)方法，依次包括如下步驟:
A:利用參數(shù)已知的標(biāo)準(zhǔn)物體或成像模型對(duì)攝像機(jī)成像系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，確定攝像機(jī)的內(nèi)外部屬性參數(shù)，建立空間坐標(biāo)系中物點(diǎn)與物點(diǎn)在圖像上像點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0018]攝像機(jī)的內(nèi)部屬性參數(shù)包括焦距、鏡頭徑向失真、不確定性圖像尺度因子，攝像機(jī)的外部屬性參數(shù)包括攝像機(jī)位置、掃視角和傾斜角，空間坐標(biāo)系中物點(diǎn)與物點(diǎn)在圖像上像點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系為一種三維空間到二維平面的投影映射關(guān)系，屬于三維重建領(lǐng)域中的公知技術(shù)，在此不再贅述。
[0019]B:將待測(cè)卷煙擺放于圖像采集平臺(tái)上，利用三維重建技術(shù)選擇成像方式，獲取待測(cè)煙支的端面圖像。
[0020]步驟B中，可選擇多種三維重建技術(shù)，如采用基于單目視覺技術(shù)的三維重建技術(shù)，成像方式為一臺(tái)成像設(shè)備以及結(jié)構(gòu)光源和照明光源；又如采用基于雙目視覺技術(shù)的三維重建技術(shù)，成像方式為兩臺(tái)成像設(shè)備以及結(jié)構(gòu)光源和照明光源；或者采用基于多目視覺技術(shù)的三維重建技術(shù)，成像方式為三臺(tái)和三臺(tái)以上成像設(shè)備以及結(jié)構(gòu)光源和照明光源。
[0021]C:利用圖像處理分析系統(tǒng)對(duì)獲取的待測(cè)煙支的端面圖像進(jìn)行預(yù)處理，去除端面圖像中的干擾和噪聲。
[0022]在進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，圖像處理分析系統(tǒng)采用5X5像素的掃描窗口對(duì)獲取的待測(cè)煙支的端面圖像按照自上到下、自左到右的順序進(jìn)行掃描，計(jì)算出各個(gè)圖像中掃描窗口內(nèi)的圖像均值及方差Var，若方差Var大于設(shè)定閾值TD，則對(duì)該點(diǎn)采用快速中值濾波方法進(jìn)行平滑處理，除去圖像中的干擾和噪聲。對(duì)各個(gè)圖像均值及方差Var的計(jì)算屬于圖像處理領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，通過快速中值濾波方法進(jìn)行平滑處理去除干擾和噪聲也屬于本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
[0023]D:利用圖像處理分析系統(tǒng)提取端面圖像的特征參數(shù)。
[0024]特征參數(shù)包括使用照明光源下的特征參數(shù)和使用結(jié)構(gòu)光源下的特征參數(shù)；使用照明光源下的特征參數(shù)包括圖像中煙支端部的顏色、紋理、輪廓、灰度、拐點(diǎn)、角點(diǎn)和邊緣，使用結(jié)構(gòu)光源下的特征參數(shù)包括受煙支端部煙絲分布調(diào)制后的結(jié)構(gòu)光亮度和彎曲程度。
[0025]E:根據(jù)三維重建技術(shù)選擇立體匹配方法，利用圖像處理分析系統(tǒng)建立步驟D中提取的端面圖像的特征參數(shù)，獲取待測(cè)煙支端面的視差圖像。
[0026]由于步驟B中能夠選擇不同的三維重建技術(shù)，因此與步驟B相對(duì)應(yīng)，步驟E中的立體匹配方法也各不相同。
[0027]當(dāng)步驟B中選擇基于單目視覺技術(shù)的三維重建技術(shù)時(shí):
步驟E中的立體匹配方法為明暗度法、光度法、紋理法、輪廓法、調(diào)焦法(包含聚焦法和離焦法)、運(yùn)動(dòng)法、飛行時(shí)間法、結(jié)構(gòu)光法、莫爾條紋法、全息干涉測(cè)量法、幾何光學(xué)聚焦法、激光雷達(dá)法或Fresnel衍射法等； 當(dāng)步驟B中選擇基于雙目視覺技術(shù)的三維重建技術(shù)時(shí):
步驟E中的立體匹配方法為基于顏色和灰度的區(qū)域立體匹配或基于圖像特征(包括拐點(diǎn)和角點(diǎn)坐標(biāo)、邊緣線段、輪廓以及紋理)的立體匹配；
當(dāng)步驟B中選擇基于多目視覺技術(shù)的三維重建技術(shù)時(shí):
則步驟E中的立體匹配方法采用基于單目視覺技術(shù)的三維重建技術(shù)立體匹配方法或基于雙目視覺技術(shù)的三維重建技術(shù)立體匹配方法中的一種或多種；如明暗度法、光度法、紋理法、輪廓法、調(diào)焦法、運(yùn)動(dòng)法、飛行時(shí)間法、結(jié)構(gòu)光法、莫爾條紋法、全息干涉測(cè)量法、幾何光學(xué)聚焦法、激光雷達(dá)法、Fresnel衍射法和/或基于顏色和灰度的區(qū)域立體匹配或基于圖像特征的立體匹配。
[0028]F:對(duì)步驟E中獲取的視差圖像進(jìn)行圖像深度計(jì)算，恢復(fù)圖像的三維信息，構(gòu)建空頭區(qū)域的三