專利名稱：一種坯布疵點(diǎn)自動檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)器視覺檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種坯布疵點(diǎn)自動檢測裝置。
背景技術(shù)：
在紡織品生產(chǎn)中，質(zhì)量控制是過程管理中非常重要的內(nèi)容之一。疵點(diǎn)檢測是其中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在坯布生產(chǎn)過程中，由于紡織機(jī)械設(shè)備或者エ藝等因素問題，導(dǎo)致織造出來的坯布不可避免地存在ー些瑕疵。目前國內(nèi)坯布廠大都依靠人工來檢測疵點(diǎn)，其具體的檢驗(yàn)過程是在現(xiàn)場的日光照射下，承載坯布移動的機(jī)電設(shè)備以大約15m/min左右的速度運(yùn)行，檢驗(yàn)人員通過肉眼檢測疵點(diǎn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)疵點(diǎn)時，暫停機(jī)電設(shè)備，在其對應(yīng)位置處做相應(yīng)的標(biāo)記，接著，再啟動機(jī)電設(shè)備，直至ー卷坯布檢測完畢后，由檢測人員對標(biāo)記的疵點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計，給出疵點(diǎn)檢測報告，作為該坯布質(zhì)量等級判別的依據(jù)。由于人眼視覺的暫留效應(yīng)、識別能力 的限制以及人的主觀因素，導(dǎo)致疵點(diǎn)檢測的速率、準(zhǔn)確率低下等問題，不僅直接影響到后續(xù)產(chǎn)品的質(zhì)量，而且因人力成本提高也導(dǎo)致產(chǎn)品成本的攀升。隨著電子技術(shù)、計算機(jī)技木、圖像處理技術(shù)的發(fā)展，基于機(jī)器視覺的坯布疵點(diǎn)自動檢測系統(tǒng)的研究備受國內(nèi)外學(xué)者們的高度關(guān)注。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看，基于機(jī)器視覺的坯布疵點(diǎn)檢測系統(tǒng)的組成和框架都大同小異，即在光照和機(jī)械傳動設(shè)備的平臺上，通過標(biāo)準(zhǔn)エ業(yè)線陣CXD相機(jī)和計算機(jī)圖像處理技術(shù)在線檢測坯布疵點(diǎn)。但是，為了提高坯布疵點(diǎn)自動檢測的速率與準(zhǔn)確率，各系統(tǒng)的核心差異在于坯布疵點(diǎn)檢測方法與計算處理技木。就目前坯布疵點(diǎn)檢測方法大都以傅立葉變換、小波分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為重要工具；計算處理技術(shù)大多以主機(jī)或嵌入機(jī)(包括單板機(jī)、DSP(Digital Signal Processing)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等)為平臺，通過軟件計算技術(shù)進(jìn)行處理。然而，就目前看，這些手法仍然無法克服檢測的速率與準(zhǔn)確率偏低的問題。我國是紡織品制造大國，坯布疵點(diǎn)檢測是關(guān)系國計民生的大事，因此，研制ー種快速、準(zhǔn)確地坯布疵點(diǎn)自動檢測裝置勢在必行。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供ー種坯布疵點(diǎn)自動檢測裝置，解決現(xiàn)有坯布疵點(diǎn)在線自動檢測的速率與準(zhǔn)確率偏低、安裝與使用不便的問題。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種坯布疵點(diǎn)自動檢測裝置，包括核心處理器，核心處理器上連接有電平轉(zhuǎn)換模塊，電平轉(zhuǎn)換模塊上分別連接有線陣CCD相機(jī)及外同步傳感器，核心處理器還通過USB接ロ與主機(jī)相連接。本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在干，其中的核心處理器采用FPGA XC6SLX75芯片，并硬化有外同步控制邏輯模塊、圖像緩存模塊、ILBP算子模塊、DSPCNN算子模塊、USB數(shù)據(jù)傳輸控制邏輯模塊。其中的電平轉(zhuǎn)換模塊采用DS90CR288A芯片、DS90LV047A芯片及MAX3098E芯片，實(shí)現(xiàn)LVDS電平與LVTTL電平的轉(zhuǎn)換、RS422電平、LVTTL電平的轉(zhuǎn)換。[0009]其中的外同步傳感器采用轉(zhuǎn)速脈沖編碼器。其中的USB接ロ采用基于USB2. 0協(xié)議的CY7C68013A芯片。本實(shí)用新型的有益效果是，I.本實(shí)用新型所提供的一種坯布疵點(diǎn)自動檢測裝置，在坯布幅寬I米內(nèi)，其疵點(diǎn)檢測的速率可達(dá)(80-95) m/min。2.本實(shí)用新型所采用的ILBP算子是針對織物紋理的特點(diǎn)，在ー個MXN的待測坯布數(shù)字圖像中，通過計算非重疊的nXn窗口內(nèi)背景圖像與待測圖像間變異度的ニ進(jìn)制模值差表示圖像的特征，既有效地從圖像背景中提取疵點(diǎn)區(qū)，又使計算得到的特征圖像壓縮至原圖像的nXn分之一。 3.本實(shí)用新型所米用 DSPCNN (Double Simplified Pulse Coupled NeuralNetworks,簡稱DSPCNN)算子的核心是PCNN。由于其時空總和特性以及信息的傳播和耦合特性，導(dǎo)致空間鄰近、外部刺激強(qiáng)度相似的神經(jīng)元易于同步點(diǎn)火。這恰恰表征了空間鄰近像素屬性值相似的圖像分布特點(diǎn)，使之用于圖像分割具有獨(dú)特的優(yōu)勢。DSPCNN算子在保留了PCNN模型特性的基礎(chǔ)上，依據(jù)人眼的視覺特性，進(jìn)行了簡化，有效地克服了原算法的復(fù)雜度，使之運(yùn)行效率有了明顯地改善。4.本實(shí)用新型所提供的坯布疵點(diǎn)自動檢測裝置充分利用了 FPGA片內(nèi)高度集成、分布式的狀態(tài)機(jī)、硬邏輯單元、存儲單元以及這些資源的可編程性，將其與時間重疊、資源重疊的并行計算技術(shù)相結(jié)合，使ILBP和DSPCNN硬化算子計算的像素輸出頻率與核心處理器的工作頻率同歩。5.本實(shí)用新型所提供的一種坯布疵點(diǎn)自動檢測裝置是通過USB接ロ與主機(jī)連接的，即插即用，可與機(jī)器視覺平臺配合使用，實(shí)現(xiàn)坯布疵點(diǎn)的在線檢測。具有安裝與使用簡便、便于產(chǎn)品化批量生產(chǎn)的特點(diǎn)。

圖I是本實(shí)用新型檢測裝置一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型檢測裝置中電平轉(zhuǎn)換模塊接ロ示意圖；圖3是線陣CXD相機(jī)成像工作原理示意圖；圖4是基于Camera Link的線陣(XD相機(jī)外同步控制工作時序；圖5是本實(shí)用新型檢測裝置中外同步控制邏輯模塊接ロ示意圖；圖6是本實(shí)用新型檢測裝置中圖像緩存模塊接ロ示意圖；圖7是本實(shí)用新型檢測裝置中ILBP算子硬化的流水并行示意圖；圖8是本實(shí)用新型檢測裝置中ILBP硬化算子模塊接ロ示意圖；圖9是本實(shí)用新型檢測裝置中DSPCNN算子硬化的流水并行示意圖；圖10是本實(shí)用新型檢測裝置中DSPCNN硬化算子模塊接ロ示意圖；圖11是本實(shí)用新型檢測裝置中USB數(shù)據(jù)傳輸控制邏輯模塊接ロ示意圖。圖中，I.核心處理器，2.電平轉(zhuǎn)換模塊，3. USB接ロ，4.主機(jī)，5.線陣CXD相機(jī)，
6.外同步傳感器。
具體實(shí)施方式
[0029]
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)用新型檢測裝置一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，如圖I所示，包括核心處理器1，核心處理器I上連接有電平轉(zhuǎn)換模塊2，電平轉(zhuǎn)換模塊2上分別連接有線陣CXD相機(jī)5及外同步傳感器6，核心處理器I還通過USB接ロ 3與主機(jī)4相連接。核心處理器I選用XilinxSpartan-6 系列 FPGA XC6SLX75 芯片。核心處理器I是Xilinx公司推出的高并行性和可靠性的高性能FPGA產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于エ業(yè)自動化、航空、通信等領(lǐng)域。XC6SLX75有74637個邏輯單元，這些邏輯單元總共有11662個Slice ;132個18X 18乘法器；最大的分布式RAM為692KB，18KB的Block RAM有172個，Block RAM總和可達(dá)到3096KB ; 12個DCM數(shù)字時鐘控制器；最大的單端引腳數(shù)有408個。核心處理器XC6SLX75的豐富硬件資源及接ロ為整個系統(tǒng)的設(shè)計和功能實(shí)現(xiàn)提供了保障。整個系統(tǒng)需要高可靠性的供電，以保證系統(tǒng)正常工作。本裝置共需2個不同的電 壓等級電源1. 5V電源為核心處理器FPGA XC6SLX75供電；3. 3V電源為電平轉(zhuǎn)換模塊和USB傳輸模塊供電。本裝置公用ー個地線。針對幅寬I米內(nèi)的坯布疵點(diǎn)檢測，選用XC6SLX75FPGA完全滿足本實(shí)用新型的裝置開發(fā)需求。本實(shí)用新型檢測裝置中的電平轉(zhuǎn)換模塊接ロ示意圖如圖2所示。線陣CXD相機(jī)5輸出的數(shù)據(jù)信號電平為LVDS，而核心處理器I支持的信號電平為LVTTL0這里分別選用DS90CR288A和DS90LV047A芯片實(shí)現(xiàn)LVDS與LVTTL電平信號的轉(zhuǎn)換。外同步傳感器6是安裝于電機(jī)傳動的滾筒同軸轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)速脈沖編碼器。電機(jī)每轉(zhuǎn)動ー圈，輸出N個脈沖。由于輸出的脈沖信號為RS422電平，為此，選用MAX3098E芯片將RS422電平轉(zhuǎn)化為LVTTL電平。然后，通過外同步控制邏輯模塊，用電機(jī)轉(zhuǎn)速脈沖信號調(diào)節(jié)線陣CXD相機(jī)5同步工作的控制信號CCl和CC2，再經(jīng)DS90LV047A芯片，將LVTTL電平的CCl和CC2信號轉(zhuǎn)換為LVDS電平信號，控制線陣CXD相機(jī)5工作的行頻。本實(shí)用新型檢測裝置中的線陣CXD相機(jī)5成像工作原理、線陣CXD相機(jī)5外同步控制工作時序和外同步控制邏輯模塊接ロ示意圖如圖3、圖4、圖5所示。為了避免相機(jī)采集的移動坯布圖像發(fā)生畸變，必須要求相機(jī)采集圖像的行頻與被測坯布移動的線速保持嚴(yán)格同步。通過在承載坯布的電機(jī)傳動機(jī)構(gòu)同軸轉(zhuǎn)子上裝有的轉(zhuǎn)速脈沖編碼器，計算單位時間內(nèi)脈沖數(shù)，得到被測坯布移動的線速；依據(jù)相機(jī)的成像原理(如圖3所示)和選取的線陣CCD相機(jī)5的分辨率和行頻，可以得到電機(jī)轉(zhuǎn)速與相機(jī)行頻同步的關(guān)系數(shù)學(xué)模型為Y = ^M^xXn X
30xM xh( \)其中，X為電機(jī)轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)；Y為線陣CCD相機(jī)5拍攝的行頻率(Hz) ；P為相機(jī)的行分辨率(像素數(shù))為電機(jī)傳動的滾筒半徑P為圓周率；h為CCD感光面的大??；s為感光面到透鏡的距離；M為相機(jī)到物體間的水平距離。在確定的檢測系統(tǒng)平臺下，S、P、M、h參數(shù)是確定的。若令
「 I SX7TXVXP廣つ、C =-し——Kl)
30xMxh則[0044]Y = CXX(3)由此可見，相機(jī)采集圖像的行頻與電機(jī)轉(zhuǎn)速之間呈線性關(guān)系?；诰€陣CXD相機(jī)5的外同步控制工作時序如圖4所示。外同步信號(External Synchronization) CCl用于控制線陣CO)相機(jī)5的電荷轉(zhuǎn)移時間(twSYNC)和光積分時間(twSYNC_INT)。在光積分時間內(nèi)，移動坯布的快速變化，易于導(dǎo)致物體與CCD像素之間存在著相對運(yùn)動，而引起光敏面上成像點(diǎn)的變化，所以，twSYNC_INT不足或者過剩易于使相機(jī)采集的物體圖像模糊或畸變；電荷轉(zhuǎn)移時間完成電荷向移位寄存器的轉(zhuǎn)移。ー個外同步信號周期對應(yīng)ー巾貞光積分電荷的轉(zhuǎn)移，為了確保姆一幀信息的完全轉(zhuǎn)移并被可靠讀出，則tLINE PERIOD時間要不小于其設(shè)定最小值。像素復(fù)位信號(Pixel Reset) CC2用于控制線陣CXD相機(jī)5的像素復(fù)位和曝光時間。它由像素保持時間(thPR)、像素重啟時間(twPR_L0W)和曝光整合時間(tPR_SET)組成，其中，thPR影響像素數(shù)據(jù)的讀寫，即thPR不足或者過剩都會使得讀寫的像素數(shù)據(jù)紊亂，難以得到清晰的圖像；twPR_L0W是姆ー巾貞像素的重啟時間，即twPR_L0W不足或者過剩易于出現(xiàn)漏幀或重復(fù)幀現(xiàn)象；tPR_SET控制曝光時間，以防止線陣光電探測器上的光照信號飽和，即tPR_SET不足或者過剩，使得采集的圖像偏暗或泛白。外同步控制邏輯模塊接ロ示意圖如圖5所示。依據(jù)線陣CCD相機(jī)5外同步控制工作時序，在恒定光照下，將外同步傳感器6轉(zhuǎn)換的電機(jī)轉(zhuǎn)速脈沖信號A、B、Z，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后，通過外同步控制邏輯模塊自適應(yīng)地調(diào)整CCl與CC2信號中各時間的占空比，再經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后，控制線陣CCD相機(jī)5采集圖像的行頻，以便在不同的電機(jī)轉(zhuǎn)速下與被測坯布移動的線速保持匹配。本實(shí)用新型檢測裝置中的圖像緩存模塊接ロ示意圖如圖6所示。為了保證實(shí)時數(shù)據(jù)的可靠傳輸，本裝置通過雙異步FIFO構(gòu)建的乒乓結(jié)構(gòu)存儲模塊緩存圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)相機(jī)采集的像素數(shù)據(jù)寬度w和分辨率P，設(shè)置FIFO的字長和緩存器深度。圖像緩存模塊在相機(jī)的行像素有效信號Lval作用下，通過核心處理器的時鐘信號CLK和相機(jī)的時鐘信號strobe控制,將相機(jī)采集的圖像數(shù)據(jù)Data[w_l:0]傳送至雙異步FIFO緩存器中。本實(shí)用新型檢測裝置中的ILBP算子硬化的流水并行示意圖和ILBP硬化算子模塊接ロ示意圖如圖7、圖8所示。ILBP算子的基本思想是將相機(jī)采集的MXN大小的待測坯布的原始數(shù)字圖像劃分為nXn大小的非重疊窗ロ，通過分別計算每個窗口內(nèi)行、列像素Iu的屬性值相對無疵點(diǎn)圖像的行、列像素平均屬性值的變異度所對應(yīng)的ニ進(jìn)制模值和，再求行、列的ニ進(jìn)制模值差
作為每個窗口內(nèi)的特征值，從而得到
權(quán)利要求1.一種坯布疵點(diǎn)自動檢測裝置，其特征在于，包括核心處理器(I)，核心處理器(I)上連接有電平轉(zhuǎn)換模塊(2)，電平轉(zhuǎn)換模塊(2)上分別連接有線陣CCD相機(jī)(5)及外同步傳感器(6)，所述的核心處理器⑴還通過USB接ロ(3)與主機(jī)⑷相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的坯布疵點(diǎn)自動檢測裝置，其特征在于，所述的核心處理器(I)采用FPGAXC6SLX75芯片，并硬化有外同步控制邏輯模塊、圖像緩存模塊、ILBP算子模塊、DSPCNN算子模塊、USB數(shù)據(jù)傳輸控制邏輯模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的坯布疵點(diǎn)自動檢測裝置，其特征在于，所述的電平轉(zhuǎn)換模塊 (2)采用DS90CR288A芯片、DS90LV047A芯片及MAX3098E芯片，實(shí)現(xiàn)LVDS電平與LVITL電平的轉(zhuǎn)換、RS422電平、LVTTL電平的轉(zhuǎn)換。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的坯布疵點(diǎn)自動檢測裝置，其特征在于，所述的外同步傳感器(6)采用轉(zhuǎn)速脈沖編碼器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的坯布疵點(diǎn)自動檢測裝置，其特征在于，所述的USB接ロ(3)采用基于USB2. O協(xié)議的CY7C68013A芯片。
專利摘要本實(shí)用新型公開的一種坯布疵點(diǎn)自動檢測裝置，包括核心處理器，核心處理器上連接有電平轉(zhuǎn)換模塊，電平轉(zhuǎn)換模塊上分別連接有線陣CCD相機(jī)及外同步傳感器，核心處理器還通過USB接口與主機(jī)相連接。本實(shí)用新型坯布疵點(diǎn)自動檢測裝置，解決了現(xiàn)有坯布疵點(diǎn)在線自動檢測的速率與準(zhǔn)確率偏低、安裝與使用不便的問題。
文檔編號G01N21/89GK202393715SQ20122000216
公開日2012年8月22日 申請日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者姜壽山, 房超, 白士賢, 石美紅, 郭勇剛 申請人:西安工程大學(xué)