一種基于機(jī)器視覺的瓶蓋不合格品標(biāo)記方法
【專利說明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種瓶蓋檢測(cè)不合格品標(biāo)記方法，屬于機(jī)器視覺領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]飲料、啤酒等工業(yè)生產(chǎn)線中，大都采用人工目測(cè)的方法來檢查瓶子是否合格。特別是瓶蓋生產(chǎn)中，需要在瓶蓋上打印生產(chǎn)日期，會(huì)有噴碼模糊或漏噴的情況。由于人眼容易發(fā)生視覺和肢體疲勞，常常效率很低，會(huì)造成漏檢或者誤檢，且人工成本也越來越高。這些不合格產(chǎn)品流入市場(chǎng)會(huì)造成消費(fèi)者不信任產(chǎn)品的質(zhì)量，影響銷售，甚至導(dǎo)致誤飲過期產(chǎn)品危害健康等問題。
[0003]針對(duì)上述人工檢測(cè)存在的缺陷，進(jìn)行基于機(jī)器視覺的瓶蓋檢測(cè)研究，建立一套光學(xué)成像、圖像采集和數(shù)字圖像處理及分析為平臺(tái)的檢測(cè)系統(tǒng)，不僅具有理論依據(jù)，而且也有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，能夠確保最大范圍內(nèi)減少和杜絕上述現(xiàn)象發(fā)生，提高產(chǎn)品品質(zhì)。
[0004]機(jī)器視覺檢測(cè)在很多檢測(cè)領(lǐng)域已有應(yīng)用，在瓶蓋檢測(cè)方面也有應(yīng)用先例，但是大多都是對(duì)瓶蓋內(nèi)墊和外表面的瑕疵檢測(cè)(如專利CN102095733A，CN103884651A)，這些均是對(duì)于瓶蓋外觀質(zhì)量的檢測(cè)，而對(duì)于瓶蓋上的噴碼信息(如生產(chǎn)日期)的檢測(cè)鮮有研究。在工業(yè)生產(chǎn)線中，每秒至少要檢測(cè)5個(gè)瓶子以上，并且需要檢測(cè)瓶蓋生產(chǎn)日期噴碼的存在性，完整性和清晰性等特點(diǎn)，若不合格就要做出標(biāo)注或剔除。這對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)和軟件處理的實(shí)時(shí)性都有較高要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服人工檢測(cè)存在的不足之處及瓶蓋檢測(cè)的局限性，提供一種基于機(jī)器視覺的瓶蓋不合格瓶在線標(biāo)注方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]—種基于機(jī)器視覺的瓶蓋不合格品標(biāo)記方法，該方法用LED白色環(huán)形光源照明待測(cè)瓶蓋表面，步驟如下:
[0007]1)將合格瓶子放置在待測(cè)工位，采集瓶蓋的圖像信息，調(diào)節(jié)相機(jī)和光源，使采集的瓶蓋背景圖像與其上所噴的生產(chǎn)日期的對(duì)比度達(dá)到最大，以便后續(xù)的處理；
[0008]2)將待檢測(cè)的瓶子傳送到待測(cè)工位，采集其瓶蓋圖像，對(duì)所采集的瓶蓋圖像進(jìn)行中值濾波預(yù)處理，以去除噪音干擾并增強(qiáng)檢測(cè)目標(biāo)信息；
[0009]3)根據(jù)實(shí)際環(huán)境調(diào)整合適的閾值，對(duì)經(jīng)過中值濾波預(yù)處理后的圖像進(jìn)行二值化處理，使二值化后的圖像有效地將背景和目標(biāo)分開；
[0010]4)對(duì)3)得到的圖像進(jìn)行圓定位，找到瓶蓋邊沿作為圓邊，以圓心為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，采用下列步驟進(jìn)行圓定位:
[0011]—、設(shè)定一個(gè)環(huán)形區(qū)域，使得瓶蓋邊沿處于內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間。
[0012]二、查找區(qū)域設(shè)為環(huán)形區(qū)域內(nèi)，查找方向是從內(nèi)環(huán)到外環(huán)；
[0013]三、以內(nèi)環(huán)圓心為原點(diǎn)，在內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間設(shè)置多條固定間隔的搜索線；
[0014]四、當(dāng)搜索線上某點(diǎn)極性從灰度值1到灰度值0變化時(shí)，考慮為所找邊界點(diǎn)；
[0015]五、利用在各條搜索線上找到的邊界點(diǎn)組成圓邊；
[0016]5)根據(jù)合格瓶蓋上的生產(chǎn)日期噴碼的像素點(diǎn)數(shù)預(yù)設(shè)檢測(cè)目標(biāo)的像素點(diǎn)數(shù)的上下限，利用步驟4)得到的圓邊和已經(jīng)建立的坐標(biāo)系，將圓內(nèi)設(shè)定為感興趣區(qū)域R0I，將R0I內(nèi)生產(chǎn)日期噴碼作為檢測(cè)目標(biāo)，根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)定合適的檢測(cè)目標(biāo)的像素大小，過濾圖像中因光強(qiáng)導(dǎo)致的無關(guān)細(xì)小像素黑點(diǎn)的影響，若檢測(cè)目標(biāo)的像素點(diǎn)數(shù)在規(guī)定的上下限內(nèi)即為合格，否則判定為不合格產(chǎn)品；
[0017]6)對(duì)于不合格產(chǎn)品，通過串行I/O輸出控制信號(hào)，打開電磁閥，利用標(biāo)注單元的噴嘴噴出帶顏色的標(biāo)記不合格瓶子。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:首先，該方法所用算法簡(jiǎn)單，步驟少，實(shí)現(xiàn)了圖像的快速檢測(cè)，檢測(cè)效率高;其次，該方法受環(huán)境影響較小，準(zhǔn)確率高;使用光電觸發(fā)拍照，實(shí)時(shí)性好;該檢測(cè)方法新穎，適用范圍廣，對(duì)于工業(yè)玻璃瓶裝產(chǎn)品檢測(cè)均適用;該方法可以附加在現(xiàn)有生產(chǎn)線上，實(shí)現(xiàn)邊生產(chǎn)邊檢測(cè)的在線檢測(cè)。本發(fā)明適用于自動(dòng)化生產(chǎn)中瓶蓋表面生產(chǎn)日期噴碼不合格品的標(biāo)記工作。
【附圖說明】
[0019]圖1用于本發(fā)明的基于機(jī)器視覺對(duì)瓶蓋不合格品標(biāo)記的裝置示意圖。
[0020]圖2本發(fā)明的基于機(jī)器視覺對(duì)瓶蓋表面生產(chǎn)日期檢測(cè)方法流程圖。
[0021]圖3(a)本發(fā)明方法待測(cè)原始瓶蓋圖像，(b)步驟1采集到的瓶蓋圖像。
[0022]圖4(a)本發(fā)明方法檢測(cè)到的合格瓶蓋判定結(jié)果圖，(b)不合格瓶蓋判定結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0024]參見圖1，一種基于機(jī)器視覺的瓶蓋不合格品標(biāo)記的系統(tǒng)裝置，從功能上分6個(gè)模塊，即傳送帶1、圖像采集模塊2、光電觸發(fā)器3、照明模塊4、圖像處理與識(shí)別5和輸出控制裝置6。上述圖像采集模塊2使用120萬(wàn)像素CCD相機(jī)，照明模塊4使用LED環(huán)形光源，圖像處理與識(shí)別模塊5使用工控機(jī)。輸出控制裝置由電磁閥控制的噴嘴組成。傳送帶1將待測(cè)瓶子輸送到拍照工位，所述光電觸發(fā)裝置3用于檢測(cè)瓶子是否到達(dá)拍照位置，以便產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸送到工控機(jī)5，工控機(jī)發(fā)出信號(hào)觸發(fā)相機(jī)2拍照;環(huán)形光源4為相機(jī)拍照時(shí)提供照明以提高圖像質(zhì)量，CCD相機(jī)位于傳送帶1正上方，并通過環(huán)形光源中間拍照，拍攝的圖像被輸送到工控機(jī)中進(jìn)行處理;輸出控制裝置與工控機(jī)相連，當(dāng)檢測(cè)到不合格產(chǎn)品時(shí)輸出控制信號(hào)控制噴嘴6噴出顏料對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記。
[0025]參見圖2，本發(fā)明的基于機(jī)器視覺對(duì)瓶蓋表面生產(chǎn)日期檢測(cè)不合格品標(biāo)記的流程圖。步驟如下:
[0026](1)將工業(yè)相機(jī)放置到生產(chǎn)線工件傳送帶正上方的待測(cè)工位，待測(cè)位置上放置合格瓶蓋的產(chǎn)品，調(diào)節(jié)相機(jī)本身曝光補(bǔ)償和環(huán)形光源亮度使得獲取瓶蓋背景圖像與生產(chǎn)日期噴碼對(duì)比度達(dá)到最大。
[0027](2)啟動(dòng)傳送帶，待測(cè)瓶子隨傳送帶到達(dá)拍攝位置，觸發(fā)相機(jī)獲取待測(cè)瓶蓋圖像，經(jīng)過通道傳送到工控機(jī)圖像處理系統(tǒng)。
[0028](3)首先對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)過多次測(cè)試，使用中值濾波效果最好，處理后圖像目標(biāo)信息增強(qiáng)。
[0029](4)對(duì)步驟(4)處理后圖像二值化，根據(jù)圖像灰度直方圖，設(shè)定合適的閾值，提高圖像識(shí)別率。
[0030](5)在二值化后圖像中找到瓶蓋邊緣作為圓邊，并以圓心為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系。方法如下:第一步，以瓶蓋為基準(zhǔn)，設(shè)定一個(gè)環(huán)形區(qū)域，使得瓶蓋邊沿處于內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間。第二步，將環(huán)形區(qū)域作為查找圓邊區(qū)域，查找方向是從內(nèi)環(huán)到外環(huán);第三步，以內(nèi)環(huán)圓心為起點(diǎn)設(shè)置多條射線，在內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間截取相鄰間隔為ΙΟρχ線段作的搜索線。第四步，當(dāng)線段上某點(diǎn)極性從灰度值1到灰度值0變化時(shí)，考慮為所找邊界點(diǎn)。第五步，設(shè)定最小邊界強(qiáng)度為20，搜索線寬度為3px，圓邊緣像素為3px，依據(jù)以上條件可以得到以搜索線上點(diǎn)為邊界點(diǎn)組成的圓邊。
[0031](6)將找到圓邊內(nèi)部作為處理區(qū)域，生產(chǎn)日期噴碼作為檢測(cè)目標(biāo)。根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)定合適的檢測(cè)目標(biāo)的像素大小，當(dāng)檢測(cè)目標(biāo)數(shù)在設(shè)定的閾值內(nèi)判斷為合格，否則不合格。
[0032](7)不合格信號(hào)經(jīng)工控機(jī)輸出，控制打開電磁閥，連接在電磁閥上的噴嘴噴出顏料，標(biāo)記不合格瓶子，完成標(biāo)記后，繼續(xù)檢測(cè)下一個(gè)待測(cè)瓶蓋。具體操作步驟如下:
[0033]待測(cè)飲料瓶在傳送帶上一次經(jīng)過光電觸發(fā)器，(XD相機(jī)和標(biāo)注單元，已知光電觸發(fā)器距離相機(jī)M，相機(jī)與噴嘴距離為N，傳送帶速度為V。瓶子經(jīng)過觸發(fā)器時(shí)，傳感器給工控機(jī)發(fā)送信號(hào)記錄當(dāng)前時(shí)間為t，以此為參考時(shí)間，相機(jī)經(jīng)過Μ/V時(shí)間，相機(jī)開始拍照采集圖像，經(jīng)工控機(jī)檢測(cè)判斷后，合格品不發(fā)出信號(hào)，不合格品則經(jīng)過N/V輸出控制信號(hào)，打開電磁閥，使噴嘴噴出紅色顏料標(biāo)記瓶子。
[0034]圖3所示，左邊圖像為相機(jī)拍攝原始圖像，右圖為調(diào)整相機(jī)曝光率和光源后采集的圖像，這樣調(diào)節(jié)后的圖像使得后續(xù)處理判斷更簡(jiǎn)單。
[0035]參見圖4，(a)為合格瓶蓋的判斷結(jié)果，圖中可以看出瓶邊沿為找到的圓邊，檢測(cè)目標(biāo)時(shí)只對(duì)圓內(nèi)的噴碼做檢測(cè)。(b)為瓶蓋上生產(chǎn)日期不完整時(shí)的檢測(cè)結(jié)果，當(dāng)生產(chǎn)日期有缺損，不清晰時(shí)均會(huì)被判斷為不合格。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于機(jī)器視覺的瓶蓋不合格品標(biāo)記方法，該方法用LED白色環(huán)形光源照明待測(cè)瓶蓋表面，步驟如下: 1)將合格瓶子放置在待測(cè)工位，采集瓶蓋的圖像信息，調(diào)節(jié)相機(jī)和光源，使采集的瓶蓋背景圖像與其上所噴的生產(chǎn)日期的對(duì)比度達(dá)到最大，以便后續(xù)的處理； 2)將待檢測(cè)的瓶子傳送到待測(cè)工位，采集其瓶蓋圖像，對(duì)所采集的瓶蓋圖像進(jìn)行中值濾波預(yù)處理，以去除噪音干擾并增強(qiáng)檢測(cè)目標(biāo)信息； 3)根據(jù)實(shí)際環(huán)境調(diào)整合適的閾值，對(duì)經(jīng)過中值濾波預(yù)處理后的圖像進(jìn)行二值化處理，使二值化后的圖像有效地將背景和目標(biāo)分開； 4)對(duì)3)得到的圖像進(jìn)行圓定位，找到瓶蓋邊沿作為圓邊，以圓心為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，采用下列步驟進(jìn)行圓定位: 一、設(shè)定一個(gè)環(huán)形區(qū)域，使得瓶蓋邊沿處于內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間。 二、查找區(qū)域設(shè)為環(huán)形區(qū)域內(nèi)，查找方向是從內(nèi)環(huán)到外環(huán)； 三、以內(nèi)環(huán)圓心為原點(diǎn)，在內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間設(shè)置多條固定間隔的搜索線； 四、當(dāng)搜索線上某點(diǎn)極性從灰度值1到灰度值0變化時(shí)，考慮為所找邊界點(diǎn)； 五、利用在各條搜索線上找到的邊界點(diǎn)組成圓邊。 5)根據(jù)合格瓶蓋上的生產(chǎn)日期噴碼的像素點(diǎn)數(shù)預(yù)設(shè)檢測(cè)目標(biāo)的像素點(diǎn)數(shù)的上下限，利用步驟4)得到的圓邊和已經(jīng)建立的坐標(biāo)系，將圓內(nèi)設(shè)定為感興趣區(qū)域ROI，將ROI內(nèi)生產(chǎn)日期噴碼作為檢測(cè)目標(biāo)，根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)定合適的檢測(cè)目標(biāo)的像素大小，過濾圖像中因光強(qiáng)導(dǎo)致的無關(guān)細(xì)小像素黑點(diǎn)的影響，若檢測(cè)目標(biāo)的像素點(diǎn)數(shù)在規(guī)定的上下限內(nèi)即為合格，否則判定為不合格產(chǎn)品； 6)對(duì)于不合格產(chǎn)品，通過串行I/O輸出控制信號(hào)，打開電磁閥，利用標(biāo)注單元的噴嘴噴出帶顏色的標(biāo)記不合格瓶子。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于機(jī)器視覺的瓶蓋不合格品標(biāo)記方法，該方法用LED白色環(huán)形光源照明待測(cè)瓶蓋表面，步驟如下：1)采集合格瓶蓋的圖像信息；2)采集待測(cè)瓶蓋圖像；3)對(duì)經(jīng)過中值濾波預(yù)處理后的圖像進(jìn)行二值化處理；4)進(jìn)行圓定位，找到瓶蓋邊沿作為圓邊，以圓心為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系；5)根據(jù)合格瓶蓋上的生產(chǎn)日期噴碼的像素點(diǎn)數(shù)預(yù)設(shè)檢測(cè)目標(biāo)的像素點(diǎn)數(shù)的上下限，利用步驟4)得到的圓邊和已經(jīng)建立的坐標(biāo)系，將圓內(nèi)設(shè)定為感興趣區(qū)域ROI，將ROI內(nèi)生產(chǎn)日期噴碼作為檢測(cè)目標(biāo)，進(jìn)行瓶蓋檢測(cè)；6)標(biāo)記不合格產(chǎn)品。本發(fā)明所用算法簡(jiǎn)單，步驟少，實(shí)現(xiàn)了圖像的快速檢測(cè)，檢測(cè)效率高；受環(huán)境影響較小，準(zhǔn)確率高。
【IPC分類】G01N21/898
【公開號(hào)】CN105424722
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510753888
【發(fā)明人】劉影, 呂辰剛, 郭璽, 丁玨, 楊嘉琛, 米巖, 陳德勝
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月5日