一種玻璃瓶內壁異物的檢測裝置及方法
【專利摘要】本發明提供一種玻璃瓶內壁異物的檢測裝置及方法，包括：背光光源，用于放置在被測玻璃瓶后面作為背光照射瓶身區域；正面補償光源，用于從所述被測玻璃瓶正面上下兩側照射瓶身區域；攝像機，用于采集在所述背光光源和正面補償光源照射下的玻璃瓶圖像進行異物識別。本發明通過在玻璃瓶的不同方向照射不同頻段的光，利用不同頻譜的光源照射深色玻璃瓶的透過率不同，以及玻璃瓶表面光滑的反射特性，區分是瓶內或瓶外存在異物，降低霉斑誤剔率；該方法考慮了不同頻段的光對材質、顏色不同的瓶子的影響，因此適用于不同檢測應用和檢測內容，具有很好的可擴展性，同時檢測精度也得到很大程度的提高。
【專利說明】一種玻璃瓶內壁異物的檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及工業自動化檢測【技術領域】，尤其涉及一種玻璃瓶內壁異物的檢測裝置及方法。
【背景技術】
[0002]目前，食品的安全問題越來越受到政府和國民的關注，因此，現代工業對產品包裝瓶提出了更高的要求，包裝瓶檢測成為了自動化生產線上一個重要環節。在現有的啤酒、飲料和藥品的生產過程中，都要求灌裝瓶滿足相應的質量標準，在生產的每一個環節都要進行嚴格的檢測。瓶內部是否干凈，是其中非常重要的一項檢測指標。針對啤酒行業對玻璃瓶進行回收利用的特點，回收的啤酒瓶中存在大量的異物、霉斑、酒潰等不容易清洗的雜質，導致這些飽含著安全隱患的產品流入到市場，不但會影響生產廠家的聲譽，而且導致消費者的切身利益受到損失。
[0003]針對以上的問題，目前啤酒生產線上已經有了空瓶檢測設備的側壁檢測模塊來進行檢測，用來代替傳統的人工目檢方式。但是目前無論國外和國內所有側壁檢測設備都存在以下問題:由于都是采用背光的方式，因此無法識別成像上的陰影是瓶子內部的異物還是外側的劃痕、附著物等，造成大量的誤剔除，部分成品酒現場后端的側壁檢測誤剔除率達到90%，嚴重影響現場效率，同時檢測精度不高，對異物中占相當比率的霉斑等淺色異物幾乎沒有檢測能力。因此現有的玻璃瓶內異物檢測方法仍然無法滿足高速生產線上異物檢測的需要，而且精度和穩定性仍有待提高，目前市場上尚未見到相關成型的玻璃瓶內異物檢測方法和檢測裝置的報道。因此，生產企業迫切需要一種玻璃瓶內壁異物的檢測裝置及方法。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是如何解決玻璃瓶內壁異物的檢測精度低和穩定性差的問題。
[0005]為解決上述技術問題，本發明提出了一種玻璃瓶內壁異物的檢測裝置，包括:
[0006]背光光源，用于放置在被測玻璃瓶后面作為背光照射瓶身區域；
[0007]正面補償光源，用于從所述被測玻璃瓶正面上下兩側照射瓶身區域；
[0008]攝像機，用于采集在所述背光光源和正面補償光源照射下的玻璃瓶圖像進行異物識別。
[0009]優選地，所述背光光源采用顏色和玻璃瓶顏色相同頻段的光源。
[0010]優選地，所述背光光源采用顏色和玻璃瓶顏色相近頻段的光源。
[0011]優選地，所述正面補償光源采用顏色和玻璃瓶顏色不同頻段且不能穿透所述玻璃瓶的光源。
[0012]優選地，所述正面補償光源包括上方正面補償光源和下方正面補償光源。
[0013]優選地，所述上方正面補償光源和所述下方正面補償光源分別以一定的預設角度傾斜放置。
[0014]此外，本發明還提出了一種玻璃瓶內壁異物的檢測方法，該方法包括以下步驟:
[0015]SI采用和玻璃瓶顏色相同或相近頻段的光源作為背光從背面照在瓶身區域；
[0016]S2采用和玻璃瓶顏色不同頻段且不能穿透所述玻璃瓶的光源作為正面補償光源從正面照射瓶身區域；
[0017]S3采集在所述背光光源和正面補償光源照射下的玻璃瓶圖像進行異物識別。
[0018]優選地，所述采用和玻璃瓶顏色不同頻段且不能穿透所述玻璃瓶的光源作為正面補償光源從正面照射瓶身區域，具體包括:
[0019]所述正面補償光源分別從正面的上下兩側以一定的預設角度照射瓶身區域。
[0020]優選地，所述采集在所述背光光源和正面補償光源照射下的玻璃瓶圖像進行異物識別，具體包括:
[0021]對所述玻璃瓶圖像進行顏色分割、亮度分割和邊緣分割；
[0022]對經過上述處理后的圖像進行區域融合，獲取融合后連通區域的面積和所述連通區域包含的邊緣點數；
[0023]根據所述連通區域的面積和所述連通區域包含的邊緣點數進行圖像過濾，得到異物區域的圖像:
[0024]根據預先設置的面積閾值數據和異物數據模型進行異物識別。
[0025]本發明公開了一種玻璃瓶內壁異物的檢測裝置及方法，通過在玻璃瓶的不同方向照射不同頻段的光，利用不同頻譜的光源照射深色玻璃瓶的透過率不同，以及玻璃瓶表面光滑的反射特性，區分是瓶內或瓶外存在異物，降低霉斑誤剔率；該方法考慮了不同頻段的光對材質、顏色不同的瓶子的影響，因此適用于不同檢測應用和檢測內容，具有很好的可擴展性，同時檢測精度也得到很大程度的提高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0027]圖1:是本發明一種玻璃瓶內壁異物的檢測裝置的結構示意圖；
[0028]圖2:是本發明一種玻璃瓶內壁異物的檢測方法的流程圖；
[0029]圖3:是本發明實施例中顏色分割結果圖；
[0030]圖4:是本發明實施例中亮度分割結果圖；
[0031]圖5:是本發明實施例中邊緣分割結果圖；
[0032]圖6:是本發明實施例中在L圖像上對C區域進行濾波的結果圖；
[0033]圖7:是本發明實施例中獲取的異物區域的結果圖。
【具體實施方式】
[0034]下面將結合本發明的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0035]本發明實施例中提出了本發明提出了一種玻璃瓶內壁異物的檢測裝置，如圖1所示，包括:
[0036]背光光源，用于放置在被測玻璃瓶后面作為背光照射瓶身區域；
[0037]正面補償光源，用于從所述被測玻璃瓶正面上下兩側照射瓶身區域；
[0038]攝像機，用于采集在所述背光光源和正面補償光源照射下的玻璃瓶圖像進行異物識別。
[0039]優選地，所述背光光源采用顏色和玻璃瓶顏色相同頻段的光源。
[0040]優選地，所述背光光源采用顏色和玻璃瓶顏色相近頻段的光源。
[0041]優選地，所述正面補償光源采用顏色和玻璃瓶顏色不同頻段且不能穿透所述玻璃瓶的光源。
[0042]優選地，所述正面補償光源包括上方正面補償光源和下方正面補償光源。
[0043]優選地，所述上方正面補償光源和所述下方正面補償光源分別以一定的預設角度傾斜放置。
[0044]此外，本發明還提出了一種玻璃瓶內壁異物的檢測方法，如圖2所示，該方法包括以下步驟:
[0045]SI采用和玻璃瓶顏色相同或相近頻段的光源作為背光從背面照在瓶身區域；
[0046]S2采用和玻璃瓶顏色不同頻段且不能穿透所述玻璃瓶的光源作為正面補償光源從正面照射瓶身區域；
[0047]S3采集在所述背光光源和正面補償光源照射下的玻璃瓶圖像進行異物識別。
[0048]優選地，所述采用和玻璃瓶顏色不同頻段且不能穿透所述玻璃瓶的光源作為正面補償光源從正面照射瓶身區域，具體包括:
[0049]所述正面補償光源分別從正面的上下兩側以一定的預設角度照射瓶身區域。
[0050]優選地，所述采集在所述背光光源和正面補償光源照射下的玻璃瓶圖像進行異物識別，具體包括:
[0051]對所述玻璃瓶圖像進行顏色分割、亮度分割和邊緣分割；
[0052]對經過上述處理后的圖像進行區域融合，獲取融合后連通區域的面積和所述連通區域包含的邊緣點數；
[0053]根據所述連通區域的面積和所述連通區域包含的邊緣點數進行圖像過濾，得到異物區域的圖像:
[0054]根據預先設置的面積閾值數據和異物數據模型進行異物識別。
[0055]本發明實施例中，采用長條狀紅色光源作為正面補償光源，分別設置在瓶子正面的上方和下方位置上，正面補償光源不在相機同一平面上:下方正面補償光源以一個小角度垂直向上照射，上方正面補償光源對應的以一個小角度垂直向下照射，使得光源直接發出的光線和通過瓶子鏡面反射的光線不能直接入射到相機內；
[0056]背光光源采用白色光源，背光光源擺放位置盡量靠近瓶子。
[0057]本實施方案通過和瓶子材料顏色相近頻段的光源作為背光光源，照亮瓶身的正常區域。正面補償光源紅色光源照射到瓶壁外側的磨損或臟污等不透光物質上，形成漫反射，其輪廓反映出補償光顏色后清晰的進入攝像機中，在圖像中呈補償色，即紅色。但補償光源的頻段經過兩個穿過帶綠色顏色的瓶壁幾乎損失殆盡，進而無法照亮瓶內霉斑，因此霉斑在圖像中呈現黑色，進而可以精確區分圖像中黑色區域是否為真正的內側異物。
[0058]通過正交多光譜成像和攝像機的散焦系統獲得了待檢測玻璃瓶的成像后，需要通過以下幾個步驟進行處理，獲得異物檢測結果。
[0059]顏色分割
[0060]通過在不同顏色空間上的訓練，比如HSV，Lab空間等，獲得顏色分割結果圖像C，如圖3所示；
[0061]亮度分割
[0062]由于圓形玻璃容器的形狀特性，使得背光成像從中間向兩側逐漸變暗，因此，采用基于二次曲線模型的局部亮度均衡化對圖像進行亮度上歸一化:然后通過在亮度空間上進行局部動態二值化對圖像中亮度較暗的區域進行提取，獲得亮度分割結果圖像L，如圖4所示；
[0063]邊緣分割
[0064]由于通過散焦系統后，正面瓶壁上的異物成像非常清晰，具有很銳利的邊緣，而背面瓶壁上的異物成像比較模糊。因此，可以通過對圖像中尖銳的邊緣進行提取獲得真正可能是正面異物的邊緣區域。實際操作中我們需要對注瓶時瓶子上形成的特殊紋理進行濾波，比如磨具接縫線、小氣泡等，以此來減少對異物的誤判。經過邊緣分割處理后結果圖像E,如圖5所示。
[0065]對經過上述處理后的圖像進行區域融合，獲取融合后連通區域的面積和所述連通區域包含的邊緣點數
[0066]通過上述的三個步驟，可以分別得到關于顏色、亮度和邊緣的三幅特征圖像。首先濾除顏色通道中包含有補償光顏色的區域，這部分區域是由于正面瓶壁表面不光滑而導致的干擾。通過在附圖4圖像上對附圖3區域進行濾波。
[0067]C*=C\L
[0068]以此可以獲得可能是異物的圖像C%如圖6所示。對圖像Cf中的每一個區域進行掃描，分析每一個區域中包含了足夠多的尖銳邊緣點，統計每個連通域R在邊緣圖像E中包含的邊緣點數Ak(E)，通過連通域R的區域面積和所包含的邊緣點數這兩個限制條件進一步進行過濾，進一步得到可能是異物區域的圖像S，如圖7所示。
[0069]S= {R e C* I AreaE>AreaTH&AE (E) >E?}
[0070]其中，Area\ Area?分別表示連通域R的面積和面積閾值，Eth表示邊緣圖像中的邊緣點數量閾值。
[0071]根據預先設置的面積閾值數據和異物數據模型進行異物識別
[0072]在具體檢測異物的類型時，也需要根據異物的不同特點來進行不同的處理。通過對現場大量數據的分析，預先設置的面積閾值數據和異物數據模型，以下兩類異物作為主要的分類進行處理:
[0073]小霉斑異物:
[0074]對圖像S進行掃描，每一個區域如果面積小于給定的閾值，則用小霉斑的模型進行相關匹配，根據計算得到的匹配度，確定在小區域條件下是否為異物；[0075]大異物:
[0076]對圖像S進行掃描，每一個區域如果面積大于給定的閾值，則直接判定為異物區域。
[0077]本發明提出的霉斑檢測系統有如下優點:
[0078]區分瓶子內外側壁:由于目前側壁檢測設備不能夠區分瓶子內側壁和外側壁，因此對實際很多瓶子外部的磨損和臟污的干擾無法去除，導致了很高的誤檢測率，同時降低了檢測精度；而通過本發明提出的玻璃瓶內壁異物的檢測裝置，利用正交多光譜成像實現了精確檢測瓶子內部異物的功能；
[0079]降低檢測中的誤檢率:不同于傳統的單純背光檢測方式，本發明提出的霉斑檢測系統能夠有效地對異物的位置進行分類，從而降低誤檢率；
[0080]很大程度上提高檢測精度:在控制誤檢率小于0.1%的情況下，對霉斑等缺陷的檢測率達到60%以上。
[0081]通過采用本發明所公開的一種玻璃瓶內壁異物的檢測裝置及方法，能夠區分是玻璃瓶內還是瓶外存在異物，降低霉斑誤剔率；該方法考慮了不同頻段的光對材質、顏色不同的瓶子的影響，因此適用于不同檢測應用和檢測內容，具有很好的可擴展性，同時檢測精度也得到很大程度的提高，減少次品流入市場的概率。
[0082]以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限定，僅僅參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明。本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種玻璃瓶內壁異物的檢測裝置，其特征在于，包括: 背光光源，用于放置在被測玻璃瓶后面作為背光照射瓶身區域； 正面補償光源，用于從所述被測玻璃瓶正面上下兩側照射瓶身區域； 攝像機，用于采集在所述背光光源和正面補償光源照射下的玻璃瓶圖像進行異物識別。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述背光光源采用顏色和玻璃瓶顏色相同頻段的光源。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述背光光源采用顏色和玻璃瓶顏色相近頻段的光源。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述正面補償光源采用顏色和玻璃瓶顏色不同頻段且不能穿透所述玻璃瓶的光源。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述正面補償光源包括上方正面補償光源和下方正面補償光源。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述上方正面補償光源和所述下方正面補償光源分別以一定的預設角度傾斜放置。
7.一種玻璃瓶內壁異物的檢測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: SI采用和玻璃瓶顏色相同或相近頻段的光源作為背光從背面照在瓶身區域； S2采用和玻璃瓶顏色不同頻段且不能穿透所述玻璃瓶的光源作為正面補償光源從正面照射瓶身區域； S3采集在所述背光光源和正面補償光源照射下的玻璃瓶圖像進行異物識別。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述采用和玻璃瓶顏色不同頻段且不能穿透所述玻璃瓶的光源作為正面補償光源從正面照射瓶身區域，具體包括: 所述正面補償光源分別從正面的上下兩側以一定的預設角度照射瓶身區域。
9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述采集在所述背光光源和正面補償光源照射下的玻璃瓶圖像進行異物識別，具體包括: 對所述玻璃瓶圖像進行顏色分割、亮度分割和邊緣分割； 對經過上述處理后的圖像進行區域融合，獲取融合后連通區域的面積和所述連通區域包含的邊緣點數； 根據所述連通區域的面積和所述連通區域包含的邊緣點數進行圖像過濾，得到異物區域的圖像: 根據預先設置的面積閾值數據和異物數據模型進行異物識別。
【文檔編號】G01N21/94GK103743757SQ201410027773
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月21日 優先權日:2014年1月21日
【發明者】王貴錦, 施陳博, 周博文, 孟龍, 陶凱, 林劍平, 陳國棟, 張淳 申請人:清華大學, 山東明佳科技有限公司