一種基于機器視覺的瓶蓋不合格品標記方法
【專利說明】
所屬技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種瓶蓋檢測不合格品標記方法，屬于機器視覺領域。
【背景技術】
[0002]飲料、啤酒等工業(yè)生產(chǎn)線中，大都采用人工目測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)品流入市場會造成消費者不信任產(chǎn)品的質量，影響銷售，甚至導致誤飲過期產(chǎn)品危害健康等問題。
[0003]針對上述人工檢測存在的缺陷，進行基于機器視覺的瓶蓋檢測研究，建立一套光學成像、圖像采集和數(shù)字圖像處理及分析為平臺的檢測系統(tǒng)，不僅具有理論依據(jù)，而且也有很大的經(jīng)濟價值，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。
[0004]機器視覺檢測在很多檢測領域已有應用，在瓶蓋檢測方面也有應用先例，但是大多都是對瓶蓋內(nèi)墊和外表面的瑕疵檢測(如專利CN102095733A，CN103884651A)，這些均是對于瓶蓋外觀質量的檢測，而對于瓶蓋上的噴碼信息(如生產(chǎn)日期)的檢測鮮有研究。在工業(yè)生產(chǎn)線中，每秒至少要檢測5個瓶子以上，并且需要檢測瓶蓋生產(chǎn)日期噴碼的存在性，完整性和清晰性等特點，若不合格就要做出標注或剔除。這對檢測系統(tǒng)和軟件處理的實時性都有較高要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于克服人工檢測存在的不足之處及瓶蓋檢測的局限性，提供一種基于機器視覺的瓶蓋不合格瓶在線標注方法。本發(fā)明的技術方案如下:
[0006]—種基于機器視覺的瓶蓋不合格品標記方法，該方法用LED白色環(huán)形光源照明待測瓶蓋表面，步驟如下:
[0007]1)將合格瓶子放置在待測工位，采集瓶蓋的圖像信息，調(diào)節(jié)相機和光源，使采集的瓶蓋背景圖像與其上所噴的生產(chǎn)日期的對比度達到最大，以便后續(xù)的處理；
[0008]2)將待檢測的瓶子傳送到待測工位，采集其瓶蓋圖像，對所采集的瓶蓋圖像進行中值濾波預處理，以去除噪音干擾并增強檢測目標信息；
[0009]3)根據(jù)實際環(huán)境調(diào)整合適的閾值，對經(jīng)過中值濾波預處理后的圖像進行二值化處理，使二值化后的圖像有效地將背景和目標分開；
[0010]4)對3)得到的圖像進行圓定位，找到瓶蓋邊沿作為圓邊，以圓心為原點建立坐標系，采用下列步驟進行圓定位:
[0011]—、設定一個環(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，在內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間設置多條固定間隔的搜索線；
[0014]四、當搜索線上某點極性從灰度值1到灰度值0變化時，考慮為所找邊界點；
[0015]五、利用在各條搜索線上找到的邊界點組成圓邊；
[0016]5)根據(jù)合格瓶蓋上的生產(chǎn)日期噴碼的像素點數(shù)預設檢測目標的像素點數(shù)的上下限，利用步驟4)得到的圓邊和已經(jīng)建立的坐標系，將圓內(nèi)設定為感興趣區(qū)域R0I，將R0I內(nèi)生產(chǎn)日期噴碼作為檢測目標，根據(jù)實際情況，設定合適的檢測目標的像素大小，過濾圖像中因光強導致的無關細小像素黑點的影響，若檢測目標的像素點數(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)對于不合格產(chǎn)品，通過串行I/O輸出控制信號，打開電磁閥，利用標注單元的噴嘴噴出帶顏色的標記不合格瓶子。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:首先，該方法所用算法簡單，步驟少，實現(xiàn)了圖像的快速檢測，檢測效率高;其次，該方法受環(huán)境影響較小，準確率高;使用光電觸發(fā)拍照，實時性好;該檢測方法新穎，適用范圍廣，對于工業(yè)玻璃瓶裝產(chǎn)品檢測均適用;該方法可以附加在現(xiàn)有生產(chǎn)線上，實現(xiàn)邊生產(chǎn)邊檢測的在線檢測。本發(fā)明適用于自動化生產(chǎn)中瓶蓋表面生產(chǎn)日期噴碼不合格品的標記工作。
【附圖說明】
[0019]圖1用于本發(fā)明的基于機器視覺對瓶蓋不合格品標記的裝置示意圖。
[0020]圖2本發(fā)明的基于機器視覺對瓶蓋表面生產(chǎn)日期檢測方法流程圖。
[0021]圖3(a)本發(fā)明方法待測原始瓶蓋圖像，(b)步驟1采集到的瓶蓋圖像。
[0022]圖4(a)本發(fā)明方法檢測到的合格瓶蓋判定結果圖，(b)不合格瓶蓋判定結果圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和具體實例對本發(fā)明做進一步說明。
[0024]參見圖1，一種基于機器視覺的瓶蓋不合格品標記的系統(tǒng)裝置，從功能上分6個模塊，即傳送帶1、圖像采集模塊2、光電觸發(fā)器3、照明模塊4、圖像處理與識別5和輸出控制裝置6。上述圖像采集模塊2使用120萬像素CCD相機，照明模塊4使用LED環(huán)形光源，圖像處理與識別模塊5使用工控機。輸出控制裝置由電磁閥控制的噴嘴組成。傳送帶1將待測瓶子輸送到拍照工位，所述光電觸發(fā)裝置3用于檢測瓶子是否到達拍照位置，以便產(chǎn)生脈沖信號輸送到工控機5，工控機發(fā)出信號觸發(fā)相機2拍照;環(huán)形光源4為相機拍照時提供照明以提高圖像質量，CCD相機位于傳送帶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中進行處理;輸出控制裝置與工控機相連，當檢測到不合格產(chǎn)品時輸出控制信號控制噴嘴6噴出顏料對其進行標記。
[0025]參見圖2，本發(fā)明的基于機器視覺對瓶蓋表面生產(chǎn)日期檢測不合格品標記的流程圖。步驟如下:
[0026](1)將工業(yè)相機放置到生產(chǎn)線工件傳送帶正上方的待測工位，待測位置上放置合格瓶蓋的產(chǎn)品，調(diào)節(jié)相機本身曝光補償和環(huán)形光源亮度使得獲取瓶蓋背景圖像與生產(chǎn)日期噴碼對比度達到最大。
[0027](2)啟動傳送帶，待測瓶子隨傳送帶到達拍攝位置，觸發(fā)相機獲取待測瓶蓋圖像，經(jīng)過通道傳送到工控機圖像處理系統(tǒng)。
[0028](3)首先對圖像進行預處理，經(jīng)過多次測試，使用中值濾波效果最好，處理后圖像目標信息增強。
[0029](4)對步驟(4)處理后圖像二值化，根據(jù)圖像灰度直方圖，設定合適的閾值，提高圖像識別率。
[0030](5)在二值化后圖像中找到瓶蓋邊緣作為圓邊，并以圓心為原點建立坐標系。方法如下:第一步，以瓶蓋為基準，設定一個環(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)圓心為起點設置多條射線，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，當線段上某點極性從灰度值1到灰度值0變化時，考慮為所找邊界點。第五步，設定最小邊界強度為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為邊界點組成的圓邊。
[0031](6)將找到圓邊內(nèi)部作為處理區(qū)域，生產(chǎn)日期噴碼作為檢測目標。根據(jù)實際情況，設定合適的檢測目標的像素大小，當檢測目標數(shù)在設定的閾值內(nèi)判斷為合格，否則不合格。
[0032](7)不合格信號經(jīng)工控機輸出，控制打開電磁閥，連接在電磁閥上的噴嘴噴出顏料，標記不合格瓶子，完成標記后，繼續(xù)檢測下一個待測瓶蓋。具體操作步驟如下:
[0033]待測飲料瓶在傳送帶上一次經(jīng)過光電觸發(fā)器，(XD相機和標注單元，已知光電觸發(fā)器距離相機M，相機與噴嘴距離為N，傳送帶速度為V。瓶子經(jīng)過觸發(fā)器時，傳感器給工控機發(fā)送信號記錄當前時間為t，以此為參考時間，相機經(jīng)過Μ/V時間，相機開始拍照采集圖像，經(jīng)工控機檢測判斷后，合格品不發(fā)出信號，不合格品則經(jīng)過N/V輸出控制信號，打開電磁閥，使噴嘴噴出紅色顏料標記瓶子。
[0034]圖3所示，左邊圖像為相機拍攝原始圖像，右圖為調(diào)整相機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)處理判斷更簡單。
[0035]參見圖4，(a)為合格瓶蓋的判斷結果，圖中可以看出瓶邊沿為找到的圓邊，檢測目標時只對圓內(nèi)的噴碼做檢測。(b)為瓶蓋上生產(chǎn)日期不完整時的檢測結果，當生產(chǎn)日期有缺損，不清晰時均會被判斷為不合格。
【主權項】
1.一種基于機器視覺的瓶蓋不合格品標記方法，該方法用LED白色環(huán)形光源照明待測瓶蓋表面，步驟如下: 1)將合格瓶子放置在待測工位，采集瓶蓋的圖像信息，調(diào)節(jié)相機和光源，使采集的瓶蓋背景圖像與其上所噴的生產(chǎn)日期的對比度達到最大，以便后續(xù)的處理； 2)將待檢測的瓶子傳送到待測工位，采集其瓶蓋圖像，對所采集的瓶蓋圖像進行中值濾波預處理，以去除噪音干擾并增強檢測目標信息； 3)根據(jù)實際環(huán)境調(diào)整合適的閾值，對經(jīng)過中值濾波預處理后的圖像進行二值化處理，使二值化后的圖像有效地將背景和目標分開； 4)對3)得到的圖像進行圓定位，找到瓶蓋邊沿作為圓邊，以圓心為原點建立坐標系，采用下列步驟進行圓定位: 一、設定一個環(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，在內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間設置多條固定間隔的搜索線； 四、當搜索線上某點極性從灰度值1到灰度值0變化時，考慮為所找邊界點； 五、利用在各條搜索線上找到的邊界點組成圓邊。 5)根據(jù)合格瓶蓋上的生產(chǎn)日期噴碼的像素點數(shù)預設檢測目標的像素點數(shù)的上下限，利用步驟4)得到的圓邊和已經(jīng)建立的坐標系，將圓內(nèi)設定為感興趣區(qū)域ROI，將ROI內(nèi)生產(chǎn)日期噴碼作為檢測目標，根據(jù)實際情況，設定合適的檢測目標的像素大小，過濾圖像中因光強導致的無關細小像素黑點的影響，若檢測目標的像素點數(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)對于不合格產(chǎn)品，通過串行I/O輸出控制信號，打開電磁閥，利用標注單元的噴嘴噴出帶顏色的標記不合格瓶子。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于機器視覺的瓶蓋不合格品標記方法，該方法用LED白色環(huán)形光源照明待測瓶蓋表面，步驟如下：1)采集合格瓶蓋的圖像信息；2)采集待測瓶蓋圖像；3)對經(jīng)過中值濾波預處理后的圖像進行二值化處理；4)進行圓定位，找到瓶蓋邊沿作為圓邊，以圓心為原點建立坐標系；5)根據(jù)合格瓶蓋上的生產(chǎn)日期噴碼的像素點數(shù)預設檢測目標的像素點數(shù)的上下限，利用步驟4)得到的圓邊和已經(jīng)建立的坐標系，將圓內(nèi)設定為感興趣區(qū)域ROI，將ROI內(nèi)生產(chǎn)日期噴碼作為檢測目標，進行瓶蓋檢測；6)標記不合格產(chǎn)品。本發(fā)明所用算法簡單，步驟少，實現(xiàn)了圖像的快速檢測，檢測效率高；受環(huán)境影響較小，準確率高。
【IPC分類】G01N21/898
【公開號】CN105424722
【申請?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
【申請人】天津大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月5日