一種基于工業相機的鋪葉臺煙葉擺把監控裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于工業相機的鋪葉臺煙葉擺把監控裝置。所述監控裝置包括鋪葉臺、位于鋪葉臺上方的工業相機及計算機；所述鋪葉臺為白色或乳白色的煙葉運輸帶，把煙葉輸送帶平均分為若干個格子，在每個格子的其中一個斜上角以及與其對應的斜下角標記小數字、字母或文字，在每個格子的中間區域標記大數字、字母或文字；數字、字母或文字的顏色明顯區別于煙葉輸送帶和煙葉的顏色；鋪葉前后，以煙葉輸送帶的邊緣作為基準線，采用工業相機實時獲取煙葉輸送帶每個格子上的圖像。本實用新型提供的監控裝置將特征提取、圖像識別、顏色的提取與統計學結合在一起，解決了對鋪葉規整性的實時定量判斷，提高了煙葉切把的利用率。
【專利說明】
一種基于工業相機的鋪葉臺煙葉擺把監控裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于煙葉鋪葉技術領域，尤其涉及一種基于工業相機的鋪葉臺煙葉擺把監控裝置。
【背景技術】
[0002]鋪葉是打葉復烤自原煙倉庫之后的重要一環，其主要的作用一方面在于配方打葉的物理配比的控制；另一方面在于，鋪葉的規整控制利于原煙的切把;在配方打葉領域，往往會遇到較多的原煙等級，加上工業自身的工業分級，使得常規的分選后的煙葉等級可以多達40種之上，在傳統的鋪葉模式下，由于任務量比較大，原煙在麻包內擺放不是很規整，以及在管理上不能量化要求，使得經常在鋪葉環節的擺把上產生如下的現象(I)鋪葉時間不均勻；(2)鋪葉傾斜；(3)鋪葉比較凌亂;造成了部分的把頭沒有切掉以及部分煙葉混入了把頭里面，降低了煙葉的利用率。
[0003]針對現有的鋪葉模式，還未有合適的鋪葉監控裝置實時監控鋪葉的擺把狀態，測算擺放煙葉的合格率等量化標準。
【實用新型內容】
[0004]針對現有技術的不足，本實用新型提供一種基于工業相機的鋪葉臺煙葉擺把監控裝置。本實用新型從工業相機拍攝的圖像中提取煙葉的物理特征信息以及顏色信息，來監控鋪葉臺上的煙葉擺放是否規整，測算擺放煙葉的合格率。
[0005]本實用新型的技術方案如下:本實用新型還提供一種基于工業相機的鋪葉臺煙葉擺把監控裝置，所述監控裝置包括鋪葉臺，位于鋪葉臺上方的工業相機以及計算機；
[0006]所述鋪葉臺為白色或乳白色的煙葉運輸帶，煙葉運輸帶上采用數字、字母或文字來標記鋪葉區域，把煙葉輸送帶平均分為若干個格子，在每個格子的其中一個斜上角及其對應的斜下角標記小數字、字母或文字，在每個格子的中間區域標記大數字、字母或文字；數字、字母或文字的顏色明顯區別于煙葉輸送帶和煙葉的顏色;校正好工業相機，鋪葉前后，以煙葉輸送帶的邊緣作為基準線，實時獲取煙葉輸送帶每個格子上的圖像，工業相機拍攝圖像后通過有線或無線的方式發送到計算機中，由計算機處理后評價鋪葉的規整性。
[0007]所述鋪葉區域上標記的數字、字母或文字是在煙葉輸送帶制作過程中通過有色橡膠熱合在輸送帶表面。
[0008]所述工業相機位于煙葉輸送帶上方的支架上，距煙葉輸送帶的距離為1200?1800mmo
[0009]本實用新型提供的監控裝置工作原理如下:利用工業相機采集的圖像來解決煙葉擺把不規范的問題，由于輸送帶的背景是白色或乳白色，與煙葉的橘黃區域有較大的色彩差別，因此煙葉的主體區域的擺放是否規整可以從圖像上識別出來。對于煙葉自身而言，由于煙梗顏色較煙葉主體色域顏色偏深，因此可以進一步定位到煙葉的把頭的方向；事先在白色輸送帶上用紅色數字(字母、文字均可)標記好區域，把每個區域分配給不同的操作員，因此可以把煙葉擺放的位置與具體的操作員進行關聯上，能夠評價每個操作員鋪葉的規范性，為進一步運用工業圖像來監控擺把的規范性提供了必要的應用條件以及理論依據。
[0010]所述基于工業相機的鋪葉臺煙葉擺把監控方法，包括以下步驟:
[0011 ]步驟(I)在鋪葉臺上用數字、字母或文字來標記鋪葉區域，標記的方法為把煙葉輸送帶平均分為若干個格子，在每個格子的其中一個斜上角及其對應的斜下角標記小數字、字母或文字，在每個格子的中間區域標記大數字、字母或文字;數字、字母或文字的顏色與輸送帶、煙葉的顏色有明顯區別，鋪葉前后，以輸送帶的邊緣作為基準線，分別基于在線工業相機實時獲取每個格子的圖像；
[0012]—般來說，煙葉輸送帶有幾十米，將輸送帶平分成若干個格子，每個格子的長度為600?1000mm，可以根據實際情況調整格子的長度。每個格子上可以標記不同的數字、字母或文字，也可以取M個數字、文字或字母，然后在輸送帶的每個格子上分別依次標記，比如采用5個數字進行標記，在輸送帶每個格子上依次標記1234512345…，直至輸送帶上的格子標記完成;標記方式也可根據實際操作方便而設定;然后把不同的標記區域分配給相應的操作員，因此可以把煙葉擺放的位置與具體的操作員進行關聯上，進而能夠評價每個操作員鋪葉的規范性，提高鋪葉的規整性。
[0013]步驟(2)計算機對工業相機采集的圖像進行圖像處理，識別鋪葉后煙葉所在的格子區域對應的數字、字母或文字標記，識別煙葉的主體區域以及主體區域中煙葉擺把的傾角，識別煙葉的色差分布，評價該每個格子區域的煙葉擺把規整性，分析鋪葉結果，最后保存原始圖像以及分析結果，可以按照班次統計鋪葉的合格率，也可以按照鋪葉類型統計分析每個班次的合格率，也可以按照鋪葉區域的標記統計的合格率，最后生成鋪葉日志及報表。
[0014]識別鋪葉后煙葉所在的格子區域對應的數字、字母或文字標記:
[0015]鋪葉前，抓取每個格子的圖像，依次采用工業相機把每個格子的圖像保存;然后定位到每個格子斜上角或斜下角的標記區域，標記區域所在圖像上的像素區域為[al:a2，bl:匕2]，如圖1所示，&1，&2沁^2為標記區域的坐標值，將標記區域的圖像進行濾波降噪處理，獲取圖像的RGB空間矩陣，然后進行灰度處理，得到灰度矩陣定義為MI(i)，i = l，2，3，…，n，η為格子總數；
[0016]鋪葉后抓取煙葉所在格子的圖像，取出對應[al:a2，bl:b2]像素區域的標記區域，將該標記區域的圖像進行濾波降噪處理，獲取圖像的RGB空間矩陣，然后進行灰度處理;得到灰度矩陣記為TI;
[0017]定義σ為圖像矩陣的相似度，計算
[0018]σ(?)= I |T1-MI(i) |
[0019]=sqrt(Sum(sum((T1-MI(i)).*(T1-MI(i)))))(l)
[0020]最小σ值所對應的i即為鋪葉后抓取圖像的格子的序號，即識別出鋪葉后煙葉所在的格子區域對應的數字、字母或文字標記。
[0021]煙葉主體區域的識別:通過圖像的色彩分割獲取煙葉所在的圖片區域，對煙葉所在的圖片區域進行濾波去除噪聲，獲取圖像的RGB空間矩陣，然后進行灰度處理和二值化處理，得到灰度矩陣G;
[0022]根據灰度矩陣G得到每個格子區域圖像的連通關系；并計算每個格子的圖像中煙葉連通區域的面積，尋找最大區域面積Al與次大區域面積A2，剔除其它小塊的面積；
[0023]如果Al> 70%，則Al為煙葉的主體區域，代表整體煙葉的鋪葉方向；
[0024]如果Al>50%，A2 > 30%，則這兩個區域為煙葉的主體區域，分別代表著煙葉的鋪葉方向；
[0025]如果Al〈50%，則煙葉鋪葉的方向十分零散，不規整；
[0026]煙葉擺把傾角的計算:根據灰度矩陣G識別煙葉主體區域后，提取煙葉主體區域的輪廓信息，提取輪廓信息的骨骼中心線，根據提取的骨骼中心線數據，運用MCCV(蒙特卡洛交叉驗證)剔除異常點，根據PLS(偏最小二乘)進行線性擬合;根據擬合的數據，計算擬合線與鋪葉輸送帶邊緣的夾角，該夾角即為煙葉擺把的傾角。
[0027]識別煙葉的色差分布:將鋪葉后的每個格子的圖像進行濾波去除噪聲，獲取圖像的RGB空間矩陣，再進行灰度處理，按照灰度等級從小到大進行排序，選取小于？％的灰度數據，P的閾值的根據煙梗所占整個煙葉的比例確定，計算小于P%的灰度數據的空間分布距離;采用去頭截尾的辦法計算空間分布距離的平均值;從而得到二值圖，根據二值圖可直接判別出煙梗和煙葉色差分布。
[0028]鋪葉的規整性評價:如果鋪葉傾角為90±10度，煙葉把頭方向顏色下深上淺為鋪葉標準且規整;顏色下淺上深為鋪葉標準但不規整;如果鋪葉傾角不在90± 10度范圍內，煙葉把頭方向顏色下深上淺為鋪葉不標準，但規整，顏色下淺上深為鋪葉不標準且不規整;如果深色顏色分布離開輸送帶擺把側的垂直距離超過該方向邊框長度的10%，則判定鋪葉較為凌亂，不合格。
[0029]本實用新型通過工業相機獲取鋪葉臺上方的圖像數字等，通過擺把的煙葉圖像的色彩空間來判別煙葉主體擺把的傾角以及煙葉色差的分布區域;具體地，在實際的生產線的識別過程中，首先獲取現場每個格子所有煙葉的圖像，對圖像進行預處理，去噪，濾波，提取煙葉圖像的顏色信息，對濾波后的圖像數據進行物理特征信息的提取，然后運用矩陣的相似性來識別擺放煙葉的位置信息;根據圖像中聯通區域的識別，來定位到主體的擺放煙葉，以及擺放煙葉的角度;根據原始圖像的色彩空間的顏色深淺，來識別深色顏色區域的分布來判別煙葉擺放是否凌亂;并結合管理規范，形成具體工位的鋪葉考核系統。
[0030]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:本實用新型提供的監控裝置將特征提取、圖像識別、顏色的提取與統計學結合在一起，快速地解決了對鋪葉規整性的實時定量判斷，為規范鋪葉，提高了煙葉切把的利用率，產生了很大的經濟價值。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為標記區域的像素區域坐標圖；
[0032]圖2為基于工業相機的鋪葉臺煙葉擺把監控裝置的結構圖；
[0033]圖3為煙葉輸送帶的鋪葉區域圖；
[0034]圖4為煙葉主體區域中煙葉擺把傾角計算圖；
[0035]圖5為煙葉主體色差分布圖；
[0036]圖6為所述基于工業相機的鋪葉臺監控方法的流程圖；
[0037]圖中標記:1-煙葉運輸帶(鋪葉臺)，2_工業相機，3-支架，4-鋪葉區域；
【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型的技術方案做進一步詳細說明。
[0039]實施例1
[0040]所述基于工業相機的鋪葉臺煙葉擺把監控裝置如圖2、圖3所示，所述監控裝置包括鋪葉臺、工業相機2及計算機；
[0041 ]鋪葉臺為白色的煙葉運輸帶I，煙葉運輸帶I上采用數字(I?8)來標記鋪葉區域4，標記方式如圖3所示，即把鋪葉輸送帶I平均分為若干個格子，8個格子為一組，在每個格子的其中一個斜上角及其對應的斜下角標記紅色小數字，在每個格子的中間區域標記紅色大數字;校正好工業相機，鋪葉前后，以煙葉輸送帶的邊緣作為基準線，實時獲取煙葉輸送帶每個格子上的圖像，工業相機拍攝圖像后通過有線或無線的方式發送到計算機中，由計算機處理后評價鋪葉的規整性。
[0042]工業相機2位于煙葉運輸帶I上方的支架3上，工業相機2距煙葉輸送帶I的距離為1500mmo
[0043]鋪葉區域上標記的數字在煙葉輸送帶I制作過程中通過有色橡膠熱合在輸送帶表面。
[0044]監控裝置的監控方法如下，流程圖如圖6所示；
[0045]步驟(I)鋪葉前后，以煙葉輸送帶的邊緣作為基準線，分別基于在線工業相機實時獲取每個格子的圖像；
[0046]步驟(2)計算機對工業相機采集的圖像進行處理，識別鋪葉后煙葉所在的格子區域對應的數字標記，識別煙葉主體區域以及主體區域中煙葉擺把的傾角，識別煙葉的色差分布，評價該每個格子區域的煙葉擺把規整性，分析鋪葉結果，最后保存原始圖像以及分析結果，生成鋪葉日志及報表，操作流程圖如圖6所示。
[0047]識別鋪葉后煙葉所在的格子區域對應的數字標記:
[0048]鋪葉前，抓取每個格子的圖像，依次采用工業相機把每個格子的圖像保存;然后定位到每個格子斜上角的標記區域，標記區域所在圖像上的像素區域為[al:a2，b1:b2](如圖1所示，ai，a2 AA2為標記區域的坐標值)，將標記區域的圖像進行濾波降噪處理，獲取圖像的1?^空間矩陣，然后進行灰度處理，得到灰度矩陣定義為犯(1)，1 = 1，2，3^_，11，11為格子總數；
[0049]注:圖1中，橫坐標X為輸送帶垂直方向，縱坐標y為輸送帶運輸方向，aib2_aibi表征的是皮帶邊緣線(靠近鋪葉處)，&?2-&Λ2表征的是皮帶上的工位紅線；
[0050]鋪葉后抓取煙葉所在格子的圖像，取出對應[a1:a2，b1:b2]像素區域的標記區域，將該標記區域的圖像進行濾波降噪處理，獲取圖像的RGB空間矩陣，然后進行灰度處理;得到灰度矩陣記為TI;
[0051]定義σ為圖像矩陣的相似度，計算
[0052]σ(?)= I |T1-MI(i) |
[0053]=sqrt(Sum(sum((T1-MI(i)).*(T1-MI(i)))))(l)
[0054]最小σ值所對應的i即為鋪葉后抓取圖像的格子的序號，即識別出鋪葉后煙葉所在的格子區域對應的數字標記，求得抓取的圖片的數字序號為8。
[0055]煙葉主體區域的識別:通過圖像的色彩分割獲取煙葉所在的圖片區域，對煙葉所在的圖片區域進行濾波去除噪聲，獲取圖像的RGB空間矩陣，然后進行灰度處理和二值化處理，得到灰度矩陣G;
[0056]根據灰度矩陣G來判別每個像素坐標點周圍是否有相同灰度的數據分布，具體的而言就是遍歷標記圖像，按標記圖像的像素值索引標記集合，找到標記集合中代表當前集合最小的值賦值給原圖像當前位置的像素得到煙葉每個格子區域圖像的連通關系;并計算每個格子的圖像的煙葉連通區域的面積，尋找最大區域面積Al與次大區域面積A2，剔除其它小塊的面積；
[0057]在本實施例中，Al〈50%，煙葉鋪葉是方向十分零散，不規整；
[0058]煙葉擺把傾角的計算:根據灰度矩陣G識別煙葉主體區域后，提取煙葉主體區域的輪廓信息，提取輪廓信息的骨骼中心線，根據提取的骨骼中心線數據，運用MCCV剔除異常點，根據PLS進行線性擬合;根據擬合的數據，計算擬合線與鋪葉輸送帶邊緣的夾角，該夾角即為煙葉擺把的傾角，計算傾角為32度，如圖4示，圖中從左至有依次為根據灰度矩陣得到的煙葉的主體區域圖、為煙葉的連通區域圖、擬合曲線圖；
[0059]其中計算傾角的方法具體為:
[0060]設y為因變量(輸送帶運輸方向像素點坐標)，x為自變量(輸送帶垂直方向像素點坐標)，多元線性回歸的理論模型為
[0061]γ = βο+βιχ；
[0062I運用PLS來求解系數[βο,βι]
[0063]然后根據如下的公式來計算擬合線與X軸(主體煙葉與輸送帶垂直方向的夾角)計算公式為:如果βι>0，傾角
[0064]ql=atan((sl))*180/3.145926;，如果βι<0，傾角為
[0065]ql =atan( (βι) )*180/3.145926+180 ；
[0066]識別煙葉的色差分布:將鋪葉后的每個格子的圖像進行濾波去除噪聲，獲取圖像的RGB空間矩陣，再進行灰度處理，按照灰度等級從小到大進行排序，選取小于？％的灰度數據，P的閾值的根據煙梗所占整個煙葉的比例確定，計算小于P%的灰度數據的空間分布距離;采用去頭截尾的辦法計算空間分布距離的平均值;從而得到二值圖，根據二值圖可直接判別出煙梗和煙葉色差分布，并計算深色顏色分布點距離輸送帶垂直距離占圖像長度的百分比；色差分布圖如圖5所示，圖中深色區域為煙梗所在位置，本實施例中？％的取值為10%。
[0067]鋪葉的規整性評價:煙葉主體區域的煙葉擺把傾角為32度，深色顏色分布離開輸送帶擺把側的垂直距離超過該方向邊框長度的10%，判定為鋪葉較為凌亂，不合格。
【主權項】
1.一種基于工業相機的鋪葉臺煙葉擺把監控裝置，其特征在于，所述監控裝置包括鋪葉臺，位于鋪葉臺上方的工業相機以及計算機； 所述鋪葉臺為白色或乳白色的煙葉運輸帶，煙葉運輸帶上采用數字、字母或文字來標記鋪葉區域，把煙葉輸送帶平均分為若干個格子，在每個格子的其中一個斜上角及其對應的斜下角標記小數字、字母或文字，在每個格子的中間區域標記大數字、字母或文字;數字、字母或文字的顏色明顯區別于煙葉輸送帶和煙葉的顏色;校正好工業相機，鋪葉前后，以煙葉輸送帶的邊緣作為基準線，實時獲取煙葉輸送帶每個格子上的圖像，工業相機拍攝圖像后通過有線或無線的方式發送到計算機中，由計算機處理后評價鋪葉的規整性。2.如權利要求1所述的基于工業相機的鋪葉臺煙葉擺把監控裝置，其特征在于，所述鋪葉區域上標記的數字、字母或文字是在煙葉輸送帶制作過程中通過有色橡膠熱合在輸送帶表面。3.如權利要求1所述的基于工業相機的鋪葉臺煙葉擺把監控裝置，其特征在于，所述工業相機位于煙葉輸送帶上方的支架上，距煙葉輸送帶的距離為1200?1800mm。
【文檔編號】G06T7/00GK205427956SQ201620168784
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月4日
【發明人】戴永生, 張軍, 周德榮, 薛慶逾, 黃琨, 伍俊文, 吳國敏, 沈榮, 李永堅, 石超
【申請人】紅塔煙草（集團）有限責任公司楚雄卷煙廠