[发明专利]基于嵌入式处理器的分布式纸病检测系统及方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及基于机器视觉的纸张缺陷检测技术领域，尤其涉及一种基于嵌入式处理器的分布式纸病检测系统及方法。

背景技术

纸张生产过程中，纸幅表面会不可避免地产生一些缺陷，即纸病，如：斑点、孔洞、皱褶、刮痕等,这些外观纸病是会严重影响纸张质量，因此纸病检测是生产过程中的一个重要环节。传统的纸病检测由人工完成，但现代造纸业具有纸幅宽、速度快的特点，依靠人工检测纸页纸病已不能满足要求。近年来，随着机器计算机和数字图像处理技术的发展，基于机器视觉的纸病在线监测系统在一些大型造纸企业得到了广泛应用，该系统能够快速、有效的实现纸幅纸病在线检测。但在这种系统中，纸病检测主要依靠运行在PC机上的图像处理软件实现，这种检测方案一方面不利于实现大型分布式在线检测，另一方面由于其构建成本一般都比较高，在中小规模的造纸企业的应用受到限制。针对这些问题，基于嵌入式处理器的机器视觉技术逐步应用到的纸病检测领域中，并出现了一些应用系统，这些系统大多采用高速DSP芯片作为纸病图像分析的核心处理器，一定程度上克服了基于PC机的纸病检测的缺点，但由于纸病图像的采集、预处理、纸病检测等所有的处理操作都由DSP完成， DSP的本身运算负荷就非常大，而且DSP芯片还需频繁与外部存储设备进行数据交换，因此对于实时在线检测，时间裕量不够，采用这种技术方案的速度提升有限。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有纸病检测技术存在的缺陷，提供一种基于嵌入式处理器的分布式纸病检测系统，其构成成本低、速度提升空间大、易于实现分布式检测，可实现黑斑、孔洞、褶皱、刮痕等常见纸病的在线检测。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于嵌入式处理器的分布式纸病检测系统，它包括至少一组高速相机，高速相机安装在运动纸幅上方，在运动纸幅下方则设有LED光源；高速相机与嵌入式纸病检测处理器连接，嵌入式纸病检测处理器通过以太网交换机与中心服务器通信；其中，嵌入式纸病检测处理器由FPGA和DSP协作实现，包括FPGA内的图像采集单元，它与FPGA内的双口RAM、纸病图像预处理单元、以太网接口控制单元以及FPGA外的千兆网控制与收发芯片依次通信；纸病图像预处理单元与纸病检测DSP、高速SRAM通信；图像采集单元通过LVDS/ LVTTL转换芯片采集图像数据，通过LVTTL/ LVDS转换芯片控制高速相机；纸病图像预处理单元接收图像采集单元的图像数据，并对其进行预处理，纸病检测DSP接收纸病图像预处理单元的图像数据，并进行纸病检测；以太网接口控制单元一方面控制千兆网控制与收发芯片接收来自以太网的相机设置参数，并将其传送至图像采集单元，另一方面接收来自图像预处理单元的纸病检测结果数据，并控制千兆网控制与收发芯片将其传送至以太网。

所述高速相机由多路工业用线阵CCD相机组成，横向并排安装在运动纸幅的上方；每路相机通过Camera Link线缆连接到各自的嵌入式纸病检测处理器。

 一种采用基于嵌入式处理器的分布式纸病检测系统的检测方法，它的步骤为：

（1）参数设置

通过中心服务器的前台检测软件操作，对各路高速相机的行频、曝光时间以及图像尺寸等参数进行设置；

（2）检测启动

参数设置完成后，通过中心服务器的前台检测软件发出纸病检测命令，该命令通过以太网传送至各路嵌入式纸病检测处理器，启动在线纸病检测；

（3）纸页图像采集

各路嵌入式纸病检测处理器通过FPGA内的图像采集单元和Camera Link接口将相机采集的纸页图像数据保存到FPGA内的双口RAM中；

（4）图像预处理

嵌入式纸病检测处理器通过FPGA内的图像预处理单元从双口RAM中读取图像数据，并对其进行中值滤波及分段灰度线性变换预处理；

（5）纸病检测与定位

预处理后的图像数据输入纸病检测DSP，纸病检测DSP利用阈值分割法将图像中亮斑、刮痕类高亮度纸病区域和黑斑、褶皱类低亮度纸病区域分别从背景中分离出来；然后计算各个纸病区域的圆形度，并根据圆形度区分孔洞与刮痕、黑斑与褶皱；

（6）如果纸病检测DSP检测到纸页图像中存在纸病，则将每个纸病的类型、面积、位置参数及相应纸病图像通过千兆以太网传送至中心服务器；

（7）中心服务器通过多个子窗口对多路检测结果及纸病图像进行更新显示，同时将其保存到后台数据库中。