[发明专利]一种基于图像处理的瓶装液体杂质检测系统及其检测方法

摘要

本发明公开了一种基于图像处理的瓶装液体杂质检测系统及其检测方法。检测系统包括机械部分和机器视觉部分，机械部分包括步进电机、传送带、定滑轮和机械夹持装置；机器视觉部分包括拍照暗箱及相关内部构造、FPGA板、通信串口、显示模块、报警模块和上位机软件。该系统的检测方法如下：采集图像；通过种子填充算法使图像从背景中分割出来；模糊处理滤除椒盐噪声及干扰像素；二值化处理提高对比度；通过腐蚀与膨胀操作使图像全部连接去除细小噪声，使杂质变得清晰可见；最后进行轮廓跟踪和提取获得杂质数量、形状和位置。本发明提高了图像获取和处理速度，从而代替人工检测，达到提高检测速度、质量及生产效益的目的。

主权项

1.一种基于图像处理的瓶装液体杂质检测系统的检测方法，其特征在于：检测系统包括拍照暗箱、传送带、步进电机、定滑轮、显示模块、报警模块、通信模块、采集模块和上位机；传送带两端分别和步进电机与定滑轮相连，传送带穿过拍照暗箱，拍照暗箱的传送带进口位置的外侧安装有第一遮光板，拍照暗箱的传送带出口位置的外侧安装有第二遮光板，拍照暗箱的顶部分别安装有第一机械夹持装置和第二机械夹持装置，拍照暗箱的前端内侧安装有工业相机，并且工业相机位于拍照暗箱的中心线位置，工业相机前端安装有图像分割板，图像分割板中央开有瓶形空洞，图像分割板前端安装有红外接收管组，红外接收管组包括第一红外接收管、第二红外接收管和第三红外接收管，第二红外接收管位于拍照暗箱的中心线右侧，第一红外接收管和第三红外接收管分别位于第二中外接收管的两侧，拍照暗箱的后端内侧安装有三个日光灯，三个日光灯前端安装有滤光板，滤光板前端安装有红外发送管组，红外发送管组包括第一红外发送管、第二红外发送管和第三红外发送管，第一红外发送管和第一红外接收管对称安装在传送带两侧，第二红外发送管和第二红外接收管对称安装在传送带两侧，第三红外发送管和第三红外接收管对称安装在传送带两侧；红外接收管组、第一机械夹持装置、第二机械夹持装置、步进电机、显示模块、通信模块、报警模块分别与采集模块相连，上位机与通信模块相连，上位机接收工业相机采集到的图像；包括以下几个步骤：Step1：利用CMOS工业相机采集待检品图像并存储：用安装在暗箱1内部中心线一侧的CMOS工业相机提取一个待检品的透明瓶身图像；Step2：利用种子填充算法把图像从背景中分割出来，步骤如下：a)选取一起始种子点，获得基准颜色，将种子点压入堆栈；b)从堆栈中取出一个像素，依次对该像素的左右连通像素进行填充，并在填充过程中判断每个填充位置的上下两行中相邻像素是否需要填充，将需要填充的相邻像素压入堆栈；c)对堆栈中的像素进行检查，去除已被填充的像素；d)重复b)、c)直至堆栈为空；Step3：通过模糊操作对图像进行滤波处理；这样可以有效的去除图像中的椒盐噪声，滤除不必要的干扰像素从而提高图像处理结果准确度；Step4：通过二值化处理提高图像对比度；其主要作用是为后续工作打基础，其原理是根据设定好的阈值把图像分成黑白两色，即0与1；这样图像的对比度达到最高，高于一定灰度的杂质变的清晰可见；Step5：腐蚀操作和膨胀操作；二者结合称之为图像的形态学处理；膨胀操作与腐蚀操作都是针对白色区域，此时瓶身为黑色，所以腐蚀操作可以让黑色瓶身部分区域扩大，膨胀操作与其相反让其收缩，二者结合可以让图像中连通的区域全部连接，并且去除细小噪声，使用中膨胀与腐蚀次数可尝试选择，让膨胀次数与腐蚀次数相等，保证图像在处理后最大程度接近原图效果；Step6：轮廓提取并对杂质轮廓进行绘制；经过形态学处理后的杂质已经变得清晰可见，并且瓶身已全部连接上保证不被误认为杂质，利用OpenCV图像处理函数库中的cvFindContours()函数把二值化图像中的杂质轮廓储存起来，然后把储存起来的杂质轮廓用矩形框标记出来；Step7：统计杂质数量并显示结果；运用画灰度明显区域进行画矩形并且统计矩形数量，从而计算出杂质数量；此方案较为合理并且适合实际应用，最终效果可以保证良好的识别度及准确度；上位机软件具体分为两种工作方式：1)自动模式：传送带将瓶装杂质液体送往拍照暗箱内部，当瓶装液体到达暗箱机械夹持装置位置时，瓶子会被夹起进行翻转动作使所有杂质都悬浮于瓶内，之后被放下继续向前传送；相机前方有一带瓶形空洞的图像分割板，刚好能够看全杂质液体瓶抛除瓶盖以外的轮廓；当瓶盖遮挡住红外发送管所发出的信号时，红外接收管接收不到信号，产生电平变化并被采集模块采集，通过通信模块传输给上位机；此时触发软件自动拍照，经一系列算法处理，人机交互界面会分别展示出处理前和处理后的图像，结果显示区域显示是否有杂质，杂质的数量和瓶子的编号；当有杂质时，报警框自动变红，提示有杂质；界面为方便工作人员调试设备和查看结果，更增加了调节阈值功能；在实际中，阈值根据当前的环境可设置成固定值；在一条流水线通过后，上位机软件会自动统计识别信息，并且保存为文档，方便人员查看处理结果以及了解生产线合格效率；若产品不合格则标定杂质位置和轮廓并由报警模块发出报警信号，通过夹持装置放入倾斜的分离轨道；若合格则直接沿合格品轨道向前传送；整个检测过程的杂质数量及合格率均会被记录保存，下位机也可通过显示模块显示处理结果；2)手动模式：当传送带将待检测瓶装液体送到拍照暗箱，整个瓶身出现在上位机界面时，手动点击拍照按钮进行拍照，之后操作与自动模式类似，此模式可以用来进行参数调试。