一種基于機器視覺技術(shù)的盤紙余量檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及香煙卷接機盤紙檢測方法領(lǐng)域，具體是一種基于機器視覺技術(shù)的盤紙 余量檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 香煙卷接機組有兩個托盤固定盤紙，在香煙卷接生產(chǎn)的過程中，機組在當(dāng)前盤紙 用完之前切換到另一盤以保持生產(chǎn)的連續(xù)性。目前檢測盤紙余量的原理如下：盤紙托盤邊 緣有等距的齒狀凸起，通過接近開關(guān)來檢測齒狀凸起，盤紙每轉(zhuǎn)一圈，接近開關(guān)會產(chǎn)生固定 數(shù)量的脈沖，一般在機器主控器設(shè)置這個脈沖總數(shù)（也就是盤紙轉(zhuǎn)動總?cè)?shù)），系統(tǒng)利用接 近開關(guān)檢測盤紙轉(zhuǎn)動的總?cè)?shù)，到了預(yù)定圈數(shù)后進行盤紙切換。由于輔材提供商對盤紙的 總長沒有嚴(yán)格控制，另外卷軸的直徑也差別較大，因此每卷盤紙的總?cè)?shù)也不一樣。為了避 免設(shè)定圈數(shù)未到時盤紙就已經(jīng)用完造成停機，操作人員一般都把盤紙余量設(shè)置在幾十圈。 這樣每次剩余的盤紙長度往往有十幾米到幾十米，日積月累會造成很大的浪費。
[0003] 在國內(nèi)外煙草行業(yè)中，機器視覺技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，主要應(yīng)用在小包外觀質(zhì) 量檢測、條盒外觀質(zhì)量檢測和制絲過程中的異物探測等。隨著機器視覺技術(shù)的不斷成熟，可 采用機器視覺技術(shù)來檢測盤紙的剩余量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種基于機器視覺技術(shù)的盤紙余量檢測方法，以檢測香煙卷 接機盤紙余量。
[0005] 為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種基于機器視覺技術(shù)的盤紙余量檢測方法，其特征在于：采用圖像傳感器配合 條形光源采集香煙卷接機中盤紙側(cè)面圖像，所述圖像傳感器正對盤紙能展現(xiàn)厚度的側(cè)面， 圖像傳感器的光學(xué)鏡頭垂直于盤紙側(cè)面，條形光源對稱設(shè)置在圖像傳感器兩側(cè)，且條形光 源出射光方向相對于圖像傳感器光學(xué)鏡頭方向分別傾斜45度角，圖像傳感器將采集到的 盤紙側(cè)面圖像傳送至計算機，在計算機中對圖像傳感器采集到的盤紙側(cè)面圖像依次進行濾 波、灰度化、分割處理后，再對分割后的圖像進行垂直投影，接著采用差分法在垂直投影中 查找搜索盤紙兩側(cè)邊緣并計算出盤紙寬度像素數(shù)，最后對差分法計算得出的盤紙寬度像素 數(shù)進行二次擬合后再求平均值，得到更準(zhǔn)確的盤紙寬度像素數(shù)，從而得到盤紙余量。
[0007] 所述的一種基于機器視覺技術(shù)的盤紙余量檢測方法，其特征在于：分割處理時，采 用局部采樣的方法，將灰度化后的圖像分割成許多小塊，在每個小塊中盤紙的彎曲弧度忽 略不計，可看成是平直的，然后分別對每個小塊垂直投影，接著采用差分法在垂直投影中查 找搜索盤紙兩側(cè)邊緣并計算出盤紙寬度像素數(shù)。
[0008] 本發(fā)明的有益效果是：
[0009] 本發(fā)明提出的盤紙余量檢測方法與目前的檢測方法相比，檢測精度大大提高，剩 余盤紙的長度可精確到每一圈，避免了以往剩余幾十圈的浪費。而且采用視覺檢測的方法 可以適應(yīng)不同直徑的卷軸和不同厚度的盤紙，具有廣泛的應(yīng)用空間。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明圖像傳感器及光源安裝角度圖。
[0011] 圖2為圖像傳感器采集的原始圖像。
[0012] 圖3為濾波后的圖像。
[0013] 圖4為灰度后的圖像。
[0014] 圖5為原始圖像與濾波后圖像垂直投影比較，其中：
[0015] 圖5a為原始圖像，圖5b為濾波后圖像。
[0016] 圖6為興趣區(qū)域垂直投影圖，其中：
[0017] 圖6a為第8個興趣區(qū)域垂直投影圖，圖6b為第14個興趣區(qū)域垂直投影圖。
[0018] 圖7為興趣區(qū)域垂直投影差分曲線圖，其中：
[0019] 圖7a為第8個興趣區(qū)域垂直投影差分曲線圖，
[0020] 圖7b為第14個興趣區(qū)域垂直投影差分曲線圖。
【具體實施方式】
[0021] -種基于機器視覺技術(shù)的盤紙余量檢測方法，采用圖像傳感器配合條形光源采集 香煙卷接機中盤紙側(cè)面圖像，圖像傳感器正對盤紙能展現(xiàn)厚度的側(cè)面，圖像傳感器的光學(xué) 鏡頭垂直于盤紙側(cè)面，條形光源對稱設(shè)置在圖像傳感器兩側(cè)，且條形光源出射光方向相對 于圖像傳感器光學(xué)鏡頭方向分別傾斜45度角，圖像傳感器將采集到的盤紙側(cè)面圖像傳送 至計算機，在計算機中對圖像傳感器采集到的盤紙側(cè)面圖像依次進行濾波、灰度化、分割處 理后，再對分割后的圖像進行垂直投影，接著采用差分法在垂直投影中查找搜索盤紙兩側(cè) 邊緣并計算出盤紙寬度像素數(shù)，最后對差分法計算得出的盤紙寬度像素數(shù)進行二次擬合后 再求平均值，得到更準(zhǔn)確的盤紙寬度像素數(shù)，從而得到盤紙余量。
[0022] 分割處理時，采用局部采樣的方法，將灰度化后的圖像分割成許多小塊，在每個小 塊中盤紙的彎曲弧度忽略不計，可看成是平直的，然后分別對每個小塊垂直投影，接著采用 差分法在垂直投影中查找搜索盤紙兩側(cè)邊緣并計算出盤紙寬度像素數(shù)。
[0023] 圖像傳感器及光源的安裝角度如圖1所示，圖像傳感器正對盤紙的側(cè)面安裝，光 學(xué)鏡頭與盤紙側(cè)面垂直，圖像傳感器拍攝到的是盤紙側(cè)面的正面圖像，中間的白色盤紙與 兩側(cè)的深色背景形成鮮明對比。兩個條形光源裝于圖像傳感器兩側(cè)，傾斜大約45度，光源 的照射角度可微調(diào)，該照明方式既保證將盤紙照亮又避免盤紙反射光線進入鏡頭影響成像 質(zhì)量。
[0024] 圖2是圖像傳感器采集到的原始圖像，由于外部背景等因素造成采集來的圖像上 有噪點，垂直投影后圖像上會有些小毛刺，如圖5 (a)所示，雖然這些小毛刺不明顯，但是把 圖像分割成許多小塊時，這些小毛刺會對投影后查詢搜索盤紙邊緣造成干擾，所以采用均 值濾波先對原始圖像進行濾波，去掉這些小噪點。圖3是采用均值濾波方法得到的濾波后 圖像。圖5(b)是濾波后圖像的垂直投影，可看到，濾波后曲線明顯平坦很多，小毛刺的影響 變小了。圖4是對濾波后的圖像灰度化后結(jié)果。灰度化是為了將圖像傳感器拍攝到的彩色 圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，如果采用的是黑白圖像傳感器則不需要進行灰度化處理。
[0025] 因為盤紙的圖像有一定的弧度，直接采用投影的方法查找盤紙的邊緣得到的盤紙 寬度誤差會較大，本發(fā)明采用局部采樣的方式，將灰度化后的圖像分割成許多小塊，在每個 小塊中盤紙的彎曲弧度忽略不計，可看成是垂直的。然后對每個小塊垂直投影，通過差分法 查找盤紙邊緣得到盤紙寬度，接著對盤紙寬度數(shù)據(jù)進行二次擬合，求平均值，得到準(zhǔn)確的盤 紙寬度。具體步驟如下：
[0026] 1.在灰度化后的圖像中選取k個興趣區(qū)域，每個興趣區(qū)域的寬度都是圖像的寬 度，高度為η個像素。選取的方式為自上而下，每隔η個像素的高度取一個興趣區(qū)域。η值 越小，得到的結(jié)果越精確，同時處理計算量也更大一些，可根據(jù)需求選擇合適的η值。
[0027] 2.對這k個興趣區(qū)域的圖像分別進行垂直投影，計算公式如下：
[0028]
[0029] 其中P"[j]為第m個興趣區(qū)域的投影曲線，Qni(Lj)為第m個興趣區(qū)域的灰度圖像 上第i行、第j列像素的灰度值，width為灰度圖像的寬度，這樣可得到k個一維投影數(shù)組。 圖6(a)和（b)所示的是其中的兩個興趣區(qū)域投影曲線。
[0030] 3.在興趣區(qū)域的投影曲線中，有盤紙和無盤紙的區(qū)域亮度差異很大，如圖6所示， 中間有盤紙區(qū)域亮度很高，可通過差分法查找將他們區(qū)分開來。將一維數(shù)組PniU]中數(shù)據(jù) 右移兩位后與本身相減可得到差分函數(shù)S"[j]，所圖7所示，圖（a)和（b)是對應(yīng)于圖6中 兩個興趣區(qū)域投影曲線的差分曲線，可以看到，在盤紙左右邊緣處會形成一個明顯陡峭的 波峰和波谷。對差分函數(shù)S"[j]進行查找，記錄下S"[j]最大值和最小值時的」值\[!11]和 Xiim]，計算公式如下：
[0031]
[0032] 可得到k組盤紙的左邊緣位置XJm)以及右邊緣位置Xr (m)。然后將每個興趣區(qū) 域的右邊緣位置減去其左邊緣位置可得到盤紙寬度Y[m]。
[0033] 4.對k組盤紙寬度數(shù)據(jù)Y[m]二次擬合：求Y[m]平均值，將其與Y[m]進行比較， 去掉差值大于c的數(shù)據(jù)，得到新的數(shù)據(jù)M(X)，再對M(X)求平均值，可得到準(zhǔn)確的盤紙寬度數(shù) 據(jù)Ave，計算公式如下：
[0034]
[0035] 在本例中，盤紙厚度約為0. 04mm，采用的圖像傳感器分別率為1280*960。
[0036] 取k = 2 0、η = 18按上述步驟計算得到的盤紙寬度數(shù)據(jù)如表1所示。二次擬合 后盤紙寬度為131像素，此時盤紙圈數(shù)為42圈，則每圈的像素約為3個，剩余盤紙的長度可 精確到每一圈，與目前的檢測方法相比，檢測精度大大提高。如果檢測厚度更小的盤紙，可 以采用更高分辨率的圖像傳感器。
[0037] 表1是選取20個興趣區(qū)域后垂直投影查找得到的盤紙左右側(cè)邊緣位置
[0038]
【主權(quán)項】
1. 一種基于機器視覺技術(shù)的盤紙余量檢測方法，其特征在于：采用圖像傳感器配合條 形光源采集香煙卷接機中盤紙側(cè)面圖像，所述圖像傳感器正對盤紙能展現(xiàn)厚度的側(cè)面，圖 像傳感器的光學(xué)鏡頭垂直于盤紙側(cè)面，條形光源對稱設(shè)置在圖像傳感器兩側(cè)，且條形光源 出射光方向相對于圖像傳感器光學(xué)鏡頭方向分別傾斜45度角，圖像傳感器將采集到的盤 紙側(cè)面圖像傳送至計算機，在計算機中對圖像傳感器采集到的盤紙側(cè)面圖像依次進行濾 波、灰度化、分割處理后，再對分割后的圖像進行垂直投影，接著采用差分法在垂直投影中 查找搜索盤紙兩側(cè)邊緣并計算出盤紙寬度像素數(shù)，最后對差分法計算得出的盤紙寬度像素 數(shù)進行二次擬合后再求平均值，得到更準(zhǔn)確的盤紙寬度像素數(shù)，從而得到盤紙余量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機器視覺技術(shù)的盤紙余量檢測方法，其特征在于： 分割處理時，采用局部采樣的方法，將灰度化后的圖像分割成許多小塊，在每個小塊中盤紙 的彎曲弧度忽略不計，可看成是平直的，然后分別對每個小塊垂直投影，接著采用差分法在 垂直投影中查找搜索盤紙兩側(cè)邊緣并計算出盤紙寬度像素數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于機器視覺技術(shù)的新型盤紙余量檢測方法，通過圖像傳感器采集剩余盤紙側(cè)面（即厚度）的圖像并傳送給計算機，由計算機通過圖像處理技術(shù)對側(cè)面的圖像進行處理并判斷剩余量，當(dāng)達到設(shè)定值時向卷接機組發(fā)送切換信號。本發(fā)明可以把盤紙剩余量控制的很低，避免了以往過多的剩余量而造成的浪費，并且可以適應(yīng)不同直徑的卷軸和不同厚度的盤紙，具有廣泛的應(yīng)用空間。
【IPC分類】B65H26/06, A24C5/00
【公開號】CN105000411
【申請?zhí)枴緾N201510418902
【發(fā)明人】朱文祥, 龔燦, 裴全喜, 張義偉
【申請人】中國電子科技集團公司第四十一研究所
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年7月14日