一種基于可見(jiàn)光通信的玻璃瓶液位檢測(cè)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于可見(jiàn)光通信的玻璃瓶液位檢測(cè)方法，用LED白色背光板照明玻璃瓶液位位置，用相機(jī)采集玻璃瓶圖像，對(duì)圖像進(jìn)行中值濾波預(yù)處理，然后對(duì)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行二值化處理，接著使用幾何匹配方法匹配瓶蓋，截取待測(cè)玻璃瓶圖像的瓶蓋側(cè)面圖，提取瓶蓋的邊緣作為幾何匹配的模板；再次使用幾何匹配方法匹配液位線，提取液位線的邊緣作為幾何匹配的模板，通過(guò)幾何匹配如果合格區(qū)域內(nèi)存在液位則匹配成功，判定為合格產(chǎn)品；利用可見(jiàn)光通信模塊感知外界光線的變化，控制照射在瓶蓋表面的LED白色背光板的亮暗。本發(fā)明通過(guò)可見(jiàn)光通信技術(shù)，解決了檢測(cè)周?chē)鈱?duì)系統(tǒng)的影響，提高了檢測(cè)的正確率和可靠性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于可見(jiàn)光通信的玻璃瓶液位檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種玻璃瓶液位檢測(cè)方法，屬于可見(jiàn)光通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 飲料、啤酒等工業(yè)生產(chǎn)線中，大都采用人工目測(cè)的方法來(lái)檢查瓶子是否合格。特別 是灌裝生產(chǎn)中，瓶裝飲料的液位是否一致，高度是否均勻，對(duì)企業(yè)在市場(chǎng)的影響是非常巨大 的。但人工檢測(cè)有許多缺陷如速度慢、效率低，檢測(cè)質(zhì)量不穩(wěn)定，常會(huì)出現(xiàn)漏檢或者誤檢，造 成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，一旦殘次品被生產(chǎn)出來(lái)，會(huì)造成浪費(fèi)。
[0003] 針對(duì)上述情況，目前已有的技術(shù)是采用一套基于機(jī)器視覺(jué)的在線檢測(cè)研究，建立 一套光學(xué)成像、圖像采集和數(shù)字圖像處理及分析為平臺(tái)的檢測(cè)系統(tǒng)，不僅具有理論依據(jù)，而 且也有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)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(zhì)。
[0004] 但是在液位檢測(cè)方面，常常對(duì)周?chē)沫h(huán)境有較高要求，例如光的強(qiáng)弱對(duì)圖像處理 的閾值有很大影響，在工廠中白天和晚上的自然光差別很大，直接影響檢測(cè)算法中閾值的 設(shè)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，在于克服人工檢測(cè)存在的不足之處及玻璃瓶液位檢測(cè)的局限 性，提供一種基于可見(jiàn)光通信的玻璃玻璃瓶液位檢測(cè)方法。該方法通過(guò)可見(jiàn)光通信技術(shù)，解 決了檢測(cè)周?chē)鈱?duì)系統(tǒng)的影響，大大的提高了檢測(cè)的正確率和可靠性。本發(fā)明的技術(shù)方案 如下：
[0006] -種基于可見(jiàn)光通信的玻璃瓶液位檢測(cè)方法，用LED白色背光板照明玻璃瓶液位 位置，用相機(jī)采集玻璃瓶圖像，對(duì)圖像進(jìn)行中值濾波預(yù)處理，然后對(duì)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行二 值化處理，接著使用幾何匹配方法匹配瓶蓋，截取玻璃瓶圖像的瓶蓋側(cè)面圖，提取瓶蓋的邊 緣作為幾何匹配的模板，建立坐標(biāo)系，并設(shè)定感興趣區(qū)域R0I;再次使用幾何匹配方法匹配 液位線，提取液位線的邊緣作為幾何匹配的模板，通過(guò)幾何匹配如果合格區(qū)域內(nèi)存在液位 則匹配成功，判定為合格產(chǎn)品，如果合格區(qū)域內(nèi)沒(méi)有液位，則判定為不合格，實(shí)現(xiàn)璃瓶液位 的在線檢測(cè)，其特征在于，
[0007] 利用可見(jiàn)光通信模塊感知外界光線的變化，控制照射在玻璃瓶表面的LED白色背 光板的亮暗，可見(jiàn)光通信模塊包括可見(jiàn)光接收模塊、可見(jiàn)光發(fā)生模塊、可見(jiàn)光編碼模塊和可 見(jiàn)光控制模塊，步驟如下：
[0008] (1)可見(jiàn)光接收模塊感知外界可見(jiàn)光光線的變化并將此時(shí)的光信號(hào)采集；
[0009] (2)可見(jiàn)光發(fā)生模塊接收可見(jiàn)光接收模塊所傳來(lái)的光信號(hào)，利用光敏傳感器并采 用高電平信號(hào)與低電平信號(hào)將其轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光數(shù)字信號(hào)；
[0010] (3)可見(jiàn)光編碼模塊接收可見(jiàn)光發(fā)生模塊傳來(lái)的可見(jiàn)光數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)二進(jìn)制 單位對(duì)可見(jiàn)光數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼，得到編碼后的可見(jiàn)光信號(hào)并傳送給可見(jiàn)光控制模塊；
[0011] (4)可見(jiàn)光控制模塊將編碼后的可見(jiàn)光信號(hào)與預(yù)設(shè)的光信號(hào)值進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì) 比結(jié)果將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)從而調(diào)節(jié)LED白色背光板的發(fā)光亮度。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是:將可見(jiàn)光通信與機(jī)器視覺(jué)在線檢測(cè)相結(jié)合，解決周?chē)h(huán)境 對(duì)檢測(cè)算法的影響，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確率。其次，該方法受環(huán)境影響較小，即使環(huán)境變化大，也 可以保證二值化閾值保持不變，提高檢測(cè)玻璃液位在線檢測(cè)的準(zhǔn)確率;本發(fā)明適用于自動(dòng) 化生產(chǎn)中灌裝后玻璃瓶液位的高速準(zhǔn)確檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1用于本發(fā)明的基于可見(jiàn)光通信對(duì)玻璃瓶液位檢測(cè)的裝置示意圖。
[0014] 圖2本發(fā)明中使用的可見(jiàn)光通信模塊。
[0015] 圖3基于LED亮度調(diào)節(jié)的可見(jiàn)光通信傳輸方法的流程圖。
[0016] 圖4可見(jiàn)光信號(hào)的編碼方法流程圖。
[0017] 圖5信號(hào)與電平之間的關(guān)系示意圖。
[0018] 圖6可見(jiàn)光通信模塊調(diào)節(jié)LED亮度的主界面。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020] 本發(fā)明的玻璃瓶液位檢測(cè)方法采用的裝置的功能框圖如圖1所示，從功能上分6個(gè) 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、可見(jiàn)光通信模塊5,圖像處理與 識(shí)別6和輸出控制裝置。上述圖像采集模塊2使用120萬(wàn)像素 CCD相機(jī)，照明模塊4使用LED白 色背光板，圖像處理與識(shí)別模塊6使用工控機(jī)。在可見(jiàn)光通信模塊5調(diào)節(jié)好LED白色背光板亮 度的前提下，傳送帶1將待測(cè)瓶子輸送到拍照工位，所述光電觸發(fā)裝置3用于檢測(cè)瓶子是否 到達(dá)拍照位置，以便產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸送到工控機(jī)6,工控機(jī)發(fā)出信號(hào)觸發(fā)相機(jī)2拍照;LED白 色背光板為相機(jī)拍照時(shí)提供照明以提高圖像質(zhì)量，(XD相機(jī)位于傳送帶1正上方，對(duì)背光板 前的玻璃瓶液位部分拍照，拍攝的圖像被輸送到工控機(jī)中進(jìn)行處理。
[0021] 圖2為本發(fā)明采用的可見(jiàn)光通信模塊的結(jié)構(gòu)框圖。圖3為本發(fā)明的基于LED亮度調(diào) 節(jié)的可見(jiàn)光通信傳輸方法的流程圖，步驟如下：
[0022] (1)可見(jiàn)光接收模塊A1用于感知外界大氣環(huán)境中的可見(jiàn)光光線的變化并將此時(shí)的 光信號(hào)采集，輸送到下一模塊中，達(dá)到與外界光線的實(shí)時(shí)同步。
[0023] (2)可見(jiàn)光發(fā)生模塊A2用來(lái)接收所述可見(jiàn)光接收模塊A1所傳來(lái)的光信號(hào)，并將待 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光數(shù)字信號(hào)。在此過(guò)程中，可見(jiàn)光發(fā)生模塊利用自帶的光敏傳感器 并采用高電平信號(hào)與低電平信號(hào)將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0024] (3)可見(jiàn)光編碼模塊A3用于接收所述可見(jiàn)光發(fā)生模塊A2傳來(lái)的可見(jiàn)光數(shù)字信號(hào)， 并對(duì)可見(jiàn)光數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼。在此過(guò)程中，可見(jiàn)光編碼模塊通過(guò)二進(jìn)制單位對(duì)待傳輸數(shù) 據(jù)進(jìn)行編碼。
[0025] (4)可見(jiàn)光發(fā)送模塊A4將接收的編碼后的可見(jiàn)光信號(hào)傳送給可見(jiàn)光控制模塊A5。
[0026] (5)可見(jiàn)光控制模塊A5會(huì)將從所述可見(jiàn)光發(fā)送模塊A4接收到的可見(jiàn)光信號(hào)與預(yù)設(shè) 的光信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，最后利用自帶的電光轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)從而調(diào)節(jié)LED白 色背光板A6的狀態(tài)。所述LED白色背光光源A6的狀態(tài)具體是指它的發(fā)光亮度，因?yàn)長(zhǎng)ED的發(fā) 光亮度會(huì)直接地影響檢測(cè)到玻璃瓶液位的圖像質(zhì)量。
[0027] 參見(jiàn)圖4,是本實(shí)施例采用的可見(jiàn)光信號(hào)的編碼方法流程圖，該編碼方法包括：
[0028] 1)設(shè)置每個(gè)高電平的持續(xù)時(shí)間，以及每個(gè)低電平的持續(xù)時(shí)間。例如，設(shè)置每個(gè)高電 平的持續(xù)時(shí)間是2ms，每個(gè)低電平的持續(xù)時(shí)間是30ms。
[0029] 2)高電平組之間以低電平的延遲進(jìn)行區(qū)分，各高電平組以高電平的個(gè)數(shù)表示信 號(hào)。例如:每個(gè)高電平持續(xù)時(shí)間為2ms，每組最多四個(gè)高電平，每組電平數(shù)表示2bit信號(hào)，四 組信號(hào)表示一個(gè)字節(jié)。即：當(dāng)一組中高電平個(gè)數(shù)為1時(shí)，代表〇〇;當(dāng)高電平個(gè)數(shù)為2個(gè)時(shí)，代表 信號(hào)01，當(dāng)高電平信號(hào)個(gè)數(shù)為3時(shí)代表信號(hào)10;當(dāng)高電平個(gè)數(shù)為4時(shí)，代表信號(hào)11。高電平個(gè) 數(shù)與代表的信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表一所示：
[0030] 表一
[0032] 3)對(duì)各組的信號(hào)進(jìn)行組合，獲得編碼數(shù)據(jù)。參見(jiàn)如圖5所示信號(hào)與電平之間的關(guān)系 示意圖，圖5中的四組信號(hào)分別代表00、11、01、10，各信號(hào)之間的低電平延遲時(shí)間是30!118，組 合后的信號(hào)為一個(gè)字節(jié)二進(jìn)制表示為:〇〇11〇11〇。
[0033] 4)該示例提供的編碼方式，以高電平的個(gè)數(shù)表示信號(hào)，高電平組之間以低電平的 延遲時(shí)間來(lái)區(qū)分，簡(jiǎn)單方便。
[0034] 本發(fā)明采用的可見(jiàn)光通信模塊可調(diào)節(jié)的光源亮度級(jí)別為0-255級(jí)可設(shè)，各個(gè)通道 以設(shè)定的亮度等級(jí)值輸出，設(shè)置LED光源的亮度值為137，LED燈具在點(diǎn)亮?xí)r每秒閃爍百萬(wàn) 次，發(fā)出速度為10-15Gbits/s的光信號(hào)。
[0035] 總結(jié)上面所述內(nèi)容，基于可見(jiàn)光通信的玻璃瓶液位的檢測(cè)方法步驟如下：
[0036] (1)在可見(jiàn)光通信模塊調(diào)節(jié)好LED白色背光板亮度的前提下，用LED白色背光板照 明待測(cè)玻璃瓶液位位置，相機(jī)采集玻璃瓶液位信息，調(diào)節(jié)相機(jī)和光源，使采集的玻璃瓶液位 與其下面飲料分離，從而得到一條清晰的液位線。
[0037] (2)瓶子通過(guò)傳送帶到達(dá)拍攝工位，光電傳感器接收信號(hào)觸發(fā)相機(jī)拍攝待測(cè)瓶子 液位圖像，對(duì)圖像進(jìn)行中值濾波預(yù)處理，然后對(duì)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行二值化處理，接著使用 幾何匹配方法匹配瓶蓋，截取待測(cè)玻璃瓶圖像的瓶蓋側(cè)面圖，提取瓶蓋的邊緣作為幾何匹 配的模板，建立坐標(biāo)系，并設(shè)定一個(gè)感興趣區(qū)域R0I。
[0038] (3)再次使用幾何匹配方法匹配液位線，截取液位線的一段較標(biāo)準(zhǔn)的部分，提取其 邊緣作為幾何匹配的模板。通過(guò)幾何匹配如果合格區(qū)域內(nèi)存在液位則匹配成功，判定為合 格產(chǎn)品，如果合格區(qū)域內(nèi)沒(méi)有液位，則判定為不合格。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于可見(jiàn)光通信的玻璃瓶液位檢測(cè)方法，用LED白色背光板照明玻璃瓶液位位 置，用相機(jī)采集玻璃瓶圖像，對(duì)圖像進(jìn)行中值濾波預(yù)處理，然后對(duì)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行二值 化處理，接著使用幾何匹配方法匹配瓶蓋，截取玻璃瓶圖像的瓶蓋側(cè)面圖，提取瓶蓋的邊緣 作為幾何匹配的模板，建立坐標(biāo)系，并設(shè)定感興趣區(qū)域ROI;再次使用幾何匹配方法匹配液 位線，提取液位線的邊緣作為幾何匹配的模板，通過(guò)幾何匹配如果合格區(qū)域內(nèi)存在液位則 匹配成功，判定為合格產(chǎn)品，如果合格區(qū)域內(nèi)沒(méi)有液位，則判定為不合格，實(shí)現(xiàn)璃瓶液位的 在線檢測(cè)，其特征在于， 利用可見(jiàn)光通信模塊感知外界光線的變化，控制照射在玻璃瓶表面的LED白色背光板 的亮暗，可見(jiàn)光通信模塊包括可見(jiàn)光接收模塊、可見(jiàn)光發(fā)生模塊、可見(jiàn)光編碼模塊和可見(jiàn)光 控制模塊，步驟如下： (1) 可見(jiàn)光接收模塊感知外界可見(jiàn)光光線的變化并將此時(shí)的光信號(hào)采集； (2) 可見(jiàn)光發(fā)生模塊接收可見(jiàn)光接收模塊所傳來(lái)的光信號(hào)，利用光敏傳感器并采用高 電平信號(hào)與低電平信號(hào)將其轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光數(shù)字信號(hào)； (3) 可見(jiàn)光編碼模塊接收可見(jiàn)光發(fā)生模塊傳來(lái)的可見(jiàn)光數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)二進(jìn)制單位 對(duì)可見(jiàn)光數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼，得到編碼后的可見(jiàn)光信號(hào)并傳送給可見(jiàn)光控制模塊； (4) 可見(jiàn)光控制模塊將編碼后的可見(jiàn)光信號(hào)與預(yù)設(shè)的光信號(hào)值進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié) 果將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)從而調(diào)節(jié)LED白色背光板的發(fā)光亮度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃瓶液位檢測(cè)方法，其特征在于，步驟(3)中，通過(guò)二進(jìn)制單 位對(duì)可見(jiàn)光數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼的編碼原則為：高電平組之間以低電平的延遲進(jìn)行區(qū)分，各 高電平組以高電平的個(gè)數(shù)表示信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01F23/00GK105865569SQ201610315545
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】呂辰剛, 張帥, 鮑志強(qiáng), 劉影, 高爽, 任暢, 郭璽, 李本萍
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)