一種基于圖像處理的瓶裝液體雜質檢測系統及其檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于雜質檢測領域，尤其涉及一種基于圖像處理的瓶裝液體雜質檢測系統及其檢測方法。
【背景技術】
[0002]眾所周知，對于瓶裝液體是否含有雜質事關食品與醫藥安全。當今國家高度重視食品安全問題，所以嚴格把控食品生產過程中的衛生，保證民用飲食的安全至關重要。然而，現如今國內大部分企業和產品生產車間采用傳統的肉眼識別，這種識別方法速度慢，可靠性差，并且檢測人員容易疲勞。所以，對于機器視覺的開發與應用，有很大的開發潛力。這種系統可以高效，廉價的自動完成相關功能，來取代用人成本。此類系統的研發也是市場中很多企業期望實現的目標。
[0003]在透明液體雜質自動檢測中，有待解決的問題是如何有效提高檢測速度以及保證在高檢測速度的前提下如何提高檢測準確率。實現過程中會有以下幾個問題:(I)圖像的快速獲取和處理；(2)圖像與背景的分離。對于微小異物的檢測，圖像噪聲干擾的去除是必須考慮的問題，為了能夠突顯目標物，需要根據雜質目標物和背景噪聲特點有針對性的選擇相應的目標與背景分割算法，為后續檢測奠定基礎；(3)雜質的快速有效識別。微小異物目標檢測需要采用高分辨率的視覺系統，無疑增大了處理的數據量，因此必須找到一種合適的算法實現雜質快速識別。
[0004]電子測量與儀器學報2008年04期刊登的題目為《基于最小二乘支持向量機的輸液異物檢測系統設計》的文章介紹了一種從大輸液復雜視覺圖像中識別微小異物的圖像處理算法和硬件系統，以實現大輸液的在線自動檢測。它是通過LS-SVM兩類分類器來區分真實異物和殘留噪聲，并利用高性能工控機PLC組成網絡控制系統。本發明綜合使用了種子填充算法、模糊濾波、二值化處理、膨脹腐蝕輪廓查找等多種算法并結合FPGA實現雜質檢測功能，無論從算法還是硬件設備該文章所訴內容與本發明都存在本質的不同。
[0005]儀表技術與傳感器2009年10期刊登的題目為《異形瓶裝溶液內雜質的機器視覺在線檢測系統》的文章選用智能相機的Blob等視覺軟件分析工具進行圖像分析與理解，實現了圖像的分割、特征提取、圖像分類和圖像定位配準等過程與功能。在工控機平臺上采用VB開發軟件算法與界面，得出處理結果并與PLC通信實現實時顯示檢測結果和標記雜質數量和位置的功能。本發明主要利用上位機軟件與硬件平臺FPGA實時通信完成瓶裝液體雜質的流水檢測，該文章所訴內容與本發明有本質的不同。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是提供一種檢測速度快、操作簡便的基于圖像處理的瓶裝液體雜質檢測系統。本發明的目的還包括提供一種檢測精度高的基于圖像處理的瓶裝液體雜質檢測方法。
[0007]一種基于圖像處理的瓶裝液體雜質檢測系統，包括拍照暗箱、傳送帶、步進電機、定滑輪、顯示模塊、報警模塊、通信模塊、采集模塊和上位機；
[0008]傳送帶兩端分別和步進電機與定滑輪相連，傳送帶穿過拍照暗箱，拍照暗箱的傳送帶進口位置的外側安裝有第一遮光板，拍照暗箱的傳送帶出口位置的外側安裝有第二遮光板，拍照暗箱的頂部分別安裝有第一機械夾持裝置和第二機械夾持裝置，拍照暗箱的前端內側安裝有工業相機，并且工業相機位于拍照暗箱的中心線位置，工業相機前端安裝有圖像分割板，圖像分割板中央開有瓶形空洞，圖像分割板前端安裝有紅外接收管組，紅外接收管組包括第一紅外接收管、第二紅外接收管和第三紅外接收管，第二紅外接收管位于拍照暗箱的中心線右側，第一紅外接收管和第三紅外接收管分別位于第二中外接收管的兩偵牝拍照暗箱的后端內側安裝有三個日光燈，三個日光燈前端安裝有濾光板，濾光板前端安裝有紅外發送管組，紅外發送管組包括第一紅外發送管、第二紅外發送管和第三紅外發送管，第一紅外發送管和第一紅外接收管對稱安裝在傳送帶兩側，第二紅外發送管和第二紅外接收管對稱安裝在傳送帶兩側，第三紅外發送管和第三紅外接收管對稱安裝在傳送帶兩側；
[0009]紅外接收管組、第一機械夾持裝置、第二機械夾持裝置、步進電機、顯示模塊、通信模塊、報警模塊分別與采集模塊相連，上位機與通信模塊相連，上位機接收工業相機采集到的圖像。
[0010]一種基于圖像處理的瓶裝液體雜質檢測方法，包括以下幾個步驟:
[0011]步驟一:將待測瓶裝液體放到傳送帶上，第一機械夾持裝置將待測瓶體夾起進行翻轉操作后放下；
[0012]步驟二:當待測瓶裝液體進入拍照暗箱內部，待測瓶體觸發工業相機自動拍照，采集待測檢品圖像并儲存；
[0013]步驟三:利用種子填充算法將待測檢品圖像從背景中分割出來；
[0014]步驟四:利用模糊操作對分割出來的圖像進行濾波處理；
[0015]步驟五:通過二值化處理提高圖像對比度；
[0016]步驟六:腐蝕操作和膨脹操作使圖像區域全部鏈接，去除細小噪聲；
[0017]步驟七:輪廓提取并對雜質輪廓進行繪制；
[0018]步驟八:統計雜質數量并顯示結果。
[0019]有益效果:
[0020]1、硬件平臺的設計
[0021]I)帶瓶形空洞圖像分割板的設計從硬件上把瓶子圖像從背景中分割出來，有效地為降低了后期圖像處理算法的復雜度；
[0022]2)紅外對管安裝于暗箱中線的偏右側約Icm處，這樣當對管中心線與瓶蓋相切時觸發相機拍照，瓶子通過這一過程中不再次拍照，從而便可以得到瓶身處于圖像分割板瓶形空洞視野中的完整圖像；
[0023]3)兩個機械夾持裝置的應用，一個負責通過擺動瓶身使瓶底和瓶口雜質均懸浮與瓶子中央，這與傳統的利用瓶底圓盤裝置帶動瓶子急速旋轉的設計相比，本設計更易實現，便于操作；另一個負責將不合格產品搬運至分離軌道。
[0024]2、圖像處理算法
[0025]通過對種子填充算法、模糊處理、二值化處理、腐蝕操作、膨脹操作和輪廓提取這幾個成熟的傳統圖像處理算法的綜合、處理和調試，設計出了一套適合本系統的雜質處理算法，該算法識別雜質準確，最后利用上位機軟件實時顯示產品雜質數量、輪廓、位置及合格率并保存數據，方便人員查看。本發明有效降低生產成本，提高雜質識別率和識別速度，從而提高產品質量和供應速度，避免含雜質的產品流入市場。
[0026]本發明能最大限度地提高圖像序列的獲取和處理速度，采用雜質識別算法在對可見物目標進行良好分割、濾波及識別的前提下，能有效提高識別速度，從而達到完全取代人工檢測、提尚檢測質量和速度、節約生廣成本、提尚廣品質量及生廣效益的目的。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發明的結構示意圖；
[0028]圖2是本發明的拍照暗箱側視圖；
[0029]圖3是本發明的機械夾持裝置示意圖；
[0030]圖4是本發明自主研發的上位機軟件操作界面圖；
[0031]圖5是本發明圖像處理算法的流程圖。
【具體實施方式】
[0032]下面將結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
[0033]本發明利用上位機軟件可以實時顯示攝像頭采集信息與處理信息，并且可以保存統計文檔，對生產產品整體合格率進行計算；隨后設計了圖像處理算法和系統的整體流程；還設計出了一套適合流水線的硬件平臺，其中包括硬件整體的選材與結構和光源的合理設計，為后期圖像處理識別提供了清晰適合的圖像；再者利用FPGA采集紅外對管信號實現對移動瓶子的檢測和自動抓拍功能，軟件通過RS232串口與FPGA進行信息交互，將處理結果通過串口傳送給FPGA完成報警和顯示功能；最后為了更加適合工業生產，我們加入了三組電機，一組用于帶動水平傳送帶完成自動傳輸，一組用于控制機械夾持裝置夾緊待測瓶子翻轉動作后放下帶起瓶底雜質，最后一組用于將不合格品放入分離軌道。
[0034]本發明還包括以下特征:
[0035]所述的機械夾持裝置18、20由三部分組成，分別為伺服電機27、可伸縮機械臂28和可夾持機械手29組成。機械夾持裝置18將剛傳送過來的雜質瓶17夾起翻轉操作后放下，使雜質懸浮于瓶內。若經測試后瓶裝液體不符合規定，則由機械夾持裝置20進行伸縮并由伺服電機控制擺動放入分離軌道7。
[0036]本發明提供了一種基于圖像處理的瓶裝液體雜質自動檢測的控制系統。由機械部分和機器視覺部分組成，機械部分包括步進電機、傳送帶、定滑輪和機械夾持裝置；機器視覺部分包括拍照暗箱及相關內部構造、FPGA板、通信串口、顯示模塊、報警模塊和上位機軟件。該系統的檢測方法如下:采集圖像；通過種子填充算法使圖像從背景中分割出來；模糊處理濾除椒鹽噪聲及干擾像素；二值化處理提高對比度；通過腐蝕與膨脹操作使圖像全部連接去除細小噪聲，使雜質變得清晰可見；最后進行輪廓跟蹤和提取獲得雜質數量、形狀和位置。本發明提高了圖像獲取和處理速度，從而代替人工檢測，達到提高檢測速度、質量及生產效益的目的。
[0037]一種基于圖像處理的瓶裝液體雜質檢測系統，所述的控制系統包括傳送帶4兩端分別裝有步進電機16和定滑輪6，中間位置放置拍照暗箱1，其兩側傳送帶4的進出口位置分別設有一遮光板25、26，暗箱I頂部靠近進出口處分別裝有機械夾持裝置18、20，其與采集模塊相連并控制其動作。工業相機10放置在暗箱中心線位置，前端設有圖像分割板8，板中央刻有尺寸恰當的瓶形空洞，其中心線偏右側大約Icm處設有紅外接