CN102129606B - 线扫描烟标叠层数量检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线扫描烟标叠层数量检测方法及装置，该方法的步骤为：(1)设置、调节成像装置；(2)获取端面线扫描图像：选择烟标叠层的一个或几个成像位，获取端面线扫描图像，采集到的数据直接送往计数模块；(3)数据经多尺度双高斯核滤波、背景噪声抑制和波峰点统计等处理，完成计数。该装置包括仪器底板、计算机以及固定于仪器底板上并位于被测烟标侧面的图像采集组件、光源。本发明具有精确度高、效率高、可靠性好、操作简便等优点。

Description

线扫描烟标叠层数量检测方法及装置

技术领域

本发明主要涉及印刷行业印后分装技术领域，特指一种烟标叠层数量检测方法及装置。

背景技术

纸质烟标在印刷完成后、发往卷烟生产线前需要对批量产品进行精确点数和分装。传统的气动或机械传动式纸张点数设备存在损伤印面、形成折痕等风险，所以很少被应用于烟标检测。目前，国内常用的检测方法主要有称重法和测高法。由于烟标纸张实际重量和厚度分布不均，因此这两种方法存在较大误差，有时可达1.0～2.0％，常年累积将会给企业造成很大的经济损失。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种具有精确度高、效率高、可靠性好、操作简便等优点的线扫描烟标叠层数量检测方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种线扫描烟标叠层数量检测方法，其特征在于步骤为：

(1)设置、调节成像装置；

(2)获取端面线扫描图像：选择烟标叠层的一个或几个成像位，获取端面线扫描图像，采集到的数据直接送往计数模块；

(3)数据经多尺度双高斯核滤波、背景噪声抑制和有效波峰点统计处理，完成计数：

3.1双高斯核差分滤波；

双高斯(Bi-Gaussian)核h(σ_f，σ_b，x)由两个不同尺度高斯函数G(σ，x)的二阶导数组合而成，即

$h({\mathrm{\σ}}_f,{\mathrm{\σ}}_b,x)=\left\{\begin{array}{cc}{G}^{\′\′}({\mathrm{\σ}}_f,x),& \left|x\right|\≤{\mathrm{\σ}}_f\\ k\·G^{\′\′}({\mathrm{\σ}}_b,|x|+{\mathrm{\σ}}_b-{\mathrm{\σ}}_f),& \left|x\right|>{\mathrm{\σ}}_f\end{array}\right.$

其中，尺度参数σ_f和σ_b分别对应纸张及纸间间隙宽度；系数k用于调节正、负权值比例，确保所述差分滤波定义为h(σ_f，σ_b，x)与烟标叠层线扫描信号(图像剖面)的卷积；

3.2波峰检测；

所述波峰检测采用波峰查找算法，对差分滤波器后的信号进行处理：首先，依次检查每个像素取值是否为邻域内最大-即峰值，具体实现可根据一阶导数符号的改变与否进行判断；然后，定义宽度与纸张平均厚度一致的抑制窗口，只保留窗口内幅值最大的峰值，其它波峰点被看作伪响应加以剔除；如果有多个峰值点取值相同，则取坐标居中的点作为有效波峰。

3.3自适应阈值；

通过灰度阈值的方法将背景信号滤除，灰度阈值Th取叠层底部的头600个像素的灰度值中最大值和最小值的平均值，灰度值小于该阈值的波峰点被剔除，剩下的波峰数量即为测得的烟标数量，而波峰点的索引可用于人工校验。

本发明进一步提供一种线扫描烟标叠层数量检测装置，其特征在于：包括仪器底板、计算机以及固定于仪器底板上并位于被测烟标侧面的图像采集组件、光源。

作为本发明的进一步改进：

所述图像采集组件包括相机支架以及固定于相机支架上的线扫描相机、镜头和光圈。

所述仪器底板上设置有用来放置被测烟标的托盘，所述托盘上设有用来控制光源开关的微动开关组件。

所述微动开关组件经螺孔安装于托盘中部的顶面，该组件通过被测烟标的自重控制光源的开启。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明线扫描烟标叠层数量检测方法及装置，具有精确度高、效率高、可靠性好、操作简便等优点，采用本发明的检测方法性能稳定、精度高，合格烟标检测结果几乎没有误差，能满足不同条件和不同类型产品检测的需求。同时，本发明中的方法(算法)十分简洁、效率高，方便在嵌入式微处理器系统中实现。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图；

图2是本发明装置的结构示意图；

图3是具体实施例中成像数据示例的示意图；

图4是具体实施例中双高斯核的示意图；

图5是具体实施例中多尺度差分滤波示例的示意图；

图6是具体实施例中波峰检测的示意图；

图7是具体实施例中合成二维波峰标识示意图。

图例说明：

1、仪器底板；2、相机支架；3、线扫描相机；4、镜头和光圈；5、光源；6、计算机；7、托盘；8、微动开关组件；9、被测烟标。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明线扫描烟标叠层数量检测方法的流程为：

(1)设置、调节成像装置：设置成像装置，并根据当前批次产品的类别和叠层厚度对成像装置进行调节，主要包括相机位置移动、镜头对焦、光圈和量程调整。

(2)获取端面线扫描图像：通过托盘定位机构选择烟标叠层的一个或几个成像位，获取端面线扫描图像，采集到的数据直接送往软件计数模块，如虚线标识。

(3)数据经多尺度双高斯核滤波、背景噪声抑制和有效波峰点统计等处理，完成计数。

3.1双高斯核差分滤波；

双高斯(Bi-Gaussian)核h(σ_f，σ_b，x)由两个不同尺度高斯函数G(σ，x)的二阶导数组合而成，即

$h({\mathrm{\σ}}_f,{\mathrm{\σ}}_b,x)=\left\{\begin{array}{cc}{G}^{\′\′}({\mathrm{\σ}}_f,x),& \left|x\right|\≤{\mathrm{\σ}}_f\\ k\·G^{\′\′}({\mathrm{\σ}}_b,|x|+{\mathrm{\σ}}_b-{\mathrm{\σ}}_f),& \left|x\right|>{\mathrm{\σ}}_f\end{array}\right..$

其中，尺度参数σ_f和σ_b分别对应纸张及纸间间隙宽度；系数k用于调节正、负权值比例，确保

差分滤波器定义为h(σ_f，σ_b，x)与烟标叠层线扫描信号(图像剖面)的卷积，它本质上测量纸端波峰相对于纸间波谷的局部对比度。考虑纸张宽度的波动，差分滤波器在多尺度框架下实现，即σ_f∈[σ_min，σ_max]，而σ_b＜＜σ_f可取为固定的较小值或与σ_f成比例。为弥补尺度空间平滑引起的灰度下降，进一步引入正则化系数f(σ_f，σ_b)，使得

始终为常数。因此，滤波器最终输出实际为正则化核f·h(σ_f，σ_b，x)的尺度空间最大响应。由于有效处理了纸张、间隙两者宽度的差异及其相对变化，多尺度双高斯核差分滤波器既可以保持纸张区域内部的平滑、又可以锐化区域间边缘，从而恢复理想峰谷信号。

3.2波峰检测；

所述波峰检测采用波峰查找算法，对差分滤波器后的信号进行处理：首先，依次检查每个像素取值是否为邻域内最大-即峰值，具体实现可根据一阶导数符号的改变与否进行判断；然后，定义宽度与纸张平均厚度一致的抑制窗口，只保留窗口内幅值最大的峰值，其它波峰点被看作伪响应加以剔除；如果有多个峰值点取值相同，则取坐标居中的点作为有效波峰。

3.3自适应阈值；

通过灰度阈值的方法将背景信号滤除，灰度阈值Th取叠层底部(像素索引靠近原点)的头600个像素的灰度值中最大值和最小值的平均值。灰度值小于该阈值的波峰点被剔除，剩下的波峰数量即为测得的烟标数量，而波峰的索引值可用于人工校验。采用自适应阈值方法使该装置能自动适应一定范围的光源强度，省去了人力调节成像装置和阈值设置相互影响导致的劳动量。

(4)处理后，计数结果直接送人机界面显示，用户可交互选择保存当前抽样数据或退出系统。默认状态下，系统将循环往复运行，执行实时监测。

如图2所示，本发明的检测装置包括仪器底板1、计算机6以及固定于仪器底板1上并位于被测烟标9侧面的图像采集组件、光源5，其中图像采集组件包括相机支架2以及固定于相机支架2上的线扫描相机3、镜头和光圈4，机械加工已保证相机光轴与成像窗口中心的对齐以及传感器敏感元件与成像狭缝的共面，更换烟标类型或改变检测范围时，只需调节线扫描相机3沿光轴方向的位置，也就是说线扫描相机3仅有一个自由度。光源5由LED激光管和透镜组成，照射高度固定，其转角可通过螺纹机构调节以保证被测烟标9反射线处于光轴面内。被测烟标9放置于托盘7上，该托盘7上设有微动开关组件8，微动开关组件8经螺孔安装在托盘7中部的顶面，它利用被测烟标9自重控制光源5的开启，微动开关组件8可选择多个微动开关串联的方式防止误动作。控制光源5开、关的主要目的是，防止空闲状态时强光穿透成像窗口危害操作人员健康。

如图3所示，为具体实施例中采集到的一维叠层图像。所选线扫描相机3的分辨率为7450×1、灰度等级0～255。信号左边靠近原点的像素对应叠层底部纸张。显然，信号中部灰度幅值较大、两端渐弱。

如图4所示，为具体实施例中所设计的双高斯(Bi-Gaussian)核的示意图。为方便理解，图中绘制的曲线与前文数学公式取值符号相反。主瓣尺度参数σ_f对应纸张厚度；旁瓣尺度σ_b则与纸间间隙相关，覆盖范围为3σ_b。作为差分核，核函数必须满足的第一个条件是其积分或离散权值和为0。进一步考虑纸张和间隙宽度波动，采用多尺度框架实现滤波。为使不同尺度下各滤波器输出具有可比性，差分核必须满足第二个条件：尺度不变性，即其权值绝对值的和或积分保持不变。本设计中，以上约束条件通过乘以尺度相关函数的滤波器系数正则化方式来保证。

如图5所示，为具体实施例中多尺度双高斯核滤波示例的示意图。本例中σ_f的取值范围设为3～5个像素，计算过程保持σ_b＝0.25σ_f不变。单一尺度滤波由原信号与相应双高斯核卷积实现，多尺度集成则取各滤波器响应的最大值，负值输出统一置为0。为方便对照，图中分别绘制局部放大后的原始信号和滤波结果。可以看出，滤波后信号具有明显的单峰特性，不受噪声、对比度和纸张厚度变化的影响。

差分滤波后信号经波峰查找算法检测出有效波峰，其数量即为烟标叠层纸张张数。本发明采用带灰度阈值和最小波峰距离抑制的检测算法。如图6所示，灰度阈值Th取为叠层底部(像素索引靠近原点)头600个像素的灰度最大值和最小值的平均值。由于叠层成像强度具有中间高、两端低的特点，该阈值可用于滤除背景中虚假波峰。而最小波峰距离约束则可防止单个样本被多次检测。最终得到的波峰位置，如图中圆圈标识。

作为事后校验的一种方式，上述检测结果也可用图7所示合成图像表示。它将一维信号扩展至二维，用白色亮线标记波峰位置，因而更为直观、形象。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种线扫描烟标叠层数量检测方法，其特征在于步骤为：

（1）设置、调节成像装置；

（2）获取端面线扫描图像：选择烟标叠层的一个或几个成像位，获取端面线扫描图像，采集到的数据直接送往计数模块；

（3）数据经多尺度双高斯核滤波、背景噪声抑制和波峰点统计处理，完成计数：

3.1双高斯核差分滤波；

双高斯核h(σ_f,σ_b,x)由两个不同尺度高斯函数G(σ,x)的二阶导数组合而成，即

$h({\mathrm{\σ}}_f,{\mathrm{\σ}}_b,x)=\left\{\begin{array}{cc}{G}^{\′\′}({\mathrm{\σ}}_f,x),& \left|x\right|\≤{\mathrm{\σ}}_f\\ k\·G^{\′\′}({\mathrm{\σ}}_b,|x|+{\mathrm{\σ}}_b-{\mathrm{\σ}}_f),& \left|x\right|>{\mathrm{\σ}}_f\end{array}\right.$

其中，尺度参数σ_f和σ_b分别对应纸张及纸间间隙宽度；系数k用于调节正、负权值比例，确保

所述差分滤波定义为h(σ_f,σ_b,x)与烟标叠层线扫描信号的卷积；

3.2波峰检测；

所述波峰检测采用波峰查找算法，对差分滤波器后的信号进行处理：首先，依次检查每个像素取值是否为邻域内最大—即峰值，具体实现可根据一阶导数符号的改变与否进行判断；然后，定义宽度与纸张平均厚度一致的抑制窗口，只保留窗口内幅值最大的峰值，其它波峰点被看作伪响应加以剔除；如果有多个峰值点取值相同，则取坐标居中的点作为有效波峰；

3.3自适应阈值；

通过灰度阈值的方法将背景信号滤除，灰度阈值Th取叠层底部的头600个像素的灰度值中最大值和最小值的平均值，灰度值小于该阈值的波峰点被剔除，剩下的波峰数量即为测得的烟标数量，而波峰的索引值可用于人工校验。

2.一种用来实现权利要求1所述检测方法的线扫描烟标叠层数量检测装置，其特征在于：包括仪器底板（1）、计算机（6）以及固定于仪器底板（1）上并位于被测烟标（9）侧面的图像采集组件、光源（5）。

3.根据权利要求2所述的线扫描烟标叠层数量检测装置，其特征在于：所述图像采集组件包括相机支架（2）以及固定于相机支架（2）上的线扫描相机（3）、镜头和光圈（4）。

4.根据权利要求2或3所述的线扫描烟标叠层数量检测装置，其特征在于：所述仪器底板（1）上设置有用来放置被测烟标（9）的托盘（7），所述托盘（7）上设有用来控制光源（5）开关的微动开关组件（8）。

5.根据权利要求4所述的线扫描烟标叠层数量检测装置，其特征在于：所述微动开关组件（8）经螺孔安装于托盘（7）中部的顶面并通过被测烟标（9）的自重控制光源（5）的开启。

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