CN102261892B - 一种叶丝宽度的快速测量系统 - Google Patents
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Abstract
一种叶丝宽度的快速测量系统，主要由图像滤波及区域分割单元、子图像轮廓提取单元和单根叶丝宽度计算单元组成。本发明采用先进的计算机技术、图像识别技术、实时数字图像处理技术，实现大量叶丝宽度的快速准确测量。本发明可以一次性测量多根烟丝，并快速准确计算出每根烟丝的平均宽度和变异性。本发明具有设备结构简化，叶丝宽度的测量准确和测量效率高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测量卷烟生产切叶丝工序叶丝宽度的快速测量装置及方法，具体地说涉及一种通过CCD（电荷藕合器件图像传感器）成像技术、计算机图形处理技术和叶丝轮廓识别测量技术的叶丝宽度快速测量方法。
背景技术
切丝工序是制丝线上的重要工序，其主要任务是把含水率与温度合适的片烟切成规定宽度的叶丝，并尽可能减少造碎和“跑片”。叶丝宽度是切叶丝工序的主要质量指标，叶丝宽度对卷烟的物理指标和感官质量都有不同程度的影响：片烟切丝，随着切丝宽度的增加，叶片的出丝率相应的有所提高，灰损率下降。但叶丝过宽时，卷制的烟支容易空头，燃烧性较差，烟支阴燃速度较慢，在叶中含梗率较高的条件下，随着叶丝宽度的增加，叶丝中的含杂量升高，对卷烟质量与卷烟的单箱耗叶不利。此外叶丝宽度不同时，其卷烟的吸味也不完全一致。
我国烟草行业制丝线切叶丝工序的叶丝宽度范围是0.7mm～1.1mm，允差是±0.1mm，待测叶丝形状不规格、数量大，对测量仪器的要求比较高。目前，常规的测量方式是采用投影仪，测量员将每根叶丝放置在投影仪的工件台上，由人工调节工件台的丝杆，分别对齐叶丝的待测起点和终点基准线，然后读数完成这根烟丝一个部位的测量，每根烟丝需多点测量计算均值，因需测烟丝数量多、形状不规则，造成测量员劳动强度大，速度慢，测试结果稳定性差。因此，日常生产中未对叶丝宽度进行日常检测和监控。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量尺寸范围大、精度高的叶丝宽度的快速测量系统。
本发明的目的是这样实现的：一种叶丝宽度的快速测量系统，包括，用作承载叶丝的载物台，CCD成像系统，与CCD成像系统连接的计算机系统，上述计算机系统主要由主机和与主机连接的叶丝宽度测量装置组成；
主机：主机的信号输入端与所述CCD成像系统的信号输出端连接；
叶丝宽度测量装置组成如下：
图像滤波及区域分割单元：对CCD成像系统来的整个叶丝图像采用腐蚀膨胀算法进行图像处理，获得低噪声清晰图像；再根据投影算法，将二维灰度数据变为一维灰度和序列，利用自适应阈值分割，获得单根叶丝所在的图像区域；
单根叶丝轮廓提取单元：采用图像二值化、高通滤波、Sobel边缘算子的方法对上述单根叶丝图像即子图像进行处理而获得单根叶丝轮廓边缘图像；
单根叶丝图像宽度计算单元：对上述单根叶丝轮廓边缘图像进行等间距行扫描，行扫描时，灰度发生突变的两个位置便是单根叶丝的两个边界，计算该两个位置之间的像素数，同时结合成像系统倍率和CCD成像系统的像元尺寸，反演出单根叶丝真实的物理尺寸。重复本单元的上述过程，从而获得所有需要测量的宽度数据。
上述载物台上方还设置有照明系统：LED光源设置在椭球镜的焦点位置上，LED光源前方顺次设置有平行光束通道以及半反半透镜，半反半透镜下方设置有下凸透镜，下凸透镜位于载物台上方，半反半透镜上方设置有上凸透镜，上凸透镜上方设置有反射镜，反射镜与所述CCD成像系统的摄像头的光通路之间设置有后凸透镜。
上述计算机系统中还具有显示器，显示器与主机连接。
本发明是以CCD成像、计算机图形处理和叶丝轮廓识别测量技术为基础的测量方法，主要由叶丝工件台系统、照明系统、CCD成像系统和计算机系统构成。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1、测量效率高，可多叶丝一次性同时测量，且对每根叶丝多部位测量计算平均值。
2、测量准确性和稳定性高，叶丝放置在工件台后，无需人工参与，由计算机系统完成叶丝宽度的测量，减少人工干扰因素，提高测量的稳定性和准确性。
3、具有友好的人机交互界面，计算机系统操作便捷，测量数据可长期保存，利用数据的采集分析。
4、设备结构简单，本测量方法可减少工件台的活动性组件，简化系统结构。
本发明专门提供一种叶丝宽度的快速测量方法，可以一次性测量多根烟丝（≥20根），快速准确计算出每根烟丝的平均宽度和变异性，并且测量宽度尺寸范围大、精度高。应用它，能够大幅降低测量人员的工作量、提高工作效率，指导切丝机的维护优化，提升日常工艺生产中切丝质量的监控水平，增强切丝工序的质量保证能力，并对提高产品质量的稳定性具有十分重要的意义。
本发明专门提供一种叶丝宽度的快速测量方法，并可测量各种形状薄型物体的外观尺寸，特别适用于烟草行业中造纸法薄片、膨胀烟辊压法薄片和梗丝等长度和宽度方向的测量。
附图说明
图1是本发明一种叶丝宽度的快速测量方法的系统结构图。
图2是本发明叶丝宽度测量的程序流程图。
图3是图2所述叶丝宽度测量装置的结构框图。
具体实施方式
图1中，本发明主要由LED光源、电源以及椭球镜等组成照明（光学）系统，具有照明面积大、照明强度高和照明均匀好的特点，是提高叶丝成像质量和测量精度的基础，是本发明的关键之一。载物台1上方置有照明系统：LED光源2设置在椭球镜3的焦点位置上（LED光源放置在椭球镜焦点，LED发出的光通过椭球镜变成准平行射光，该出射光通过照明光学系统形成高强度均匀照明光源，该照明系统是提高叶丝成像质量和测量精度的基础），LED光源前方顺次设置有平行光束通道4以及半反半透镜5，半反半透镜下方设置有下凸透镜6，下凸透镜位于载物台1上方，半反半透镜上方设置有上凸透镜7，上凸透镜上方设置有反射镜8，反射镜与上述CCD成像系统的成像镜头的光通路之间设置有后凸透镜9。叶丝工件台系统包括载物台，叶丝夹具、电控系统等。可以固定多根待测叶丝，并由计算机控制其运动轨迹；CCD成像系统包括成像镜头、CCD、视频采集卡，是一种大视场角、低畸变的光学成像系统，能够获取待测叶丝的高清轮廓图像；
计算机系统包括主机11、显示器13（与主机连接）、人机交互界面、分析软件（包括叶丝宽度测量装置）等，实现对测量仪器的系统控制，具有叶丝图像贮存、叶丝轮廓识别、叶丝宽度测量和保存测量数据等功能，其中叶丝轮廓自动识别和测量程序是本发明的核心。
图3示出，叶丝宽度测量装置12主要由图像滤波及区域分割单元101、子图像轮廓提取单元201以及单根叶丝宽度计算单元301组成。上述三个单元采用模块（硬件）或程序加以实现。
参见图2，采集系统获得的叶丝图像将有很多噪音，这主要由于照明系统、成像系统和电路系统等环境“污染”引起，想得到比较清晰的图像必须采用图像滤波，依据叶丝图像的特征，本系统拟采用腐蚀膨胀算法，获得低噪声清晰图像。然后再依据投影算法，将二维灰度数据变换为一维灰度和序列，利用自适应阈值分割，获得单根叶丝所在的图像区域。这样，进过步骤1的处理后，整个叶丝图像由多个子图像集合而成，每个子图像中仅包含一根叶丝。步骤2中重点是对每个子图像进行叶丝轮廓提取，本系统拟采用图像二值化、高通滤波、Sobel边缘算子的综合处理办法，有效获得叶丝边缘。步骤3采用等间距行扫描的办法测量叶丝宽度，由于图像的边界灰度变化大，因此行扫描时，灰度发生突变的两个位置便是叶丝的两个边界，计算两个位置之间的像素数，同时结合成像系统倍率和CCD的像元尺寸，就可以反演出叶丝真实的物理尺寸。重复步骤3的过程，可以获得所有需要测量的宽度数据。最后由计算机记录存储测量数据。
叶丝宽度测量时，将带测切后叶丝样品单根分开，间隔的平铺在工件台（即载物台）上，在照明系统的辅助下，通过CCD成像系统10将数字化的叶丝图像传送至计算机系统，叶丝图像经计算机程序处理后，进行叶丝轮廓识别，最终多点测量叶丝宽度，高速完成测量工作。
本发明，不限于这种具体实施方式的范围，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (2)
1.一种叶丝宽度的快速测量系统，包括，用作承载叶丝的载物台（1），CCD成像系统（10），计算机系统，其特征是：所述计算机系统主要由主机（11）和与主机连接的叶丝宽度测量装置组成；
主机（11）：主机的信号输入端与所述CCD成像系统的信号输出端连接；
叶丝宽度测量装置（12）组成如下：
图像滤波及区域分割单元（101）：对CCD成像系统（10）来的整个叶丝图像采用腐蚀膨胀算法进行图像处理，获得低噪声清晰图像；再根据投影算法，将二维灰度数据变为一维灰度和序列，利用自适应阈值分割，获得单根叶丝所在的图像区域；
单根叶丝轮廓提取单元（201）：采用图像二值化、高通滤波、Sobel边缘算子的方法对上述单根叶丝图像即子图像进行处理而获得单根叶丝轮廓边缘图像；
单根叶丝图像宽度计算单元（301）：对上述单根叶丝轮廓边缘图像进行等间距行扫描，行扫描时，灰度发生突变的两个位置便是单根叶丝的两个边界，计算该两个位置之间的像素数，同时结合成像系统倍率和CCD成像系统的像元尺寸，反演出单根叶丝真实的物理尺寸；重复本单元的上述过程，从而获得所有需要测量的宽度数据；
所述载物台（1）上方还设置有照明系统：LED光源（2）设置在椭球镜（3）的焦点位置上，LED光源前方顺次设置有平行光束通道（4）以及半反半透镜（5），半反半透镜下方设置有下凸透镜（6），下凸透镜位于载物台（1）上方，半反半透镜上方设置有上凸透镜（7），上凸透镜上方设置有反射镜（8），反射镜与所述CCD成像系统的成像镜头的光通路之间设置有后凸透镜（9）。
2.根据权利要求1所述的一种叶丝宽度的快速测量系统，其特征是：所述计算机系统中还具有显示器（13），显示器与主机（11）连接。
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