CN103743757A - 一种玻璃瓶内壁异物的检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种玻璃瓶内壁异物的检测装置及方法，包括：背光光源，用于放置在被测玻璃瓶后面作为背光照射瓶身区域；正面补偿光源，用于从所述被测玻璃瓶正面上下两侧照射瓶身区域；摄像机，用于采集在所述背光光源和正面补偿光源照射下的玻璃瓶图像进行异物识别。本发明通过在玻璃瓶的不同方向照射不同频段的光，利用不同频谱的光源照射深色玻璃瓶的透过率不同，以及玻璃瓶表面光滑的反射特性，区分是瓶内或瓶外存在异物，降低霉斑误剔率；该方法考虑了不同频段的光对材质、颜色不同的瓶子的影响，因此适用于不同检测应用和检测内容，具有很好的可扩展性，同时检测精度也得到很大程度的提高。

Description

一种玻璃瓶内壁异物的检测装置及方法

技术领域

本发明涉及工业自动化检测技术领域，尤其涉及一种玻璃瓶内壁异物的检测装置及方法。

背景技术

目前，食品的安全问题越来越受到政府和国民的关注，因此，现代工业对产品包装瓶提出了更高的要求，包装瓶检测成为了自动化生产线上一个重要环节。在现有的啤酒、饮料和药品的生产过程中，都要求灌装瓶满足相应的质量标准，在生产的每一个环节都要进行严格的检测。瓶内部是否干净，是其中非常重要的一项检测指标。针对啤酒行业对玻璃瓶进行回收利用的特点，回收的啤酒瓶中存在大量的异物、霉斑、酒渍等不容易清洗的杂质，导致这些饱含着安全隐患的产品流入到市场，不但会影响生产厂家的声誉，而且导致消费者的切身利益受到损失。

针对以上的问题，目前啤酒生产线上已经有了空瓶检测设备的侧壁检测模块来进行检测，用来代替传统的人工目检方式。但是目前无论国外和国内所有侧壁检测设备都存在以下问题：由于都是采用背光的方式，因此无法识别成像上的阴影是瓶子内部的异物还是外侧的划痕、附着物等，造成大量的误剔除，部分成品酒现场后端的侧壁检测误剔除率达到90%，严重影响现场效率，同时检测精度不高，对异物中占相当比率的霉斑等浅色异物几乎没有检测能力。因此现有的玻璃瓶内异物检测方法仍然无法满足高速生产线上异物检测的需要，而且精度和稳定性仍有待提高，目前市场上尚未见到相关成型的玻璃瓶内异物检测方法和检测装置的报道。因此，生产企业迫切需要一种玻璃瓶内壁异物的检测装置及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何解决玻璃瓶内壁异物的检测精度低和稳定性差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种玻璃瓶内壁异物的检测装置，包括：

背光光源，用于放置在被测玻璃瓶后面作为背光照射瓶身区域；

正面补偿光源，用于从所述被测玻璃瓶正面上下两侧照射瓶身区域；

摄像机，用于采集在所述背光光源和正面补偿光源照射下的玻璃瓶图像进行异物识别。

优选地，所述背光光源采用颜色和玻璃瓶颜色相同频段的光源。

优选地，所述背光光源采用颜色和玻璃瓶颜色相近频段的光源。

优选地，所述正面补偿光源采用颜色和玻璃瓶颜色不同频段且不能穿透所述玻璃瓶的光源。

优选地，所述正面补偿光源包括上方正面补偿光源和下方正面补偿光源。

优选地，所述上方正面补偿光源和所述下方正面补偿光源分别以一定的预设角度倾斜放置。

此外，本发明还提出了一种玻璃瓶内壁异物的检测方法，该方法包括以下步骤：

S1采用和玻璃瓶颜色相同或相近频段的光源作为背光从背面照在瓶身区域；

S2采用和玻璃瓶颜色不同频段且不能穿透所述玻璃瓶的光源作为正面补偿光源从正面照射瓶身区域；

S3采集在所述背光光源和正面补偿光源照射下的玻璃瓶图像进行异物识别。

优选地，所述采用和玻璃瓶颜色不同频段且不能穿透所述玻璃瓶的光源作为正面补偿光源从正面照射瓶身区域，具体包括：

所述正面补偿光源分别从正面的上下两侧以一定的预设角度照射瓶身区域。

优选地，所述采集在所述背光光源和正面补偿光源照射下的玻璃瓶图像进行异物识别，具体包括：

对所述玻璃瓶图像进行颜色分割、亮度分割和边缘分割；

对经过上述处理后的图像进行区域融合，获取融合后连通区域的面积和所述连通区域包含的边缘点数；

根据所述连通区域的面积和所述连通区域包含的边缘点数进行图像过滤，得到异物区域的图像：

根据预先设置的面积阈值数据和异物数据模型进行异物识别。

本发明公开了一种玻璃瓶内壁异物的检测装置及方法，通过在玻璃瓶的不同方向照射不同频段的光，利用不同频谱的光源照射深色玻璃瓶的透过率不同，以及玻璃瓶表面光滑的反射特性，区分是瓶内或瓶外存在异物，降低霉斑误剔率；该方法考虑了不同频段的光对材质、颜色不同的瓶子的影响，因此适用于不同检测应用和检测内容，具有很好的可扩展性，同时检测精度也得到很大程度的提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：是本发明一种玻璃瓶内壁异物的检测装置的结构示意图；

图2：是本发明一种玻璃瓶内壁异物的检测方法的流程图；

图3：是本发明实施例中颜色分割结果图；

图4：是本发明实施例中亮度分割结果图；

图5：是本发明实施例中边缘分割结果图；

图6：是本发明实施例中在L图像上对C区域进行滤波的结果图；

图7：是本发明实施例中获取的异物区域的结果图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中提出了本发明提出了一种玻璃瓶内壁异物的检测装置，如图1所示，包括：

背光光源，用于放置在被测玻璃瓶后面作为背光照射瓶身区域；

正面补偿光源，用于从所述被测玻璃瓶正面上下两侧照射瓶身区域；

摄像机，用于采集在所述背光光源和正面补偿光源照射下的玻璃瓶图像进行异物识别。

优选地，所述背光光源采用颜色和玻璃瓶颜色相同频段的光源。

优选地，所述背光光源采用颜色和玻璃瓶颜色相近频段的光源。

优选地，所述正面补偿光源采用颜色和玻璃瓶颜色不同频段且不能穿透所述玻璃瓶的光源。

优选地，所述正面补偿光源包括上方正面补偿光源和下方正面补偿光源。

优选地，所述上方正面补偿光源和所述下方正面补偿光源分别以一定的预设角度倾斜放置。

此外，本发明还提出了一种玻璃瓶内壁异物的检测方法，如图2所示，该方法包括以下步骤：

S1采用和玻璃瓶颜色相同或相近频段的光源作为背光从背面照在瓶身区域；

S2采用和玻璃瓶颜色不同频段且不能穿透所述玻璃瓶的光源作为正面补偿光源从正面照射瓶身区域；

S3采集在所述背光光源和正面补偿光源照射下的玻璃瓶图像进行异物识别。

优选地，所述采用和玻璃瓶颜色不同频段且不能穿透所述玻璃瓶的光源作为正面补偿光源从正面照射瓶身区域，具体包括：

所述正面补偿光源分别从正面的上下两侧以一定的预设角度照射瓶身区域。

优选地，所述采集在所述背光光源和正面补偿光源照射下的玻璃瓶图像进行异物识别，具体包括：

对所述玻璃瓶图像进行颜色分割、亮度分割和边缘分割；

对经过上述处理后的图像进行区域融合，获取融合后连通区域的面积和所述连通区域包含的边缘点数；

根据所述连通区域的面积和所述连通区域包含的边缘点数进行图像过滤，得到异物区域的图像：

根据预先设置的面积阈值数据和异物数据模型进行异物识别。

本发明实施例中，采用长条状红色光源作为正面补偿光源，分别设置在瓶子正面的上方和下方位置上，正面补偿光源不在相机同一平面上：下方正面补偿光源以一个小角度垂直向上照射，上方正面补偿光源对应的以一个小角度垂直向下照射，使得光源直接发出的光线和通过瓶子镜面反射的光线不能直接入射到相机内；

背光光源采用白色光源，背光光源摆放位置尽量靠近瓶子。

本实施方案通过和瓶子材料颜色相近频段的光源作为背光光源，照亮瓶身的正常区域。正面补偿光源红色光源照射到瓶壁外侧的磨损或脏污等不透光物质上，形成漫反射，其轮廓反映出补偿光颜色后清晰的进入摄像机中，在图像中呈补偿色，即红色。但补偿光源的频段经过两个穿过带绿色颜色的瓶壁几乎损失殆尽，进而无法照亮瓶内霉斑，因此霉斑在图像中呈现黑色，进而可以精确区分图像中黑色区域是否为真正的内侧异物。

通过正交多光谱成像和摄像机的散焦系统获得了待检测玻璃瓶的成像后，需要通过以下几个步骤进行处理，获得异物检测结果。

颜色分割

通过在不同颜色空间上的训练，比如HSV，Lab空间等，获得颜色分割结果图像C，如图3所示；

亮度分割

由于圆形玻璃容器的形状特性，使得背光成像从中间向两侧逐渐变暗，因此，采用基于二次曲线模型的局部亮度均衡化对图像进行亮度上归一化：然后通过在亮度空间上进行局部动态二值化对图像中亮度较暗的区域进行提取，获得亮度分割结果图像L，如图4所示；

边缘分割

由于通过散焦系统后，正面瓶壁上的异物成像非常清晰，具有很锐利的边缘，而背面瓶壁上的异物成像比较模糊。因此，可以通过对图像中尖锐的边缘进行提取获得真正可能是正面异物的边缘区域。实际操作中我们需要对注瓶时瓶子上形成的特殊纹理进行滤波，比如磨具接缝线、小气泡等，以此来减少对异物的误判。经过边缘分割处理后结果图像E，如图5所示。

对经过上述处理后的图像进行区域融合，获取融合后连通区域的面积和所述连通区域包含的边缘点数

通过上述的三个步骤，可以分别得到关于颜色、亮度和边缘的三幅特征图像。首先滤除颜色通道中包含有补偿光颜色的区域，这部分区域是由于正面瓶壁表面不光滑而导致的干扰。通过在附图4图像上对附图3区域进行滤波。

C^*=C\L

以此可以获得可能是异物的图像C^*，如图6所示。对图像C^*中的每一个区域进行扫描，分析每一个区域中包含了足够多的尖锐边缘点，统计每个连通域R在边缘图像E中包含的边缘点数A^R(E)，通过连通域R的区域面积和所包含的边缘点数这两个限制条件进一步进行过滤，进一步得到可能是异物区域的图像S，如图7所示。

S={R∈C^*|Area^R>Area^TH&A^R(E)>E^TH}

其中，Area^R、Area^TH分别表示连通域R的面积和面积阈值，E^TH表示边缘图像中的边缘点数量阈值。

根据预先设置的面积阈值数据和异物数据模型进行异物识别

在具体检测异物的类型时，也需要根据异物的不同特点来进行不同的处理。通过对现场大量数据的分析，预先设置的面积阈值数据和异物数据模型，以下两类异物作为主要的分类进行处理：

小霉斑异物：

对图像S进行扫描，每一个区域如果面积小于给定的阈值，则用小霉斑的模型进行相关匹配，根据计算得到的匹配度，确定在小区域条件下是否为异物；

大异物：

对图像S进行扫描，每一个区域如果面积大于给定的阈值，则直接判定为异物区域。

本发明提出的霉斑检测系统有如下优点：

区分瓶子内外侧壁：由于目前侧壁检测设备不能够区分瓶子内侧壁和外侧壁，因此对实际很多瓶子外部的磨损和脏污的干扰无法去除，导致了很高的误检测率，同时降低了检测精度；而通过本发明提出的玻璃瓶内壁异物的检测装置，利用正交多光谱成像实现了精确检测瓶子内部异物的功能；

降低检测中的误检率：不同于传统的单纯背光检测方式，本发明提出的霉斑检测系统能够有效地对异物的位置进行分类，从而降低误检率；

很大程度上提高检测精度：在控制误检率小于0.1%的情况下，对霉斑等缺陷的检测率达到60%以上。

通过采用本发明所公开的一种玻璃瓶内壁异物的检测装置及方法，能够区分是玻璃瓶内还是瓶外存在异物，降低霉斑误剔率；该方法考虑了不同频段的光对材质、颜色不同的瓶子的影响，因此适用于不同检测应用和检测内容，具有很好的可扩展性，同时检测精度也得到很大程度的提高，减少次品流入市场的概率。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限定，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种玻璃瓶内壁异物的检测装置，其特征在于，包括：

背光光源，用于放置在被测玻璃瓶后面作为背光照射瓶身区域；

正面补偿光源，用于从所述被测玻璃瓶正面上下两侧照射瓶身区域；

摄像机，用于采集在所述背光光源和正面补偿光源照射下的玻璃瓶图像进行异物识别。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述背光光源采用颜色和玻璃瓶颜色相同频段的光源。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述背光光源采用颜色和玻璃瓶颜色相近频段的光源。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述正面补偿光源采用颜色和玻璃瓶颜色不同频段且不能穿透所述玻璃瓶的光源。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述正面补偿光源包括上方正面补偿光源和下方正面补偿光源。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述上方正面补偿光源和所述下方正面补偿光源分别以一定的预设角度倾斜放置。

7.一种玻璃瓶内壁异物的检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1采用和玻璃瓶颜色相同或相近频段的光源作为背光从背面照在瓶身区域；

S2采用和玻璃瓶颜色不同频段且不能穿透所述玻璃瓶的光源作为正面补偿光源从正面照射瓶身区域；

S3采集在所述背光光源和正面补偿光源照射下的玻璃瓶图像进行异物识别。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述采用和玻璃瓶颜色不同频段且不能穿透所述玻璃瓶的光源作为正面补偿光源从正面照射瓶身区域，具体包括：

所述正面补偿光源分别从正面的上下两侧以一定的预设角度照射瓶身区域。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述采集在所述背光光源和正面补偿光源照射下的玻璃瓶图像进行异物识别，具体包括：

对所述玻璃瓶图像进行颜色分割、亮度分割和边缘分割；

对经过上述处理后的图像进行区域融合，获取融合后连通区域的面积和所述连通区域包含的边缘点数；

根据所述连通区域的面积和所述连通区域包含的边缘点数进行图像过滤，得到异物区域的图像：

根据预先设置的面积阈值数据和异物数据模型进行异物识别。

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