CN103940829B - 棉花异纤在线检测照明均匀性调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于保持棉花异纤在线检测通道中照明的均匀性的棉花异纤在线检测照明均匀性调节方法与装置，两块光源板位于靠近棉流通道位置处且有缝隙地上下垂直放置，CCD线阵相机位于远离棉流通道位置处且正对准缝隙；每块光源板均有n个LED灯且分两排布置，n个LED灯均通过LED灯电源总线与控制模块连接；用阈值分割法将图像分割为q个区域，对分割后的各个区域进行图像亮度特征提取并确定各区域图像的亮度级数，若该区域的亮度级数大于所允许的最大的亮度级数或小于所允许的最小的亮度级数，则对该区域对应的LED灯进行亮度调整；采用一个单片机控制单元调节n路LED灯的亮度，保证有效地剔除棉花中的异纤等杂质。

Description

棉花异纤在线检测照明均匀性调节方法

技术领域

本发明涉及一种功率可调的棉花异纤在线检测照明装置，用于保持棉花异纤在线检测通道中照明的均匀性，进而提高采集棉花异纤图像的质量，从而保证有效地剔除棉花中的异纤等杂质。

背景技术

现有的棉花异纤在线检测生产中，采用CCD线阵相机对经过开松棉机处理过的棉流进行图像采集，获取棉流中的异纤信息。一般情况下，由于棉流通道中光照的不均匀性，使得在正常的拍照过程中，CCD线阵相机拍摄出的图像出现中间部分较亮，两侧部分较暗的现象，在照片的较暗处或过亮处棉花和异纤的区分度就会减弱，这样，在异纤剔除时很大程度上会出现异纤的漏检或误将棉花当成是异纤。针对上述情况，在现有的技术中，一般是通过增加整体光照强度以及调节相机的拍摄角度或拍摄焦距来解决这种问题，虽然这样处理可以使拍出照片的质量大幅度提高，但对于拍摄图像明暗不均的问题未作出根本性的处理。

若要高效地剔除棉花中的异纤，准确的异纤识别是必不可少的，这就对拍出的棉流照片质量有了较高的要求。如何准确有效地拍出高质量的棉流照片便成了棉花异纤在线检测技术的重要环节，而光照作为拍照时不可或缺的一部分，均匀的光照环境可以大大提高照片的质量。

发明内容

本发明针对棉花异纤在线检测图像采集时出现的照片明暗不均的情况，提出了一种功率可调的棉花异纤在线检测照明装置，提高棉流通道中照明的均匀性，以提高采集图像的质量，增强棉花异纤的的识别度。

本发明一种棉花异纤在线检测照明装置采用的技术方案是：本发明包括背景板、光源板和CCD线阵相机，光源板和CCD线阵相机位于棉流通道的同一侧，背景板位于棉流通道的另一侧，两块光源板位于靠近棉流通道位置处且有缝隙地上下垂直放置，CCD线阵相机位于远离棉流通道位置处且正对准所述缝隙，背景板垂直放置也正对准所述缝隙；每块光源板均有n个LED灯且分两排布置，n个LED灯均通过LED灯电源总线与控制模块连接，控制模块通过控制总线与计算机连接。

进一步地，所述控制模块包括单片机，单片机的输出端口通过m路传输总线与地址译码器连接，地址译码器通过n路传输总线连接多路分配器，；单片机的D/A端口通过导线与D/A转换器连接，D/A转换器也连接多路分配器，多路分配器内含n个开关，每一开关连接一个采样保持电路，每一个采样保持电路连接一个电压电流转换电路，所述n个LED灯分别对应串联n个电压电流转换电路。

本发明一种棉花异纤在线检测照明装置的均匀性调节方法采用的技术方案是：先用CCD线阵相机对棉流进行图像采集，将采集到的图像传给计算机，计算机对接收到的图像进行处理，用阈值分割法将图像分割为q个区域，对分割后的各个区域进行图像亮度特征提取并确定各区域图像的亮度级数，若该区域的亮度级数大于所允许的最大的亮度级数或小于所允许的最小的亮度级数，则对该区域对应的LED灯进行亮度调整。

所述亮度调整的方法是：先在计算机中生成LED灯亮度调整命令，将LED灯亮度调整命令发送至单片机，经由单片机处理后分别将信号对应传至地址译码器和D/A转换器，由地址译码器解码需要调节的LED灯的地址信息，由D/A转换器将数字信号转换为模拟信号，再将解码后的地址信号和D/A转换后的模拟信号传入多路分配器，由多路分配器有选择性地将信号传递给对应的采样保持电路，最后通过电压电流转换电路将传输过来的电压信号转换为电流信号，并作用于串联在电压电流转换电路中的待调节的LED灯上以调整LED灯的亮度。

本发明与已有方法和技术相比，具有如下优点：

1、本发明针对一组LED灯源，通过对每一个LED灯进行亮度调整的方法，有针对性地调整光照不均匀处LED灯的亮度，进而提高光照的均匀度，也提高采集棉花异纤图像的质量，从而保证有效地剔除棉花中的异纤等杂质。

2、本发明采用一个单片机控制单元调节n路LED灯的亮度，电路结构简单，同时可以实现自动控制。

3、本发明采用计算机图像处理的方法反馈调节LED灯的亮度，将需要调节的LED灯的调节信号发送给调节电路，无需调节的部分则可以直接跳过，如此反复，形成一个闭环控制系统，可加快光照均匀度调整的速度，缩短调整光照的时间。

附图说明

图1是本发明棉花异纤在线检测照明装置的立体结构示意图；

图2是图1的主视图；

图3是图1中光源板的结构示意图；

图4是图1中控制模块7的控制电路图；

图5是本发明棉花异纤在线检测照明均匀性调节方法的流程图。

附图中各部件的序号和名称：1：棉流通道；2：棉流；3：背景板；4：光源板；5：CCD线阵相机；6：相机底座；7：控制模块；8：相机数据线；9：LED灯电源总线；10：控制总线；11：计算机；12：铝箔板；13：LED灯；14：单片机；15：m路传输总线；16：地址译码器；17：D/A转换器；18：n路传输总线；19：多路分配器；20：采样保持电路；21：电压电流转换电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的阐述。

参见图1、图2，本棉花异纤在线检测照明装置整体结构包括棉流通道1、背景板3、光源板4、CCD线阵相机5、相机底座6、控制模块7、相机数据线8、LED灯电源总线9、控制总线10、计算机11等部分。在棉流通道1的一侧并靠近棉流通道1位置处上下垂直放置两块光源板4，光源板4通过LED灯电源总线9连接控制模块7，接收控制模块7的控制信号，控制模块7通过控制总线10与计算机11连接，接收计算机发出的控制指令。两块光源板4中间留有缝隙，CCD线阵相机5由相机底座6支撑，放置在光源板4的外侧也即远离棉流通道1的位置处，镜头正对准两块光源板4的间隙处，且与光源板4放置在棉流通道1的同一侧，CCD线阵相机5通过相机数据线8与计算机11相连。背景板3垂直放置在棉流通道1的另一侧，也正对准光源板4的缝隙，与CCD线阵相机5处于同一平面相对布置，背景板3由棉纤维直接粘贴在白板上制作而成，可以使背景板3与棉花具有相同的照度。

参见图3，为光源板4的结构示意图，该光源板4主要包括铝箔板12、LED灯13。n个LED灯13分两排焊接在铝箔板12上，通过LED灯电源总线9与控制模块7连接，由控制模块7逐个调节流经每个LED灯13的电流的大小，进而调节其功率，以达到调节LED灯13亮度的目的。

参见图4，本棉花异纤在线检测照明装置控制模块7主要包括单片机14、m路传输总线15、地址译码器16、D/A转换器17、n路传输总线18、多路分配器19、采样保持电路20、电压电流转换电路21等部分。单片机14通过控制总线10与计算机11连接，接收计算机11下传的调节指令，并对接收到的调节指令进行处理。单片机14的输出端口通过m路传输总线15与地址译码器16连接，地址译码器16通过n（）路传输总线18连接在多路分配器19上。控制模块7工作时，单片机14将处理后的地址信息通过m路传输总线15传送给地址译码器16，地址译码器16将需要调节的LED灯13的地址信息进行译码处理，并将处理结果通过n（）路传输总线18传递给多路分配器19。单片机14的D/A端口通过导线与D/A转换器17连接，D/A转换器17也连接在多路分配器19上。控制模块7工作时，单片机14将调节信号经由D/A转换器17转换为模拟信号，传递给多路分配器19。多路分配器19内部含有n个开关，每一路开关连接一个采样保持电路20，共n个采样保持电路20，每一个采样保持电路20后面连接一个电压电流转换电路21，n个LED灯13分别对应串联在n个电压电流转换电路21中。

参见图5，为棉花异纤在线检测光源功率调节流程图。该调节过程主要分为三大块：图像采集、图像处理、LED灯亮度调整。首先用CCD线阵相机5对棉流2进行图像采集；然后将采集到的图像上传给计算机11，计算机11对接收到的图像进行图像处理，图像处理的过程为：用阈值分割法将图像分割为q个区域，然后对分割后的各个区域进行图像亮度特征提取并确定各区域图像的亮度级数，即首先确定某一区域i（i=0,1,2…q）的图像亮度级数nI_i（i=0,1,2…q）；将该级数nI_i（i=0,1,2…q）分别与所允许的最大的亮度级数H、最小的亮度级数L进行比较，若该亮度级数nI_i（i=0,1,2…q）大于所允许的最大的亮度级数H或小于所允许的最小的亮度级数L，则说明该区域对应的LED灯13需要进行亮度调整。由图像处理过程中的点阵信息确定需要调节的LED灯13的地址及其调节方式，在计算机11中生成LED灯13亮度调整命令。然后将LED灯13亮度调整命令发送至单片机14，经由单片机14处理后分别将信号对应传至地址译码器16和D/A转换器17，由地址译码器16解码需要调节的LED灯13的地址信息，由D/A转换器17将数字信号转换为模拟信号。将解码后的地址信号和D/A转换后的模拟信号传入多路分配器19，由多路分配器19有选择性地将信号传递给对应的采样保持电路20，保证模拟电压信号的无损传输，然后通过电压电流转换电路21将传输过来的电压信号转换为电流信号，并作用于串联在电压电流转换电路21中的待调节LED灯13上，以调整LED灯13的亮度。若亮度级数nI_i（i=0,1,2…q）在所允许的最大的亮度级数H和最小的亮度级数L之间，则说明该区域对应的LED灯13无需进行亮度调整，可以继续进行下一个区域的亮度特征提取工作，直至整幅图像处理结束，再继续下一幅图像的采集和处理。

参见图1-5，本发明功率可调的棉花异纤在线检测照明装置的方法具体如下：

步骤一：无杂质棉流图像采集。LED亮度的调整应在棉花异纤检测前完成，为了准确调整光照亮度，这里以无杂质的棉花为采集目标进行棉流图像采集，这样可以排除杂质对亮度调整造成的影响。打开设备，将无杂质棉花放入棉流通道1，分别打开光源板4、CCD线阵相机5以及各所需器件，拍摄棉花图像，并将图像传至计算机11。

步骤二：计算机图像处理。首先对图像进行分割，这里采用阈值分割法将图片分割成q个特定的区域；然后逐一对各个区域进行亮度特征提取及亮度级数对比，具体实施方式为：首先提取某一区域i（i=0,1,2…q）的亮度级数nI_i（i=0,1,2…q），然后将该亮度级数nI_i（i=0,1,2…q）分别与准确识别异纤所允许的最大的亮度级数H、最小的亮度级数L进行比较，若该亮度级数nI_i（i=0,1,2…q）大于最大的亮度级数H或小于最小的亮度级数L，则根据该区域图像的点阵信息判别对应LED灯13的地址及其调节方式，由计算机11生成LED灯13亮度调整指令，然后将LED灯13亮度调整指令发送至控制模块7。若该亮度级数nI_i（i=0,1,2…q）在准确识别异纤所允许的最大亮度级数H和最小亮度级数L之间，则继续进行下一个区域的亮度特征提取工作。

步骤三：LED灯亮度调整。单片机14对计算机11传输过来的数字信号进行处理，一方面将需要调节的LED灯13的地址信号通过m路传递总线传送给地址译码器16，地址译码器16对接收到的的地址信息进行处理后通过n（）路传递总线传递给多路分配器19。另一方面，单片机14将调节信号经由D/A转换器转换为模拟信号同样传递给多路分配器19，由多路分配器19将调节信息配送给对应的采样保持电路20，以进行信号的无损传输，这里考虑到LED灯13的实际接线情况，采用通过改变电流大小来控制功率的方式来调节LED灯13的亮度。这里利用电压电流转换电路21将电压信号转换为电流信号，以恒定电流的形式流经串联在电压电流转换电路21中的LED灯13，改变待调节LED灯13的功率，进而改变其亮度。这样，随着流经LED灯13的电流的变化，灯泡的亮度随之变化，以达到光照均匀的目的。

步骤四：重复上述三个步骤，直至整幅图像处理结束，再继续下一幅图像的采集和处理。直到所采集到的棉流图像达到预期效果则可以停止调试，如若效果不理想，则以上述方法继续进行调节。

Claims (3)

1.一种棉花异纤在线检测照明装置的均匀性调节方法，采用棉花异纤在线检测照明装置，该棉花异纤在线检测照明装置包括背景板（3）、光源板（4）和CCD线阵相机（5），光源板（4）和CCD线阵相机（5）位于棉流通道的同一侧，背景板（3）位于棉流通道的另一侧，两块光源板（4）位于靠近棉流通道位置处且有缝隙地上下垂直放置，CCD线阵相机（5）位于远离棉流通道位置处且正对准所述缝隙，背景板（3）垂直放置也正对准所述缝隙；每块光源板（4）均有n个LED灯（13）且分两排布置，n个LED灯（13）均通过LED灯电源总线与控制模块（7）连接，控制模块（7）通过控制总线与计算机（11）连接，其特征是：先用CCD线阵相机（5）对棉流进行图像采集，将采集到的图像传给计算机（11），计算机（11）对接收到的图像进行处理，用阈值分割法将图像分割为q个区域，对分割后的各个区域进行图像亮度特征提取并确定各区域图像的亮度级数，若该区域的亮度级数大于所允许的最大的亮度级数或小于所允许的最小的亮度级数，则对该区域对应的LED灯（13）进行亮度调整。

2.根据权利要求1所述的均匀性调节方法，其特征是：所述亮度调整的方法是：先在计算机（11）中生成LED灯（13）亮度调整命令，将LED灯（13）亮度调整命令发送至单片机（14），经由单片机（14）处理后分别将信号对应传至地址译码器（16）和D/A转换器（17），由地址译码器（16）解码需要调节的LED灯（13）的地址信息，由D/A转换器（17）将数字信号转换为模拟信号，再将解码后的地址信号和D/A转换后的模拟信号传入多路分配器（19），由多路分配器（19）有选择性地将信号传递给对应的采样保持电路（20），最后通过电压电流转换电路（21）将传输过来的电压信号转换为电流信号，并作用于串联在电压电流转换电路（21）中的待调节的LED灯（13）上以调整LED灯（13）的亮度。

3.根据权利要求1所述的均匀性调节方法，其特征是：若亮度级数在所允许的最大的亮度级数和最小的亮度级数之间，则该区域对应的LED灯（13）无需进行亮度调整，继续进行下一个区域的亮度特征提取，直至整幅图像处理结束，再继续下一幅图像的采集和处理。