CN105396795B - 一种基于机器视觉剔除烟梗中烟拐的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于机器视觉剔除烟梗中烟拐的装置，其特征在于，所述装置包括振动输送机(1)、高速皮带机(2)、剔除系统(3)；其中，剔除系统(3)包括图像获取装置(4)、照明光源(5)、背景光源(6)、图像处理系统(7)、剔除阀(8)、烟梗通道(9)、烟拐通道(10)；本发明的有益效果是：可以控制筛子的识别效果；所述高速皮带机的输送速度范围为3m/s～7m/s，并且可变频调速；通过对二值化图像进行宽度方向1/4压缩和高度方向1/2压缩后，利用筛子方法快速检测烟拐位置，检测方法快速、高效、实时性强，可以满足在线识别剔除的实时性要求。通过调整烟拐平均宽度参数w可以改变筛子的个数，调整剔除效果，弥补了现有纯机械剔除技术的不足。

Description

一种基于机器视觉剔除烟梗中烟拐的方法及装置
技术领域
本发明属于烟草加工中的物料检测技术领域，具体涉及在烟梗加工过程中剔除烟拐的方法。
背景技术
烟梗即烟叶之粗硬叶脉，是烟丝的主要原料之一，生长在烟杆上支撑着烟叶，是烟叶的组成部分，约占叶重的25％～30％，而烟拐就是烟叶上烟梗与烟杆的连接部位。经过打叶风分后的烟梗被加工成粗细、长短不一的条状物，因此可以说烟拐实际上就是烟梗的一部分，或者说烟拐必然包括一小段烟梗。烟梗的截面形状呈近U形状，行业内一般将其最大宽度称为烟梗直径，烟梗沿长度方向的直径基本保持一致，条状烟梗中有一端为烟梗与烟杆的连接部位的即为行业内通常讲的烟拐，也叫梗拐，烟拐在长度方向的直径逐渐变宽，呈梯形状，俗称大小头，其两端的直径存在明显的差异，大头直径一般大于10mm，且约为小头直径的1.5～2倍。烟拐结构坚硬，趋木质化，润梗工序中不易润透，进入压梗工序会造成压辊频繁堵料，且切丝后不易膨胀，直接影响卷烟产品的质量，因此一般将烟拐视为杂物，需要剔除。
目前，烟草行业内剔除烟拐的设备均为纯机械式，主要有振动筛和滚筒筛两种型式，其筛分烟梗和烟拐的原理均基于上述两者间物理尺寸上的差异，通过筛网孔或一组并行排列的钢管间形成的缝隙将烟梗和烟拐筛分开，并通过各自的输送通道完成分离过程。存在的问题有两点，首先是筛网孔或管间缝隙容易堵塞，影响筛分效果，虽然发展至今有些设备厂家增设了自动清理装置，但效果仍然不理想；其次是存在过筛和漏筛现象，即不该筛下来的烟拐被筛下来，而该筛下来烟梗却没筛下来，设备不能达到预想的设计要求，主要原因是烟拐和烟梗的大小、形状千姿百态，很难用一种固定的网孔或缝隙大小去完全适应，虽然也有厂家将网孔或缝隙大小设计成可调式的，但实际意义不大。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术存在的不足，提出一种基于机器视觉的剔除烟拐的方法及装置，以提高烟拐剔除的效果及可靠性。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种基于机器视觉剔除烟梗中烟拐的装置，本发明特征在于，所述装置包括振动输送机、与振动输送机衔接的高速皮带机、设置在高速皮带机后段的剔除系统；其中，剔除系统包括图像获取装置、照明光源、背景光源、图像处理系统、位于高速皮带机后端的剔除阀、烟梗通道、烟拐通道；图像获取装置；其中照明光源与背景光源分别位于物料面的上下两侧，两根照明光源分别置于图像获取装置扫描线的左右两侧，并成30～45度倾角聚光在物料面的扫描线上。
根据上述装置剔除烟梗中烟拐的方法包括如下步骤：
第一步、烟梗离散：通过振动输送机的作用首先使烟梗均匀铺满槽宽方向，同时在槽体长度方向得到初步摊铺，接近单层化状态；经过初步摊铺的烟梗进入高速皮带机后得到加速，最终使烟梗在带面上呈现完全离散化状态；
第二步、采集图像：经过上述步骤处理后的烟梗，在通过图像获取装置下方时被采集烟梗原始图像并传输给图像处理系统；
第三步、图像处理：采集到的烟梗原始图像经过二值化和烟拐识别处理后，将剔除信号发给剔除阀；
第四步、剔除处理：剔除信号通过图像处理系统发出指令给剔除阀，将混杂在烟梗中的烟拐剔除，剔除下来的烟拐进入烟拐通道，而烟梗则进入烟梗通道。
其中第三步图像处理包含以下步骤：
a、二值化处理：将原始图像进行二值化处理得到二值化图像；
b、二值化图像进行压缩运算：首先将图像的行像素数据两两进行与运算将图像压缩为1/2，然后将经过首次压缩的图像的相邻两行和两列像素数据4个为一组进行合并，将4个像素数据累加得到一个新的像素数据，这样数据又压缩为原来的1/4，经过两次压缩运算后图像数据压缩为原二值化图像的1/8；
c、对压缩图像进行筛子运算：用一个n×n的筛子，以一个压缩后的像素大小为步长遍历整个图像。每移动一步将筛子覆盖区域内的像素数据累加得到m，比较m和阀值k的大小，当m≥k时，判定该位置为烟拐，将当前位置记录在剔除控制矩阵表内；
d、产生烟拐剔除信号：利用剔除控制矩阵表和剔除阀的位置对应关系，产生烟拐剔除信号。
本发明中n×n筛子的个数n可以由公式：向上取整得到，式中w为烟拐的平均宽度、s为相机的线分辨率，阀值k取n值的0.8至0.9倍，所以通过调整w值的大小，可以控制筛子的识别效果。
本发明所述高速皮带机的输送速度范围为3m/s～7m/s，并且可变频调速。所述扫描线的长度等于高速皮带机的皮带宽度，扫描线与高速皮带机的出料辊的水平距离B为10mm～30mm。
本发明通过对二值化图像进行宽度方向1/4压缩和高度方向1/2压缩后，利用筛子方法快速检测烟拐位置，检测方法快速、高效、实时性强，可以满足在线识别剔除的实时性要求。通过调整烟拐平均宽度参数w可以改变筛子的个数，调整剔除效果，弥补了现有纯机械剔除技术的不足。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明二值化图像行像素两两与运算示意图；
图3为本发明二值化图像两行和两列像素合并示意图；
图4为本发明筛子检测运算示意图；图中1-非烟拐，2-烟拐。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明实施方式进行说明。
见图1，一种基于机器视觉剔除烟梗中烟拐的装置，本发明特征在于，所述装置包括振动输送机1、与振动输送机1衔接的高速皮带机2、设置在高速皮带机2后段的剔除系统3；其中，剔除系统3包括图像获取装置4、照明光源5、背景光源6、图像处理系统7、位于高速皮带机2后端的剔除阀8、烟梗通道9、烟拐通道10；图像获取装置4；其中照明光源5与背景光源6分别位于物料面的上下两侧，两根照明光源5分别置于图像获取装置4扫描线的左右两侧，并成30～45度倾角聚光在物料面的扫描线上。
如图1所示，本发明根据上述装置剔除烟梗中烟拐的方法实施方式包括如下步骤：
第一步、烟梗离散：通过振动输送机1的作用首先使烟梗均匀铺满槽宽方向，同时在槽体长度方向得到初步摊铺，接近单层化状态；经过初步摊铺的烟梗进入高速皮带机2后得到加速，最终在带面上呈现完全离散化状态；
第二步、采集图像：经过上述步骤处理后的烟梗，呈水平抛物状进入剔除系统3，在通过图像获取装置4下方时，借助照明光源5、背景光源6，图像获取装置4采集烟梗原始图像并传输给图像处理系统7；
第三步、图像处理：采集到的烟梗原始图像经过二值化和烟拐识别处理后，将剔除信号发给剔除阀8；
第四步、剔除处理：剔除信号通过图像处理系统7发出指令给剔除阀8，将混杂在烟梗中的烟拐剔除，剔除下来的烟拐进入烟拐通道10，而烟梗则进入烟梗通道9。
其中第三步图像处理包含以下步骤：
a、二值化处理：将原始图像进行二值化处理得到二值化图像；
b、二值化图像进行压缩运算：如图2所示，首先将图像的行像素数据两两进行与运算将图像压缩为1/2，然后如图3所示，将经过首次压缩的图像的相邻两行和两列像素数据4个为一组进行合并，将4个像素数据累加得到一个新的像素数据，这样数据又压缩为原来的1/4，经过两次压缩运算后图像数据压缩为原二值化图像的1/8；
c、如图4所示，对压缩图像进行筛子运算：用一个n×n的筛子，以一个压缩后的像素大小为步长遍历整个图像。每移动一步将筛子覆盖区域内的像素数据累加得到m，比较m和阀值k的大小，当m≥k时，判定该位置为烟拐，将当前位置记录在剔除控制矩阵表内；
d、产生烟拐剔除信号：利用剔除控制矩阵表和剔除阀的位置对应关系，产生烟拐剔除信号。
本发明中n×n筛子的个数n可以由公式：向上取整得到，式中w为烟拐的平均宽度、s为相机的线分辨率，阀值k取n值的0.8至0.9倍，所以通过调整w值的大小，可以控制筛子的识别效果。
本发明中高速皮带机2的输送速度范围为3m/s～7m/s，并且可变频调速，通过调整高速皮带机2的速度来保证烟梗的离散效果。图像获取装置4扫描线的长度等于高速皮带机2的皮带宽度，确保图像获取装置4可以采集到所有烟梗的原始图像，扫描线与高速皮带机2的出料辊的水平距离B为10mm～30mm，确保烟梗在离开高速皮带机2的瞬间即被图像获取装置4采集到图像。
如上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以此限定本发明的范围，即依本发明专利申请保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围。

Claims (3)

1.一种基于机器视觉剔除烟梗中烟拐装置剔除烟梗中烟拐的方法，其特征在于：
所述装置包括：振动输送机（1）、与振动输送机（1）衔接的高速皮带机（2）、设置在高速皮带机（2）后段的剔除系统（3）；其中，剔除系统（3）包括图像获取装置（4）、照明光源（5）、背景光源（6）、图像处理系统（7）、 位于高速皮带机（2）后端的剔除阀（8）、烟梗通道（9）、烟拐通道（10）；图像获取装置（4）；其中照明光源（5）与背景光源（6）分别位于物料面的上下两侧，两根照明光源（5）分别置于图像获取装置（4）扫描线的左右两侧，并成30～45度倾角聚光在物料面的扫描线上，
所述方法包括如下步骤：
第一步、烟梗离散：通过振动输送机（1）的作用首先使烟梗均匀铺满槽宽方向，同时在槽体长度方向得到初步摊铺，接近单层化状态；经过初步摊铺的烟梗进入高速皮带机（2）后得到加速，最终使烟梗在带面上呈现完全离散化状态；
第二步、采集图像：经过上述步骤处理后的烟梗，在通过图像获取装置（4）下方时被采集烟梗原始图像并传输给图像处理系统（7）；
第三步、图像处理：采集到的烟梗原始图像经过二值化和烟拐识别处理后，将剔除信号发给剔除阀（8）；
第四步、剔除处理：剔除信号通过图像处理系统（7）发出指令给剔除阀（8），将混杂在烟梗中的烟拐剔除，剔除下来的烟拐进入烟拐通道（10），而烟梗则进入烟梗通道（9）；
其中第三步图像处理包含以下步骤：
a、二值化处理：将原始图像进行二值化处理得到二值化图像；
b、二值化图像进行压缩运算：首先将图像的行像素数据两两进行与运算将图像压缩为1/2，然后将经过首次压缩的图像的相邻两行和两列像素数据4个为一组进行合并，将4个像素数据累加得到一个新的像素数据，这样数据又压缩为原来的1/4，经过两次压缩运算后图像数据压缩为原二值化图像的1/8；
c、对压缩图像进行筛子运算：用一个n×n的筛子，以一个压缩后的像素大小为步长遍历整个图像；
每移动一步将筛子覆盖区域内的像素数据累加得到m，比较m和阀值k的大小，当m≥k时，判定该位置为烟拐，将当前位置记录在剔除控制矩阵表内；其中n×n筛子的个数n可以由公式：向上取整得到，式中w为烟拐的平均宽度、s为相机的线分辨率，阀值k取n值的0.8至0.9倍；
d、产生烟拐剔除信号：利用剔除控制矩阵表和剔除阀的位置对应关系，产生烟拐剔除信号。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉剔除烟梗中烟拐装置剔除烟梗中烟拐的方法，其特征在于，所述高速皮带机（2）的输送速度范围为3m/s～7m/s，采用可变频调速。
3.根据权利要求1所述的基于机器视觉剔除烟梗中烟拐装置剔除烟梗中烟拐的方法，其特征在于，所述扫描线的长度等于高速皮带机（2）的皮带宽度，扫描线与高速皮带机（2）的出料辊的水平距离B为10mm～30mm。
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