CN107451588A - 一种基于机器视觉的易拉罐光滑曲面喷码在线识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于机器视觉的易拉罐光滑曲面喷码在线识别方法,包括以下步骤:S1、采集易拉罐曲面喷码字符的原始图像;S2、对采集到的原始图像进行预处理;S3、对预处理后图像中的喷码区域进行分割;S4、喷码字符分割及归一化;S5、字符识别。本发明通过机器视觉代替人工识别,使保证检测成本以及误检漏检率较低的情况下也能高精度、高效地实现在线识别易拉罐光滑曲面喷码。
Description
技术领域
本发明涉及视觉检测的技术领域,尤其涉及到一种基于机器视觉的易拉罐光滑曲面喷码在线识别方法。
背景技术
易拉罐表面生产日期喷码是罐装饮料质量合格与否的重要指标。而当前易拉罐表面喷码主要以人工主观检测为主,但易拉罐由于其背景图案的复杂性,造成人眼检测困难加大,很容易产生误检漏检现象,且人工检测效率低,检测成本较高,不利于企业的发展要求。
如何保证检测成本以及误检漏检率较低的情况下也能高精度、高效地实现在线识别易拉罐光滑曲面喷码,成为易拉罐光滑曲面喷码厂家亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种检测精度高、效率高、检测成本以及误检漏检率较低的基于机器视觉的易拉罐光滑曲面喷码在线识别方法。
为实现上述目的,本发明所提供的技术方案为:包括以下步骤:
S1、采集易拉罐曲面喷码字符的原始图像;
S2、对采集到的原始图像进行预处理;
S3、对预处理后图像中的喷码区域进行分割;
S4、喷码字符分割及归一化;
S5、字符识别。
进一步地,由于易拉罐字符喷码表面光滑且光反射效应强,光源环境对目标成像有很大影响;其次相对于罐子字符表面呈几何复杂曲面,该曲面部分易产生光照不足现象,很难得到清晰的曲面缺陷图像。为此,步骤S1采用线阵CCD相机在亮度可调节的区域环境,利用球积分光源进行多角度拍摄。
进一步地,步骤S2图像预处理包括灰度化和中值滤波。
进一步地,步骤S3喷码区域分割中,由于在曲面拟合的过程中不能直接通过二值分割获取感兴趣区域,因此本方案采用迭代法来获取喷码ROI区域,,具体步骤如下:
S3-1、通过迭代法自动求取阈值Tk,利用阈值Tk提取ROI;
若待测图像中像素点灰度值小于阈值Tk,则判断其为非字符区域上的点,灰度值计为0并且去掉该区域;若待测图像中像素点灰度值大于等于阈值Tk,则判断其为字符区域像素点,其灰度值保持不变;
S3-2、消除喷码区域进行阈值分割后背景区域中非字符区域对后续处理产生的影响;
采用矩形结构元素对图像进行形态学膨胀操作,得到初步连通域,然后选择面积大于10个像素的连通域,消除掉噪声和细小区域影响;
S3-3、喷码区域倾斜校正;
得到上述喷码区域后,求取喷码区域的最小外接矩形,通过霍夫变换求取最小外接矩形下底边倾斜角度θ,然后对其旋转-θ,得到水平的喷码区域。
进一步地,上一步分割出喷码区域后,由于喷码字符之间存在黏连,故需要对单个喷码字符进行分割,具体步骤如下:
S4-1、定义一个粗分割范围,在粗分割范围内求取最佳分割点;
根据获取的字符高度求取字符的预定义宽度b,确定分割字符的个数N;黏连字符的宽度位于(b,N*b)的范围内,假设黏连字符的宽度为a,则黏连字符个数为:
N=int(a/k1*b)+1
其中,int为取整函数,k1为分割系数;
S4-2、确定粗分割区域;
得到黏连字符个数后,结合黏连字符宽度求取粗分割的平均位置点,取0.2*b作为粗分割的浮动范围,从而获得粗分割的搜索区域;
S4-3、求取最佳分割点;
在所求的粗分割搜索区域内,求取各列的目标像素点个数,并将目标像素最少的列作为该处的最佳分割点,当出现多个相等的最小值时,则取平均值作为最佳分割点。
而分割出的字符往往存在大小差别,因此在字符识别之前须进行归一化处理,使字符具有统一尺寸。
进一步地,针对点阵字符易发生变形的特点,本方案采用卷积神经网络的方法进行识别,用Relu函数作为卷积的激活函数,计算公式为:
其中,n代表层数,Yi为采样窗口的元素值,Wij为连接第n-1层的第i个输入图像和第n层的第j个输出图像的卷积核,∮j为第j个特征图的偏置,Mj为输入特征图的一个选择;
下采样层计算公式为:
对采样区域元素按照其概率值随机的采样:
Yi n=rand(Pi n-1)。
与现有技术相比,本方案优点如下:
本方案通过机器视觉代替人工识别,使保证检测成本以及误检漏检率较低的情况下也能高精度、高效地实现在线识别易拉罐光滑曲面喷码。
附图说明
图1为本发明一种基于机器视觉的易拉罐光滑曲面喷码在线识别方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明:
参见附图1所示,本实施例所述的一种基于机器视觉的易拉罐光滑曲面喷码在线识别方法,包括以下步骤:
S1、采用线阵CCD相机在亮度可调节的区域环境,利用球积分光源进行多角度拍摄,采集易拉罐曲面喷码字符的原始图像。
S2、对图像进行灰度化和中值滤波:
求取原图像区域每个像素点的M*N窗口邻域的平均值g(i,j);
中值滤波计算公式为:
其中,f(i,j)表示原图像各点灰度值,g(i,j)表示滤波后图像各点灰度值,A表示图像区域。
S3、对预处理后图像中的喷码区域进行分割,具体步骤为:
S3-1、通过迭代法自动求取阈值Tk,利用阈值Tk提取ROI;
若待测图像中像素点灰度值小于阈值Tk,则判断其为非字符区域上的点,灰度值计为0并且去掉该区域;若待测图像中像素点灰度值大于等于阈值Tk,则判断其为字符区域像素点,其灰度值保持不变;
S3-2、消除喷码区域进行阈值分割后背景区域中非字符区域对后续处理产生的影响;
采用3*5的矩形结构元素对图像进行形态学膨胀操作,得到初步连通域,然后选择面积大于10个像素的连通域,消除掉噪声和细小区域影响;
S3-3、喷码区域倾斜校正;
得到上述喷码区域后,求取喷码区域的最小外接矩形,通过霍夫变换求取最小外接矩形下底边倾斜角度θ,然后对其旋转-θ,得到水平的喷码区域。
S4、喷码字符分割及归一化:
喷码字符分割的具体步骤如下:
S4-1、定义一个粗分割范围,在粗分割范围内求取最佳分割点;
根据获取的字符高度求取字符的预定义宽度b,确定分割字符的个数N;黏连字符的宽度位于(b,N*b)的范围内,假设黏连字符的宽度为a,则黏连字符个数为:
N=int(a/k1*b)+1
其中,int为取整函数,k1为分割系数;
S4-2、确定粗分割区域;
得到黏连字符个数后,结合黏连字符宽度求取粗分割的平均位置点,取0.2*b作为粗分割的浮动范围,从而获得粗分割的搜索区域;
S4-3、求取最佳分割点;
在所求的粗分割搜索区域内,求取各列的目标像素点个数,并将目标像素最少的列作为该处的最佳分割点,当出现多个相等的最小值时,则取平均值作为最佳分割点。
归一化的具体步骤如下:
将分割图像归一化为15×20,计算需要缩放的比例:
计算图像缩放后的大小:
W=W×scale
H=H×scale
将缩放后的图像放在中间,在该图像上下左右补零至15×21。
S5、字符识别:
采用卷积神经网络的方法进行,采用Relu函数作为卷积的激活函数,计算公式为:
其中,n代表层数,Yi为采样窗口的元素值,Wij为连接第n-1层的第i个输入图像和第n层的第j个输出图像的卷积核,∮j为第j个特征图的偏置,Mj为输入特征图的一个选择;
下采样层计算公式为:
对采样区域元素按照其概率值随机的采样:
Yi n=rand(Pi n-1)
其中,N为3,对归一化的数值进行随机采样,获得采样区域中相同位置的元素值。
本实施例通过机器视觉代替人工识别,使保证检测成本以及误检漏检率较低的情况下也能高精度、高效地实现在线识别易拉罐光滑曲面喷码。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例,并非以此限制本发明的实施范围,故凡依本发明之形状、原理所作的变化,均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于机器视觉的易拉罐光滑曲面喷码在线识别方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1、采集易拉罐曲面喷码字符的原始图像;
S2、对采集到的原始图像进行预处理;
S3、对预处理后图像中的喷码区域进行分割;
S4、喷码字符分割及归一化;
S5、字符识别。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的易拉罐光滑曲面喷码在线识别方法,其特征在于:所述步骤S1采用线阵CCD相机在亮度可调节的区域环境,利用球积分光源进行多角度拍摄。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的易拉罐光滑曲面喷码在线识别方法,其特征在于:所述步骤S2图像预处理包括灰度化和中值滤波。
4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的易拉罐光滑曲面喷码在线识别方法,其特征在于:所述步骤S3喷码区域分割,具体步骤如下:
S3-1、通过迭代法自动求取阈值Tk,利用阈值Tk提取ROI;
若待测图像中像素点灰度值小于阈值Tk,则判断其为非字符区域上的点,灰度值计为0并且去掉该区域;若待测图像中像素点灰度值大于等于阈值Tk,则判断其为字符区域像素点,其灰度值保持不变;
S3-2、消除喷码区域进行阈值分割后背景区域中非字符区域对后续处理产生的影响;
采用矩形结构元素对图像进行形态学膨胀操作,得到初步连通域,然后选择面积大于10个像素的连通域,消除掉噪声和细小区域影响;
S3-3、喷码区域倾斜校正;
得到上述喷码区域后,求取喷码区域的最小外接矩形,通过霍夫变换求取最小外接矩形下底边倾斜角度θ,然后对其旋转-θ,得到水平的喷码区域。
5.根据根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的易拉罐光滑曲面喷码在线识别方法,其特征在于:所述步骤S4中喷码字符分割的具体步骤如下:
S4-1、定义一个粗分割范围,在粗分割范围内求取最佳分割点;
根据获取的字符高度求取字符的预定义宽度b,确定分割字符的个数N;黏连字符的宽度位于(b,N*b)的范围内,假设黏连字符的宽度为a,则黏连字符个数为:
N=int(a/k1*b)+1
其中,int为取整函数,k1为分割系数;
S4-2、确定粗分割区域;
得到黏连字符个数后,结合黏连字符宽度求取粗分割的平均位置点,取0.2*b作为粗分割的浮动范围,从而获得粗分割的搜索区域;
S4-3、求取最佳分割点;
在所求的粗分割搜索区域内,求取各列的目标像素点个数,并将目标像素最少的列作为该处的最佳分割点,当出现多个相等的最小值时,则取平均值作为最佳分割点。
6.根据根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的易拉罐光滑曲面喷码在线识别方法,其特征在于:
所述步骤S5字符识别采用卷积神经网络的方法进行,采用Relu函数作为卷积的激活函数,计算公式为:
其中,n代表层数,Yi为采样窗口的元素值,Wij为连接第n-1层的第i个输入图像和第n层的第j个输出图像的卷积核,∮j为第j个特征图的偏置,Mj为输入特征图的一个选择;
下采样层计算公式为:
<mrow>
<msubsup>
<mi>P</mi>
<mi>i</mi>
<mrow>
<mi>n</mi>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msubsup>
<mo>=</mo>
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<mi>i</mi>
<mrow>
<mi>n</mi>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msubsup>
<mrow>
<msub>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>K</mi>
<mo>&Element;</mo>
<mi>N</mi>
<mo>*</mo>
<mi>N</mi>
</mrow>
</msub>
<msubsup>
<mi>Y</mi>
<mi>i</mi>
<mrow>
<mi>n</mi>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msubsup>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
对采样区域元素按照其概率值随机的采样:
Yi n=rand(Pi n-1)。
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