CN108431586A - 用于容器的光学检查方法和光学检查装置 - Google Patents

用于容器的光学检查方法和光学检查装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于容器(2)的光学检查方法。利用照射装置(3)的光至少部分地照射或透照容器(2)，并且借助于至少一台相机(4‑6)在各种情况下从不同视角方向(R4‑R6)拍摄容器(2)作为相机图像。在第一图像分析步骤中，通过立体匹配图像点从至少两张相机图像中确定容器(2)的第一检查区段(A)的第一图像信息，例如，确定容器正面上的污渍(10)。本发明的特征在于，在第二图像分析步骤中，分析两张相机图像中的各张相机图像，其中首先排除所述第一图像信息，然后确定容器(2)的第二检查区段(B)的第二图像信息，例如，确定容器背面的裂痕(11)。

Description

用于容器的光学检查方法和光学检查装置
技术领域
本发明涉及用于容器光学检查的方法和装置，该方法和装置分别具有方案1和9的前序部分的特征。
背景技术
例如，从DE 10 2009 011 270 A1已知透照光检查方法，其中利用两台相机在具有重叠视场的情况下从两个不同视角方向拍摄容器壁的同一检查区段。然后，在图像处理期间使两台相机图像均衡化，并且使两台相机图像在重叠区域中重叠。以这种方式，能够从干扰信息中分离出相应的图像信息。
此外，WO 2006/011803 A2公开了用于识别容器中的异物的方法，其中通过光源照射容器，并且通过多台相机从不同视角方向拍摄容器。能够借助于立体技术重建异物的三维位置，在该立体技术中，来自多个不同相机图像的信息相互关联。
已知方法的缺点在于，为了检查容器上的所有检查区段，具有重叠图像区域的相应大量地记录是必需的，因此检查工作特别劳时费力。
此外，从DE 10 2008 063 076 B3已知用于瓶子的光学检查的检查装置，其中使用镜柜再划分相机的视场，使得容器能够被从多个视角方向同时拍摄。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于容器的光学检查方法，该光学检查方法被更有效地执行并由此不太复杂。
通过具有方案1的前序部分的特征和包含特征部分的特征的用于容器的光学检查方法来满足该目的，据此，在第二图像分析步骤中，分析两张相机图像中的各张相机图像，其中首先排除第一图像信息，然后确定容器的第二检查区段的第二图像信息。
归因于在第二图像分析步骤期间排除了在立体图像分析中在先确定的第一图像信息的事实，在进一步分析中，相应的图像点能够不再被误解。此外，归因于第一图像分析步骤中的立体匹配，知晓第一图像信息必定位于第一检查区段中。结果，在第二图像分析步骤中，还能够考虑分析到：其余图像物体必定位于第一检查区段外侧。由此能够在不必进一步拍摄重叠相机图像的情况下更可靠地确定第二图像信息，这使得方法特别有效。
能够在容器制造系统和/或饮料加工系统中执行光学检查方法。能够在容器的生产之后、在清洁新的或重复利用的容器之后、在灌装系统的下游和/或上游使用光学检查方法。容器加工系统能够为例如用于PET瓶的拉伸吹塑成型机。饮料加工系统能够包括冲洗机、灌装机、加盖机、贴标机和/或包装机。能够利用光学检查装置执行光学检查方法。光学检查方法能够包括透照法、暗场法和/或反射光法。暗场法是指从相对于相机的视角方向倾斜的照射方向照射容器，其中相机不直接记录照射装置的发光面。结果，以使光通过的方式使光例如在缺陷处偏转进入相机。结果，在相机图像中，缺陷显得比周围环境亮。
照射装置能够包括光源和/或散射体。优选地，照射装置能够包括大面积的发光盘，在侧视图中，该发光盘比容器的待被检查的容器轮廓大。发光面能够为有光泽玻璃面或无光泽玻璃面。光源能够包括荧光管、灯泡和/或LED。照射装置能够被构造为透照照射装置、暗场照射装置和/或反射光照射装置。暗场照射装置是指装置相对于容器轴线向容器口和/或容器基体轴向地发光，容器在垂直于容器轴线的视角方向上被至少部分地检查。
容器能够被设置成接收饮料、保健品、糊剂、化学品、生物品和/或药品。特别地，容器能够为塑料瓶、玻璃瓶、罐和/或管。特别地，塑料容器能够为PET、HD-PE或PP容器或瓶。塑料容器还能够为由可生物降解材料制成的容器。容器能够是空的、部分灌装产品的或完全灌装产品的。
“利用照射装置的光至少部分地照射和/或透照容器”当前是指利用光学检查方法仅检查容器的局部区域。这能够为容器口、容器的侧壁和/或基体。“透照”当前是指用透照光或用暗场透照容器。然而，透照还指容器相对于一种或多种光谱波长是透明的、半透明的，并且采用不同种照射，例如，采用暗场照射。
相机能够为CMOS相机或CCD相机。相机上的镜头能够用于使容器在相机的图像传感器上成像。相机能够经由数据界面连接到机器控制器和/或图像处理装置。经由镜头的远景能够具有近心行为、远心行为或近心行为。
图像处理装置能够包括微处理器、存储器、显示单元、输入键盘、指向仪和/或数据界面。图像处理装置能够被构造成利用图像处理算法分析相机图像。
“利用照射装置的光至少部分地照射和/或透照容器，并且借助于至少一台相机在各种情况下从不同视角方向拍摄容器作为相机图像”当前是指利用分离的相机在各种情况下从不同视角方向拍摄容器(或容器的局部区域)。相机的前方还能够配置有用于拍摄不同的视角方向的镜柜。在这方面，相机图像均能够与镜柜的视角方向相关联。换言之，在这种情况下，利用镜柜和相机拍摄的整体图像被划分成均与视角方向相关联的多张相机图像。
检查区段能够对应于容器的三维域或段。例如，检查区段能够对应于容器侧壁的整体或部分。还能够想到，检查区段对应于容器口或容器基体。各个区段均能够不彼此重叠。检查区段能够被再划分成多个单元。为了使有关图像信息不因再由划分被划分成足够的尺寸而被破坏，能够提供再划分的相应重叠。
图像信息能够包括容器的特征、污渍、标签的至少一个部分、材料凸起、容器缺陷(诸如裂痕)、容器标识符和/或印记。特别地，图像信息能够包括容器上的特征的位置、尺寸和/或类型。换言之，图像信息能够包括具有容器、容器的内容物和/或容器上的污渍的特征的任意适当的信息。此外，在相机图像中，图像信息能够包含关于已经确定容器上无污渍的事实的容器信息。借助于图像处理算法，能够从相机图像中提取出图像信息。例如，图像处理算法能够包括诸如阀值滤波、边缘滤波和/或对比滤波的滤波(filter)。
立体匹配能够包括两张相机图像的二维重合和可选的立体均等化(perspectiveequalization)。立体匹配当前还指容器上的3D点与两台相机的对应图像点相关联。利用立体匹配，能够确定容器上的特征的三维位置。立体匹配能够分别包括摄影图像测量分析或三角测量算法。图像点能够包括两张相机图像中的像素、图像区段等。
“在第二图像分析步骤中，分析两张相机图像中的各张相机图像”当前是指在已经确定了第一图像信息以后，分析立体匹配时使用的两张相机图像中的确切的一张相机图像，而不考虑的另一相机图像。在第二图像分析步骤中，能够使用仅处理相机图像的灰值和/或色值、和/或像素位置的算法或图像评价方法。
“排除第一图像信息”当前是指在第二图像分析步骤中，删除、标记或适当地忽略相机图像中的第一图像信息。
当前能够想到，使容器的第一检查区段与容器正面(在相机的视角方向上)相关联，并且首先通过立体匹配确定第一图像信息，然后使第二检查区段与在视角方向上布置在后方的容器背面相关联。在分析布置在后方的第二图像信息之前，现在能够首先从相机图像中删除布置在前方的第一图像信息。结果，还能够因此确定由最初被布置在前方的第一图像信息覆盖的另外的图像信息。
在用于容器的光学检查方法中，能够在第三图像分析步骤中分析相机图像中的一张相机图像，其中首先排除第二图像信息，然后确定容器的第三检查区段的第三图像信息。通过第一和第二图像信息的迭代排除，能够可靠地检查仅被拍摄到一张相机图像的容器区段，特别地，排除位于第三检查区段后方且因容器的透明性而无论如何均会被拍摄到的图像信息。在第三图像分析步骤中分析的相机图像能够为由相机拍摄的任意相机图像。
“排除第二图像信息”当前是指在第三图像分析步骤中，删除、标记或适当地忽略相机图像中的第二图像信息。
第一、第二和/或第三图像分析步骤能够根据它们的编号被依次实施。
在第二图像分析步骤中使用的相机图像的视角方向上，第二检查区段能够配置在第一检查区段的后方，在第三图像分析步骤中使用的相机图像的视角方向上，第三检查区段能够配置在第二检查区段的前方。如上所示，因而能够特别良好地排除位于第三检查区段后方且因此可能使检查结果失真的图像信息。
在第三图像分析步骤中，能够分析与第二图像分析步骤中的相机图像不同的相机图像。例如，能够通过立体匹配能够首先分析两张相机图像，从而能够改善第三视角方向上的另一相机图像中的另一图像信息的确定。
第三检查区段能够仅由在第三图像分析步骤中分析的相机图像拍摄到。如上所述，由此能够更可靠地检查仅由一张相机图像拍摄到的容器区段。
通过使空间点和图像点彼此相互关联的相机的成像规律确定图像信息。该成像规律能够通过相机镜头的光瞳(pupil)借助于中心投影使3D点在相机传感器的图像点上成像，其中能够根据中心投影考虑相机传感器的位置和尺寸以及镜头参数。镜头参数能够包括焦点长度、光瞳位置、焦距和/或镜头相差的参数。换言之，成像规律包括均等化，利用均等化在相机的视场中使3D点在相机图像的相应图像点上成像。
检查区段分别与容器的不同区段相关联。通过使检查区段相关联且具有容器几何形状的知识，能够借助于合理性检验进一步提高光学检查方法的有效性和可靠性。
另外，根据方案9，本发明提供一种用于容器的光学检查装置，该光学检查装置具有照射装置、至少一台相机和图像处理装置，相机可选泽性地至少部分指向照射装置的发光面，其特征在于图像处理装置被构造成执行根据方案1-8中至少一项的光学检查方法。
能够在光学检查装置中执行上述光学检查方法，并且如上详细所示，能够更有效且可靠地分析相机图像。
图像处理装置能够包括微处理器、存储器、显示单元、输入键盘、指向仪和/或例如至相机的数据界面。图像处理装置能够布置在相机中或布置在机器控制器或计算机的外部。图像处理装置能够为计算机或机器控制器。
光学检查装置能够配置在容器制造系统和/或饮料加工系统中。检查装置能够布置在用于将产品灌入容器的灌装组件的上游或下游。检查装置还能够布置在用于PET瓶的拉伸吹塑成型机的下游。检查装置能够布置在拉伸吹塑成型机与灌装机之间。
检查装置还能够布置在用于使容器重复利用的系统中。
相机的前方能够配置有镜柜，用于使容器的多个视角方向拍摄在一张相机图像中。镜柜能够被构造成分别将相机的一整张图像中的两个或更多个视角方向拍摄成相机图像。相机图像能够与镜柜的一个视角方向相关联。镜柜能够被构造成使容器的三个视角方向利用一张相机图像精确地拍摄。
此外，光学检查装置还能够单独地或以任意组合地包括关于透照检查方法在前所述的特征。
另外，根据方案11，本发明提供一种数据载体上的计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于执行根据方案1-8中至少一项的光学检查方法的微处理器用的机器指令。机器指令能够包括程序语言、元语言和/或汇编语言的指令。
数据载体能够为存储模块、硬盘、软盘、CD、DVD、蓝光(Blue-Ray)和/或USB存储器。
附图说明
以下将借助于示例参照附图解释本发明的其它特征和优点，在附图中：
图1示出了用于容器的光学检查装置的实施方式的在执行光学检查方法时的侧视图；和
图2示出了用于容器的光学检查装置的实施方式的在执行光学检查方法时的俯视图。
具体实施方式
图1示出了用于容器2的光学检查装置1的在执行光学检查方法时的侧视图。能够看到，容器2在输送带7上、在照射装置3与两台相机4和5之间传输，并且被透照。图1中的传输方向垂直于图面行进。照射装置3包括发光面3a，发光面3a发出均匀分布的光。光穿过容器2到达相机4和5，并且被作为相机图像捕获。然而，还能够想到，可选地或另外地，借助于至少一个另外的照射装置以入射光和/或暗场对容器2进行检查。
还能够看到，容器2的不同段分别与不同检查区段A-E相关联。这里示出的容器2在第一检查区段A的区域中具有模件(piece of mold)10、在第二检查区段B的区域中具有裂痕11并且在第三区段C的区域中具有标签残留物12。利用下述光学检查方法识别这些物体10-12，然后分拣容器2。
还能够看到，第一相机4在从斜上方指向容器侧壁的视角方向R4上。相机4的像场被大致划分成部分O1和O2。部分O1拍摄检查区段C和B，部分O2拍摄检查区段A和E。此外，第二相机5沿从斜下方的视角方向R5拍摄容器2。这里，同样地，第二相机5的像场被再划分成部分U1和U2，其中部分U1分别拍摄检查区段A和B，部分U2分别拍摄检查区段D和E。理解的是，这样划分仅是示例性的，用于解释本实施方式。然而，能够想到像场的任意其它划分。
利用光学检查装置1按如下执行光学检查方法。
利用两台相机4和5从两个视角方向R4和R5分别拍摄一张相机图像。这基本上同时发生。通过发光面3a的从照射装置3发出的光透照容器2，使得容器2的背面和正面在相机图像中均可见。然而，在第一相机4的相机图像中，检查区段C和B、检查区段A和E分别叠加。此外，在相机5的相机图像中，检查区段A和B、检查区段D和E分别叠加。
在第一图像分析步骤中，现在通过立体匹配(stereoscopic pairing)使两张相机图像的图像点叠加。在远心图像中能够例如使图像点在重叠区域中二维地直接叠加。另一方面，借助于成像规律和利用镜头参数或相机参数的知识，也能够使各张相机图像均衡化，并且也能够使各张相机图像二维地叠加。当使两张相机图像叠加时，则在检查区段A的区域中的期望图像点处会出现污渍10。如果污渍位于容器内或位于背面，则该污渍会在两张相机图像的重叠区域中加倍地出现，并且可以识别出该污渍不属于第一检查区段A。现在将污渍10的类型、位置和尺寸作为第一图像信息存储在存储器中。换言之，污渍10在局部像场O2和下方区域的U1中均可见。
在第二图像分析步骤中，现在仅使用第二相机5的相机图像。能够在第二相机5的像场的部分U1中看到污渍10和裂痕11。然而，在第二部分U2中未拍摄到污渍。由于已经在第一图像分析步骤中识别出了污渍10，所以首先从相机图像中删除污渍10的第一图像信息，或者将污渍10的第一图像信息标记为已识别。现在利用已知的图像评价算法进一步分析相机图像。例如，借助于阀值检测裂痕11的黑化(blackening)。如进一步已知的，容器2是空的，检测到的裂痕11能够与第二检查区段B相关联。现在将裂痕11的类型、位置和尺寸作为第二相机信息存储在存储器中。
可选地或另外地，能够想到，由于是利用第一相机4的部分O1且还有第二相机5的部分U1两者拍摄第二检查区段B，所以借助于相机4、5或相机4、5的成像规律通过立体匹配使两张相机元素中的裂痕11的图像点相互关联。
在第三图像分析步骤中，然后相对于利用部分O1单独拍摄的检查区段C仅分析第一相机4的相机图像。因此，不能通过立体匹配图像点来完成检查区段C的检查。首先，还像在第二图像分析步骤中那样，从进一步分析中排除第二图像信息(裂痕11的第二图像信息)。随后利用本身已知的图像处理算法分析相机图像，并且识别标签残留物12的黑化。这里，再次地，将类型、位置和尺寸确定为第三图像信息并存储在存储器中。
总体上，通过排除在先确定的图像信息提高了第三检查区段C的区域中的检测误差的可靠性，由此提高了检查方法的有效性。这使得在光学检查方法中能够在非重叠图像区域中更可靠地执行检查。
图2以用于容器2的光学检查装置1的在执行光学检查方法时的俯视图示出了另一实施方式。能够看到，容器2利用输送带7、在照射装置3与两台相机4和5之间被传输，并且被透照。这里，同样地，光通过照射装置3在发光面3a中发出、透照容器2并被相机4-6捕获。还能够想到，可选地或另外地，借助于至少一个另外的照射装置以入射光和/或暗场对容器2进行检查。图2所示的光学检查装置1与图1所示的光学检查装置1的区别在于，代替两台相机，用三台相机拍摄容器2。由此，能够在周向上检查容器2的更大区域。
因此，容器2还被划分成总共八个检查区段A-H。在视角方向R4上的相机4分别利用像场的第一部分L1拍摄第三检查区段C和第二检查区段B，利用第二部分L2拍摄检查区段E和F。此外，在视角方向R5上的第二相机5利用第一部分M1拍摄检查区段E和G，利用第二部分M2拍摄第一检查区段A和第二检查区段B。此外，在视角方向R6上的第三相机6利用第一部分R1拍摄检查区段A和检查区段H，利用第二部分R2拍摄检查区段D和G。
在图2所示的光学检查装置1中，按如下使用光学检查方法：
首先通过三台相机4、5和6从图示的视角方向R4-R6基本上同时地拍摄容器2的相机图像，其中利用照射装置3透照容器。
随后，在第一图像分析步骤中，通过立体匹配图像点来分析第二相机5和第三相机6的那些相机图像。这在第一检查区段A的区域中产生已经利用两张相机图像拍摄到的重叠。利用立体匹配，污渍10出现在两个部分M2和R1中的右侧区域中。然后，将污渍10的类型、位置和尺寸作为第一图像信息存储在存储器中。
在第二图像分析步骤中，现在分析第二相机5的相机图像。从第一图像信息已知，污渍10位于部分M2中，因此从进一步分析中排除相应的图像点。此外，在相机图像的同一部分M2中，在第二检查区段B中检测容器背面上的裂痕11。由于已经删除了污渍10的叠加图像信息，所以能够利用图像处理算法特别可靠地识别出裂痕。现在将裂痕11的类型、位置和尺寸作为第二图像信息存储在存储器中。
在随后的第三图像分析步骤中，只分析相机4的相机图像。相机4在部分L1中拍摄已知的裂痕11，并且额外地拍摄第三检查区域C中的标签残留物12。由于裂痕11从第二图像信息是已知的，所以首先从相机图像中去除裂痕11，由此较容易识别出与裂痕11叠加的标签残留物12。还能够看到，第三检查区段C仅由第一相机4拍摄。结果，在检查区段C中因此可能无立体匹配。然而，由于裂痕11已经在相机图像中被识别出并因此从进一步处理中排除，所以归因于所述的光学检查方法，在第三图像分析步骤中，较高的识别可靠性是可能的。
理解的是，借助于参照图1和图2所述的光学检查方法，还能够识别出检查区段D-H的区域中的物体。另外，图1和图2的光学检查装置1不限于容器2的图示定向，而是被构造成用于相对于装置呈任意随机定向的检查容器2。
此外，图1和图2的光学检查装置还包括在计算机中的图像处理装置(当前未示出)，其中光学检查方法作为计算机程序产品(软件)存储在存储器中，并且在微处理器上进行执行。
理解的是，上述实施方式中提及的特征不限于这些具体的组合，以任意其它组合也是可能的。

Claims (11)

1.一种用于容器(2)的光学检查方法，
其中，利用照射装置(3)的光至少部分地照射和/或透照容器(2)，并且借助于至少一台相机(4-6)从不同视角方向(R4-R6)拍摄容器(2)作为相机图像，并且
其中，在第一图像分析步骤中，通过立体匹配图像点从至少两张所述相机图像中确定所述容器(2)的第一检查区段(A)的第一图像信息，例如，通过立体匹配图像点从至少两张所述相机图像中确定容器前表面上的污渍(10)，
其特征在于
在第二图像分析步骤中，分析所述两张相机图像中的各张相机图像，其中首先排除所述第一图像信息，然后确定所述容器(2)的第二检查区段(B)的第二图像信息，例如，确定容器背面的裂痕(11)。
2.根据权利要求1所述的光学检查方法，其特征在于，能够在第三图像分析步骤中分析所述相机图像中的一张相机图像，其中首先排除所述第二图像信息，然后确定所述容器(2)的第三检查区段(C)的第三图像信息，例如，确定仅由一张相机图像拍摄到的容器区域中的标签残留物(12)。
3.根据权利要求2所述的光学检查方法，其特征在于，在所述第二图像分析步骤中使用的所述相机图像的视角方向(R5)上，所述第二检查区段(B)配置在所述第一检查区段(A)的后方，在所述第三图像分析步骤中使用的所述相机图像的视角方向(R4)上，所述第三检查区段(C)配置在所述第二检查区段(B)的前方。
4.根据权利要求2或3所述的光学检查方法，其特征在于，在所述第三图像分析步骤中，分析与所述第二图像分析步骤中的相机图像不同的相机图像。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的光学检查方法，其特征在于，所述第三检查区段(C)仅由在所述第三图像分析步骤中分析的所述相机图像拍摄到。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的光学检查方法，其特征在于，所述检查区段(A-C)彼此不重叠。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的光学检查方法，其特征在于，通过使空间点和图像点彼此相互关联的所述相机(4-6)的成像规律确定所述图像信息，例如，借助于镜头参数确定所述图像信息。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的光学检查方法，其特征在于，所述检查区段(A-C)分别与所述容器(2)的不同段相关联。
9.一种用于容器(2)的光学检查装置，所述光学检查装置具有照射装置(3)、至少一台相机(4-6)和图像处理装置，所述相机可选择性地至少部分指向所述照射装置(3)的发光面，
其特征在于
所述图像处理装置被构造成执行根据权利要求1-8中至少一项所述的光学检查方法。
10.根据权利要求9所述的光学检查装置，其特征在于，所述相机(4-6)的前方配置有镜柜，用于从多个视角方向将所述容器(2)拍摄在一张相机图像中。
11.一种数据载体上的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括用于执行根据权利要求1-8中至少一项所述的光学检查方法的微处理器用的机器指令。
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