CN109580099A - 一种基于光学相干断层扫描图像的真空包装漏气检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光学相干断层扫描图像的真空包装漏气检测方法。针对抽真空后物品包装，包装包括包覆于物品两侧的两层膜型结构，通过光学相干断层扫描采集获取包装内空间位于物品周围附近且位于非物品所在处的两层膜型结构的OCT图像，利用OCT图像处理分析获得包装内空间的两层膜型结构的关系，进而进行真空包装漏气检测。本发明可以弥补现有压差法、真空衰减测试法、CO2示踪气体法和超声波测试法等真空包装泄露测试法存在的设备体积大，检测时间长，附加设备设施要求高等缺点，通过对包装层快速成像完成漏气判别，提高了后期真空包装泄露检测的准确性和普适性。

Description

一种基于光学相干断层扫描图像的真空包装漏气检测方法

技术领域

本发明涉及了一种基于光学相干断层扫描图像的真空包装漏气检测方法，尤其是涉及了一种OCT图像中包装层定位和漏气判别方法。

背景技术

对于真空包装中气体含量变化及泄露情况的快速无损检测，目前国内外普遍使用GB/T15171《软包装件密封性能试验方法》和ASTM D3078《起泡法测定软包装泄漏的标准试验方法》中的标准方法。目前对真空包装泄露检测普遍采用压差法，即根据“在定量定温下，理想气体的体积与气体的压强成反比”的定律，采用注水及液位分析来检测。使用的设备为真空包装残氧/泄露检测仪，将待测包装物体放入计量筒，注水至指定的位置，对试验桶进行抽真空，最后通过液位分析、气泡观察及相关换算，得出包装袋内残余的气体量或观测泄露。

其他的真空包装泄露测试方法还有：真空衰减测试法、CO2示踪气体法和超声波测试法。上述4种类方法，除超声波法外，均需要构建大体积的测试腔体，分别配置大型泵体或气源。超声波法泄露的湍流在漏孔附近会产生一定频率的声波，利用超声波具有指向性探测泄露位置。

发明内容

为了解决背景技术中提出的问题，本发明所提供一种基于光学相干断层扫描图像的真空包装漏气检测方法。本发明利用光学相干断层扫描技术检测包装材料不同深度层面对入射弱相干光的背向反射或几次散射信号，通过扫描，可得到包装材料的断层图像。通过断层扫描图像检测可以做到真空包装的完全非接触式检测，不存在水等液体浸润，具有检测速度快，检测设备体积小等多个优点。

如图1所示，本发明采用的技术方案是：

针对抽真空后物品包装，包装包括包覆于物品两侧的两层膜型结构，两层膜型结构将物品包覆并且在边缘密封固接，包装内空间在物品周围被抽真空形成近似真空的腔体空间，通过光学相干断层扫描采集获取包装内空间位于物品周围附近且位于非物品所在处的两层膜型结构的OCT图像，利用OCT图像处理分析获得包装内空间的两层膜型结构的关系，进而进行真空包装漏气检测。

所述的物品为食品、日用品等任意实物物品。

方法具体包括以下步骤：

1)通过光学相干断层扫描仪采集包装内空间位于物品周围附近且位于非物品所在处(即两层膜型结构接近贴合部位)的OCT图像(光学相干断层扫描图像)；

2)OCT图像中识别定位出两层膜型结构的内表面边界；

3)计算步骤2)两层膜型结构的内表面边界在不同位置的间距，不同位置是指两层膜型结构包装内表面上的不同位置，当有某个位置间距大于阈值时，判断为该真空包装有漏气；若所有位置的间距均小于或者等于阈值时，判断该真空包装为没有漏气。

在两层膜型结构接近贴合部位，但由于可能存在漏气情况，此处的包装内部空间会可能存在空气，导致两层膜型结构并未贴近，而本发明方法即是利用光学相干断层扫描手段实现两层膜型结构的检测，解决了真空包装漏气检测困难的技术问题。

所述步骤2)具体为：

S1、制作图像匹配模板，以图像匹配模板搜索匹配整个图像，通过匹配判断检测两层膜型结构在图像中所在位置；

S2、根据两层膜型结构在图像中所在位置和每层膜型结构的已知厚度确定两层膜型结构的内表面边界(内表面即靠近物品一侧的表面)。

在所述步骤S1前还包括将OCT图像转变为二值图像和图像降噪的处理。

所述的图像匹配模板为上部行为白色、中间行为黑色、下部行为白色的图像。

本发明的有益效果是：

本发明可以弥补现有压差法、真空衰减测试法、CO2示踪气体法和超声波测试法等真空包装泄露测试法存在的设备体积大，检测时间长，附加设备设施要求高等缺点，通过对快速包装层的快速成像，并提取出图像的特征，对真空包装的泄露进行快速的判断，弥补了现有方法的缺点。

本发明提出了从断层图像中自动识别方法的基本框架，对降噪后图像使用模板匹配法进行边界搜索，既保证了边界定位的鲁棒性，又保证了定位的准确性，此方法能够做到有效判别包装二层膜结构的相对位置，提高了后期真空包装泄露检测的准确性和普适性。

附图说明

图1：实施例采集的市售五香鸡翅真空包装袋的断层图像；

图2：拟合得到上层包装的下边界和下层包装的上边界图；

图3：实施例提取出来的上层包装下边界和下层包装上边界图；

图4：实施例采用的图像匹配模板图；

图5：实施例举例的光学相干断层扫描部位示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明的实施例如下：

1)使用光学相干断层扫描仪(测多星牌)，采集抽真空后物品包装非物品所在部位(即上下层贴合的部位，如图5所示黑色线条的部位)的光学相干断层扫描图像，分辨率为512像素*512像素，详细步骤如下：

1.1)将部分漏气和没有漏气的老李牌五香鸡翅真空的包装袋两端使用夹子固定。

1.2)设置OCT扫描的参数a)扫描方式：B-scan；b)扫描方向：水平扫描；c)灰度基值：0.4。

1.3)在距离鸡翅物体边缘的某个位置(可取距离0.5cm，1cm，2cm等)，根据扫描区域中目标的变化情况设置时间节点，按照步骤1.2)中的扫描方式对扫描区域进行扫描，保存每个时间节点扫描产生的所有图片。

图1给出了采集的市售五香鸡翅真空包装袋的断层图像，其中(a)上下层贴合紧密，无漏气；(b)一端贴合紧密，零一端包装有漏气；(c)上下层分离，严重漏气；(d)上下层分离，下层与上层间距大，导致下层超过探测限，严重漏气。

2)在图像中定位上层包装膜的下边界和下层包装膜的上边界；

2.1)将光学相干断层扫描图像转变为二值图像；对图像进行裁剪，去掉图像从上至下背景区域的前五行。

2.2)去除图像中的孤立像素，使用中值滤波降低图像的噪声；并对图像进行形态学建模，提取形态区域的图形骨架线。图形骨架线提取具体为：移除目标边界像素，但是不允许目标分隔开，保留下来的像素组合成图像的骨架线。结果如图2所示：图2(a)对应图1(a)，上下层包装膜贴合紧密，无漏气；

图2(b)对应图1(b)，一端贴合紧密，零一端包装有漏气。

2.3)制作上层包装膜和下层包装膜的图像匹配模板，以模板搜索整个图像，通过匹配建立判断两侧包装膜所在位置；本实施例的包装膜采用的是8丝厚度，光学相干断层扫描图像中，每层包装膜的上下二个分界线显示为白色，设定图像匹配模板如图4所示；使用该图像匹配模板搜索遍历整个图像，将匹配的位置坐标和匹配时的模板旋转角度记录。

2.4)根据每层包装膜所在位置和包装膜的厚度确定上层包装膜的下边界和下层包装膜的上边界，即可通过匹配的位置坐标和模板旋转角度结合5次多项式拟合得到上层包装膜的下边界和下层包装膜的上边界。

图像匹配模板为上部行为白色、中间行为黑色、下部行为白色的图像。在对二值图像进行匹配处理时，白色部分为1，黑色部分为0，这使得包装线和模板匹配时候，模板值就是匹配的像素点数。模板匹配过程中，模板可旋转，以适应包装膜在图像中不同的分布和方向。当模板与膜边界匹配时，进一步记录匹配的所在位置坐标；将不同膜层的位置坐标通过5次多项式拟合并按照已经厚度偏移(本实施例厚度8丝，则偏移4丝)，即可拟合得到包装膜的边界。

如图3所示实施例提取出来上层包装膜的下边界和下层包装膜的上边界；其中(a)上下层包装膜贴合紧密，无漏气，二条边界紧密贴合；(b)一端贴合紧密，零一端包装有漏气，见左侧包装上下分离；(c)上下层包装膜分离，严重漏气，可见边界分界较大；(d)上下层包装膜分离，下层与上层间距大，导致下层超过探测限，在图中下层包装膜可见度低，严重漏气；白色粗线为拟合结果。

3)根据图像尺寸和实际尺寸之间的关系计算步骤2.4)所述下边界和上边界不同位置的间距，在本实施例中，设定上下包装膜容差有20um(微米)，当有下边界和上边界某个位置间距大于该阈值时，本实施例的阈值设定为25，判断为该真空包装有漏气，同时确定了漏气的部位；

若所有位置的间距小于或者等于阈值时，判断该真空包装为没有漏气；尤其针对图3(d)所示情况，若下层包装超过探测限，直接认定为包装漏气。

实施结果表明，本发明对于包装的断层扫描图像有较好的显示，体现了图像特征融合结合边界识别的优势，能实现相对准确的包装漏气判别。对比现有报道的压差法、真空探测等方案，显著提高了判别的速度和稳定性，显示了本发明方法的优势。

综合来说，本发明能够利用普通配置的计算机实现断层图像的边界扫描识别，通过对二层间距判断实现有效的自动漏气探测，采用全自动化的无所的分辨，对图像原有处理步骤少，检测效率具有一定的优势。

在本发明实施例中的全部或部分步骤是可以通过图像采集及程序来指令相关的硬件来完成，本领域普通技术人员较易理解和操作，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质包括ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于光学相干断层扫描图像的真空包装漏气检测方法，其特征在于：针对抽真空后物品包装，包装包括包覆于物品两侧的两层膜型结构，通过光学相干断层扫描采集获取包装内空间位于物品周围附近且位于非物品所在处的两层膜型结构的OCT图像，利用OCT图像处理分析获得包装内空间的两层膜型结构的关系，进而进行真空包装漏气检测。

2.根据权利要求1所述的一种基于光学相干断层扫描图像的真空包装漏气检测方法，其特征在于：方法包括以下步骤：

1)通过光学相干断层扫描仪采集包装内空间位于物品周围附近且位于非物品所在处的OCT图像；

2)OCT图像中识别定位出两层膜型结构的内表面边界；

3)计算步骤2)两层膜型结构的内表面边界在不同位置的间距，当有某个位置间距大于阈值时，判断为该真空包装有漏气；若所有位置的间距均小于或者等于阈值时，判断该真空包装为没有漏气。

3.根据权利要求1所述的一种基于光学相干断层扫描图像的真空包装漏气检测方法，其特征在于：所述步骤2)具体为：

S1、制作图像匹配模板，以图像匹配模板搜索匹配整个图像，通过匹配判断检测两层膜型结构在图像中所在位置；

S2、根据两层膜型结构在图像中所在位置和每层膜型结构的已知厚度确定两层膜型结构的内表面边界。

4.根据权利要求3所述的一种基于光学相干断层扫描图像的真空包装漏气检测方法，其特征在于：在所述步骤S1前还包括将OCT图像转变为二值图像和图像降噪的处理。

5.根据权利要求3所述的一种基于光学相干断层扫描图像的真空包装漏气检测方法，其特征在于：所述的图像匹配模板为上部行为白色、中间行为黑色、下部行为白色的图像。