CN109596631A - 一种基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测装置及方法 - Google Patents

一种基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测装置及方法，具体涉及烟草封装检测技术领域。其解决了现有的烟包封签在搬运过程中封签颜色相近时无法准确检测，误判率比较高的不足。该基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测装置，包括控制模块、图像采集模块、报警器和编码器，检测装置根据编码器的信号与包装机取得同步，从而控制图像采集模块开始采集烟包封签图像，采集的烟包封签图像传输至控制模块进行处理、分析，控制模块包括箱体，箱体内设有控制板、接口板和触摸液晶显示屏，图像采集模块包括壳体，壳体内设有工业相机、镜头和光源，工业相机拍摄的图片传送至控制板。

Description

一种基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测装置及方法
技术领域
本发明涉及烟草封装检测技术领域，具体涉及一种基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测装置及方法。
背景技术
封签是烟草行业中广泛使用的用于密封烟包开口处的纸质包装材料，属于特种行业工业用纸。近年来，封签在功能和用途上得到了很大的发展和创新，卷烟企业对封签的用途不仅仅局限于单纯的包装，而是更加注重装饰和防伪功能的开发，所以封签的图案、颜色越来越丰富，尺寸规格也越来越多，不同价格、不同规格的香烟对应不同颜色、不同尺寸、不同图案的封签。
卷烟企业在生产香烟时，烟包封签从仓库搬运到包装机备料区或者从备料区搬运到包装机机台上，都有可能会导致搬运的封签牌号与计划或在线生产的香烟牌号不匹配。一旦出现封签错牌，生产工人很难及时发现，会造成大量不合格产品流入市场，从而造成严重的质量问题。目前，烟厂为了解决封签错牌问题，大多采用在烟包出口处加装色标传感器进行检测，这种检测方法效果不是理想。首先，封签颜色相近时无法准确检测，误判率比较高；其次，同种颜色、图案、不同尺寸的封签无法检测出来；再次，在烟包包装完成后检测封签错牌，剔除不合格烟包会造成浪费，增加企业成本。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足，提出了一种通过采用机器视觉技术保证烟包封签错牌检测的准确性的检测装置及方法。
本发明具体采用如下技术方案：
一种基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测装置，包括控制模块、图像采集模块、报警器和编码器，检测装置根据编码器的信号与包装机取得同步，从而控制图像采集模块开始采集烟包封签图像，采集的烟包封签图像传输至控制模块进行处理、分析。
优选地，所述控制模块包括箱体，箱体内设有控制板、接口板和触摸液晶显示屏，
优选地，所述图像采集模块包括壳体，壳体内设有工业相机、镜头和光源，工业相机拍摄的图片传送至控制板。
一种基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测方法，采用如上所述的基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测装置，具体包括：
通过工业相机获取封签图像数据；
对获取的图像数据进行感兴趣区域的选择，之后进行灰度化处理得到灰度图像；
选定烟包封签图像的标准模板，将封签图像的标准模板与获取的图像数据进行尺寸对比、灰度对比或相似性对比，当尺寸对比结果、灰度对比结果或相似性对比结果中有一个不合格，最终确定当前烟包封签存在错牌。
优选地，所述尺寸对比中，对灰度图像依次进行水平投影和垂直投影处理，得到投影曲线，利用梯度法对投影曲线进行查找，获得各种烟包封签的边界，通过将获取的图像的尺寸与设定的阈值进行比较，如果超出阈值范围，则判断封签发生错牌。
优选地，所述灰度对比中，在检测区域内设置多个检测单元格，检测过程中，实时计算检测区域内每个单元格的平均灰度值，将各个单元格的平灰度与模板图像学习值进行对比，当灰度差异在设定范围内，则认定检测结果合格；反之，则认为当前检测区域值与模板值不同，判定为封签错牌。
优选地，所述相似性对比中，利用像素灰度值的平方差计算待检封签图像与标准模板图像的灰度投影曲线的相似距离，当计算结果为0时，表明两者之间的相似性最大；计算结果越大，表明两者之间的相似性越小，被测烟包封签与模板封签之间的相似度采用式(1)计算出，当相似度低于设定的阈值时，则认为封签发生错牌：
其中，Distance(A，B)为灰度投影曲线A与B之间的相似距离，B为模板烟包封签投影曲线的像素灰度值，A为待匹配烟包封签图像投影曲线的像素灰度值，L为匹配像素灰度值个数，根据公式(1)可计算出被测烟包封签与模板封签之间的相似度。当相似度低于设定的阈值时，则认为封签发生错牌。
优选地，所述图像采集模块对采集到的封签图像进行滤波，尽封签滤除图像中的噪声。
本发明就有如下有益效果：
采用机器视觉技术比传统的色标传感器更加灵活、直观、准确，多种检测算法可以根据现场情况自由选择；
本发明可用于各种烟包封签的错牌检测，既避免了错牌封签烟包流入市场造成的不良影响，又从源头上减少错牌封签烟包的产生，大大降低了材料浪费率，节约了成本；另外，由于采用了机器视觉技术，而且带有触摸显示屏，操作人员操作更加直观、方便。
附图说明
图1为烟包封签错牌检测装置原理框图；
图2为控制模块的侧面剖视图；
图3为图像采集模块俯视图；
图4为图像处理操作流程框图；
图5a为标签尺寸为48mm*22mm的原始彩色烟包封签图像；
图5b为标签尺寸为48mm*22mm的原始彩色烟包封签图像；
图5c为标签尺寸为45mm*20mm的原始彩色烟包封签图像；
图6a为图5a进行灰度化处理后的灰度图像；
图6b为图5b进行灰度化处理后的灰度图像；
图6c为图5c进行灰度化处理后的灰度图像；
图7为对图6a进行垂直和水平投影，得到投影曲线；
图8为对图6b进行垂直和水平投影，得到投影曲线
图9为对图6c进行垂直和水平投影，得到投影曲线；
图10a为以图5a为标准模板灰度对比后的检测结果；
图10b为以图5a为标准模板灰度对比后的检测结果；
图10c为以图5a为标准模板灰度对比后的检测结果。
其中1为液晶触摸屏，2为液晶屏安装支架，3为机箱前面板，4为接口板，5为工控板， 6为工程板散热片，7为机箱箱体，8为母板，9为电缆插座，10为液晶触摸屏电缆，11为镜头，12为镜头锁紧螺栓，13为电缆插座，14为相机固定螺钉，15为工业相机，16为相机支架，17为相机垫柱，18为弧形反射块，19为LED光源，20为玻璃窗，21为3M胶，22为图像采集模块壳体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
如图1所示，一种基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测装置，包括控制模块、图像采集模块、报警器和编码器，检测装置根据编码器的信号与包装机取得同步，从而控制图像采集模块开始采集烟包封签图像，采集的烟包封签图像传输至控制模块进行处理、分析。
如图2所示，控制模块包括箱体，箱体内设有控制板、接口板和触摸液晶显示屏，首先将焊装好电缆插座9的母板8通过螺钉固定到机箱箱体7上。然后将接口板4、工控板5及工控板散热片6通过螺钉固定到一起之后通过螺柱固定到机箱箱体7上，工控板散热片6紧贴机箱箱体7。再将液晶触摸屏1通过液晶屏安装支架2固定到机箱前面板3上，通过液晶触摸屏电缆10连接液晶触摸屏1与接口板4。最后通过螺钉将机箱前面板3与机箱箱体7固定到一起。
如图3所示，图像采集模块包括壳体，壳体内设有工业相机、镜头和光源，工业相机拍摄的图片传送至控制板。将弧形反射块18安装在到图像采集模块壳体22上，之后把镜头11 固定到工业相机15上。通过相机固定螺钉14、相机垫柱17将工业相机15安装到相机支架16上，并用镜头锁紧螺钉12将镜头11锁紧，然后将相机支架16固定到图像采集模块壳体 22上。图像采集模块电缆插座9与工业相机15、LED光源19分别通过电缆连接，然后用3M 胶21将两个LED光源19分别粘贴到玻璃窗20两侧的壳体上。
如图4所示，一种基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测方法，采用如上所述的基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测装置，具体包括：
通过工业相机获取封签图像数据；
对获取的图像数据进行感兴趣区域的选择，之后进行灰度化处理得到灰度图像；
选定烟包封签图像的标准模板，将封签图像的标准模板与获取的图像数据进行尺寸对比、灰度对比或相似性对比，当尺寸对比结果、灰度对比结果或相似性对比结果中有一个不合格，最终确定当前烟包封签存在错牌。
尺寸对比中，对灰度图像依次进行水平投影和垂直投影处理，得到投影曲线，利用梯度法对投影曲线进行查找，获得各种烟包封签的边界，通过将获取的图像的尺寸与设定的阈值进行比较，如果超出阈值范围，则判断封签发生错牌。
灰度对比中，在检测区域内设置多个检测单元格，检测过程中，实时计算检测区域内每个单元格的平均灰度值，将各个单元格的平灰度与模板图像学习值进行对比，当灰度差异在设定范围内，则认定检测结果合格；反之，则认为当前检测区域值与模板值不同，判定为封签错牌。
相似性对比中，利用像素灰度值的平方差计算待检封签图像与标准模板图像的灰度投影曲线的相似距离，当计算结果为0时，表明两者之间的相似性最大；计算结果越大，表明两者之间的相似性越小，被测烟包封签与模板封签之间的相似度采用式(1)计算出，当相似度低于设定的阈值时，则认为封签发生错牌：
其中，Distance(A，B)为灰度投影曲线A与B之间的相似距离，B为模板烟包封签投影曲线的像素灰度值，A为待匹配烟包封签图像投影曲线的像素灰度值，L为匹配像素灰度值个数，根据公式(1)可计算出被测烟包封签与模板封签之间的相似度。当相似度低于设定的阈值时，则认为封签发生错牌。
所述图像采集模块对采集到的封签图像进行滤波，尽封签滤除图像中的噪声。
图5a、图5b、图5c分别为三种不同规格的原始彩色烟包封签图像，其中，图5a标签尺寸为48mm*22mm、图5b标签尺寸为48mm*22mm、图5c标签尺寸为45mm*20mm。
在图6a、6b、6c、7、8、9中，图6中的三幅图像是原始图像进行灰度化处理后的灰度图像，图7、图8、图9是对灰度化图像进行垂直和水平投影，得到投影曲线，然后用梯度法对投影曲线查找，就可获得各种烟包封签的边界。通过检测得出图6a的尺寸(单位：像素) 为：689*318，图6b的尺寸为：691*317，图6c的尺寸为：651*269，检测值超出设定的阈值范围，则认为封签发生错牌。
在图10中，选定图5a中作为为标准模板，图10a、图10b、图10c是灰度对比后的检测结果，灰度对比主要是基于灰度相似性原理，在检测区域内设置多个检测单元格，检测过程中，实时计算检测区域内每个单元格的平均灰度值。将各个单元格的平灰度与模板图像学习值进行对比，当灰度差异在设定范围内，则认定检测结果合格；反之，则认为当前检测区域值与模板值不同，判定为封签错牌。每个小单元格中所包含像素的平均值范围为[0,255],计算与模板对应单元格之间存在的差异，为了方便得知不合格处的位置，将与模板比较结果的差异大于所设定公差的单元标为红“×”，从图10a、10b和10c中看出，10b和10c是错牌封签。
计算待检封签图像与标准模板图像的灰度投影曲线的相似距离，可用两者像素灰度值的平方差来进行计算。计算结果为0时，表明两者之间的相似性最大；计算结果越大，表明两者之间的相似性越小，计算公式如下：
Distance(A，B)为灰度投影曲线A与B之间的相似距离，B为模板烟包封签投影曲线的像素灰度值，A为待匹配烟包封签图像投影曲线的像素灰度值，L为匹配像素灰度值个数，根据公式(1)可计算出被测烟包封签与模板封签之间的相似度。当相似度低于设定的阈值时，则认为封签发生错牌。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测装置，其特征在于，包括控制模块、图像采集模块、报警器和编码器，检测装置根据编码器的信号与包装机取得同步，从而控制图像采集模块开始采集烟包封签图像，采集的烟包封签图像传输至控制模块进行处理、分析。
2.如权利要求1所述的一种基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测装置，其特征在于，所述控制模块包括箱体，箱体内设有控制板、接口板和触摸液晶显示屏。
3.如权利要求2所述的一种基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测装置，其特征在于，所述图像采集模块包括壳体，壳体内设有工业相机、镜头和光源，工业相机拍摄的图片传送至控制板。
4.一种基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测方法，采用如权利要求1-3任一所述的基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测装置，其特征在于，具体包括：
通过工业相机获取封签图像数据；
对获取的图像数据进行感兴趣区域的选择，之后进行灰度化处理得到灰度图像；
选定烟包封签图像的标准模板，将封签图像的标准模板与获取的图像数据进行尺寸对比、灰度对比或相似性对比，当尺寸对比结果、灰度对比结果或相似性对比结果中有一个不合格，最终确定当前烟包封签存在错牌。
5.如权利要求4所述的一种基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测方法，其特征在于，所述尺寸对比中，对灰度图像依次进行水平投影和垂直投影处理，得到投影曲线，利用梯度法对投影曲线进行查找，获得各种烟包封签的边界，通过将获取的图像的尺寸与设定的阈值进行比较，如果超出阈值范围，则判断封签发生错牌。
6.如权利要求4所述的一种基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测方法，其特征在于，所述灰度对比中，在检测区域内设置多个检测单元格，检测过程中，实时计算检测区域内每个单元格的平均灰度值，将各个单元格的平灰度与模板图像学习值进行对比，当灰度差异在设定范围内，则认定检测结果合格；反之，则认为当前检测区域值与模板值不同，判定为封签错牌。
7.如权利要求4所述的一种基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测方法，其特征在于，所述相似性对比中，利用像素灰度值的平方差计算待检封签图像与标准模板图像的灰度投影曲线的相似距离，当计算结果为0时，表明两者之间的相似性最大；计算结果越大，表明两者之间的相似性越小，被测烟包封签与模板封签之间的相似度采用式(1)计算出，当相似度低于设定的阈值时，则认为封签发生错牌：
其中，Distance(A，B)为灰度投影曲线A与B之间的相似距离，B为模板烟包封签投影曲线的像素灰度值，A为待匹配烟包封签图像投影曲线的像素灰度值，L为匹配像素灰度值个数，根据公式(1)可计算出被测烟包封签与模板封签之间的相似度。当相似度低于设定的阈值时，则认为封签发生错牌。
8.如权利要求4所述的一种基于机器视觉技术的烟包封签错牌检测方法，其特征在于，所述图像采集模块对采集到的封签图像进行滤波，尽封签滤除图像中的噪声。
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