CN111401505A - 一种纸张计数设备及其控制系统 - Google Patents

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CN111401505A CN202010246407.8A CN202010246407A CN111401505A CN 111401505 A CN111401505 A CN 111401505A CN 202010246407 A CN202010246407 A CN 202010246407A CN 111401505 A CN111401505 A CN 111401505A
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Abstract

本发明公开了一种纸张计数设备及其控制系统，用于解决现有的纸张计数准确率较低的问题；包括图像采集模块、图像处理模块、显示器；图像采集模块包括设备本体，设备本体内开设有安装槽，安装槽的内部安装有挡柱，挡柱上安装有第一导向板和第二导向板，第一导向板与第二导向板呈V字形对称安装在挡柱上，设备本体的顶部开设有与安装槽贯通连接有的第一圆孔和第二圆孔，第一圆孔内插接有第一推杆，第二圆孔内插接有第二推杆，本发明图像采集模块进行图像处理后的到灰度差分数据和二值差分数据，通过计数算法对灰度差分数据和二值差分数处理，得到压下纸张的测量数量；通过图像处理和计数算法得到测量数量，检测准确率高。

Description

一种纸张计数设备及其控制系统
技术领域：
本发明涉及纸张计数设备技术领域，尤其涉及一种纸张计数设备及其控制系统。
背景技术：
在人们的日常工作学习中离不开纸张的使用，在生产制造学习所用的作业本以及笔记本时，需要对其质量进行把关，生产前，要对原材料进行统计计数，生产后要对其品质进行检测，以防缺页少张的不合格产品流入市场。
现有技术采用直接拍摄纸张的侧面，根据侧面显示页与页之间的边缘线的数量来计算纸张的数目，但这种方法对摄像头像素要求很高，而且对图像处理后计数的准确性低。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种纸张计数设备及其控制系统，用于解决现有的纸张计数准确率较低的问题；本发明图像采集模块进行图像处理后的到灰度差分数据和二值差分数据，通过计数算法对灰度差分数据和二值差分数处理，得到压下纸张的测量数量；通过图像处理和计数算法得到测量数量，检测准确率高。
本发明由如下技术方案实施：一种纸张计数设备，包括图像采集模块、图像处理模块、显示器；
所述图像采集模块包括设备本体，设备本体的一侧侧壁通过螺丝固定安装有后挡板，后挡板上安装有第一导向板和第二导向板，第一导向板与第二导向板呈八字型安装，设备本体的内部通过螺丝固定安装有中心柱；第一导向板与第二导向板上均开设有弧形卡槽，第一导向板与第二导向板通过弧形卡槽卡接在中心柱上；
所述设备本体的上端面中心处通过螺丝安装有第一T型件，第一T型件内滑动插接有第一推杆，第一推杆的顶端固定安装在按钮的底端面；设备本体的内部顶壁安装有第二T型件，第二T型件内滑动插接有第二推杆，第二T型件内开设有安装槽，安装槽内安装有第三弹簧，第二推杆上一体成型有卡环，卡环位于安装槽内，且卡环的底端面安装在第三弹簧的上端面；
所述第二推杆的内部开设有柱形槽，柱形槽的内部插接有第三推杆，第三推杆的底端与柱形槽内的底壁安装有第二弹簧；第三推杆的顶端固定安装在按钮的底端面；
所述第二推杆的底端焊接在压纸板的上端面，压纸板的两侧对称开设有弹簧挂孔，弹簧挂孔内安装有第一弹簧的底端，第一弹簧的顶端通过焊接安装在设备本体的内部顶壁；
所述压纸板的一侧通过转轴安装有转动块，转动块的上端面焊接有半圆型卡柱的一端，压纸板的底端通过螺丝固定安装有弹片的一端；
所述设备本体位于中心柱的下方对称安装有第一摄像头和第二摄像头，设备本体的内部两侧侧壁位于第一摄像头和第二摄像头的一侧分别安装有一个补光灯；
第一摄像头和第二摄像头用于对应采集压下纸张两侧的边沿图像并将边沿图像发送到图像处理模块；所述图像处理模块用于接收第一摄像头和第二摄像头发送的压下纸张的边沿图像并进行图像处理后的到灰度差分数据和二值差分数据，通过计数算法对灰度差分数据和二值差分数处理，得到压下纸张的测量数量并将测量数量发送至显示器上显示。
所述第二弹簧与第三推杆的底端和柱形槽的底壁通过焊接固定，设备本体的另一侧侧壁安装有挡板。
优选的，所述第一推杆的底端开设有凹槽，凹槽卡接在半圆型卡柱上。
优选的，所述图像采集模块的图像处理步骤如下：
步骤一：对第一摄像头和第二摄像头采集的图像采用在图像上加矩形窗的方法截取感兴趣区域；
步骤二：对感兴趣区域分别进行灰度化和二值化处理，灰度化处理过程为：
A：灰度图像进行列累加，公式如下：
Figure BDA0002434073220000031
其中i和j为图像的坐标；
B、对列累加后得到的一维数据，进行归一化操作：
Gen_col(j)＝sum_col(j)/(max(sum_col(j)))
C、对归一化后的数据，进行前向差分计算：
col_dif(j)＝Gen_col(j)-Gen_col(j-1)
得到灰度差分数据；
二值化处理的过程为：
a：二值图像进行列累加，公式如下：
Figure BDA0002434073220000041
其中i和j为图像的坐标；
b、对列累加后得到的一维数据，进行归一化操作：
Gen_col(j)＝sum_col(j)/(max(sum_col(j)))
c、对归一化后的数据，进行前向差分计算：
col_dif(j)＝Gen_col(j)-Gen_col(j-1)
得到二值差分数据。
优选的，所述计数算法对灰度差分数据和二值差分数据处理的具体处理过程如下：a：对灰度差分数据进行如下操作：
S1：载入灰度差分数据，并对差分数据进行从大到小排序；
S2：计算排序后灰度差分数据中前N1个数据的均值为G01，最小的N2个数据均值为G02，N1和N2数值由工程人员根据实际确定，典型值为估算的纸张总数量；
S3：将灰度差分数据中在区间[G02/m,G01/m]的数值置0，m数值由工程人员根据实际情况选取，本系统值为2.5；
S4：统计置0操作后灰度差分数据中峰、谷、过零区域的数量，作为可能的纸张数量Nm，可能纸张数量出现的次数标记为N_m；m为正整数；
b：对二值差分数据进行如下操作：
T1：载入二值差分数据；
T2：计算灰度差分数据的绝对均值为G2；
T3：将灰度差分数据中小于G2/n的数值置0，n数值由工程人员根据实际情况选取，本系统值为4；
T4：统计置0操作后灰度差分数据中峰、谷、过零区域的数量，作为可能的纸张数量Nm，可能纸张数量出现的次数标记为N_m；m为正整数；
c：利用公式
Figure BDA0002434073220000051
统计可能纸张数量Nm出现次数的概率，其中，Q为算法中共输出纸张数量次数，本系统中为64；
d：输出最大概率Pm对应的纸张数量，作为本次测量数量N。
优选的，一种纸张计数设备的控制系统，包括上述的图像采集模块、图像处理模块、显示器，还包括操作模块、控制模块和驱动模块；所述操作模块用于输入测量指令并将测量指令发送至控制模块；
所述控制模块接收到测量指令后生成驱动指令，并将驱动指令发送至驱动模块；驱动模块接收到驱动指令后带动第一推杆、第三推杆向下运动一定距离后，驱动模块生成执行完成指令至控制模块，控制模块接收到执行完成指令后生成图像采集指令，控制模块将图像采集指令发送至值图像采集模块的第一摄像头和第二摄像头；
所述第一摄像头和第二摄像头接收到图像采集指令后对压下纸张进行图形采集并将采集的图像发送至图像处理模块；图像处理模块对图像进行处理得到测量数量并将测量数量发送至显示器上显示。
本发明的优点：将纸张叠放整齐，将一角平推入设备入纸口，即第一导向板与第二导向板所形成八字型口；按压按钮，按钮向下推动第一推杆和第三推杆运动，由于第三弹簧的劲度系数小于第二弹簧，首先挤压第三弹簧和拉伸第一弹簧，第三推杆向下运动的同时带动第二推杆向下运动，第二推杆向下带动压纸板向下运动，对叠放纸张进行下压固定，继续按压按钮，使得第三推杆在第二推杆内向下运动，继而压缩第二弹簧，同时第一推杆继续向下运动，第一推杆的底端推动半圆型卡柱绕转轴转动，半圆型卡柱带动弹片将纸张一角固定在中心柱上，然后第一摄像头和第二摄像头采集压下叠放纸张的一角两侧的边沿图像并将边沿图像发送到图像处理模块；图像采集模块进行图像处理后的到灰度差分数据和二值差分数据，通过计数算法对灰度差分数据和二值差分数处理，得到压下纸张的测量数量并将测量数量发送至显示器上显示，图像采集模块进行图像处理后的到灰度差分数据和二值差分数据，通过计数算法对灰度差分数据和二值差分数处理，得到压下纸张的测量数量；通过图像处理和计数算法得到测量数量，检测准确率高。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的图像采集模块整体结构示意图；
图2为本发明的第二推杆安装结构示意图；
图3为本发明的第二推杆安装结构剖视图；
图4为本发明的转动块安装示意图；
图5为本发明工作流程图；
图6为本发明的图像处理流程图；
图7为本发明的计数算法流程图；
图8为本发明感兴趣区域的截取示意图；
图9为本发明灰度累加后归一化数据曲线图；
图10为本发明差分后数据曲线图。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-10所示，一种纸张计数设备，包括图像采集模块、图像处理模块、显示器；
图像采集模块包括设备本体1，设备本体1的一侧侧壁通过螺丝固定安装有后挡板17，后挡板17上安装有第一导向板14和第二导向板15，第一导向板14与第二导向板15呈八字型安装，设备本体1的内部通过螺丝固定安装有中心柱11；第一导向板14与第二导向板15上均开设有弧形卡槽，第一导向板14与第二导向板15通过弧形卡槽卡接在中心柱11上；
设备本体1的上端面中心处通过螺丝安装有第一T型件23，第一T型件23内滑动插接有第一推杆22，第一推杆22的顶端固定安装在按钮21的底端面；设备本体1的内部顶壁安装有第二T型件26，第二T型件26内滑动插接有第二推杆25，第二T型件26内开设有安装槽261，安装槽261内安装有第三弹簧32，第二推杆25上一体成型有卡环252，卡环252位于安装槽261内，且卡环252的底端面安装在第三弹簧32的上端面；
第二推杆25的内部开设有柱形槽251，柱形槽251的内部插接有第三推杆24，第三推杆24的底端与柱形槽251内的底壁安装有第二弹簧31；第三推杆24的顶端固定安装在按钮21的底端面；
第二推杆25的底端焊接在压纸板28的上端面，压纸板28的两侧对称开设有弹簧挂孔27，弹簧挂孔27内安装有第一弹簧16的底端，第一弹簧16的顶端通过焊接安装在设备本体1的内部顶壁；
压纸板28的一侧通过转轴291安装有转动块29，转动块29的上端面焊接有半圆型卡柱293的一端，压纸板28的底端通过螺丝固定安装有弹片292的一端；
设备本体1位于中心柱11的下方对称安装有第一摄像头13和第二摄像头19，设备本体1的内部两侧侧壁位于第一摄像头13和第二摄像头19的一侧分别安装有一个补光灯12；
第一摄像头13和第二摄像头19用于对应采集压下纸张两侧的边沿图像并将边沿图像发送到图像处理模块；图像处理模块用于接收第一摄像头13和第二摄像头19发送的压下纸张的边沿图像并进行图像处理后的到灰度差分数据和二值差分数据，通过计数算法对灰度差分数据和二值差分数处理，得到压下纸张的测量数量并将测量数量发送至显示器上显示。
第二弹簧31与第三推杆24的底端和柱形槽251的底壁通过焊接固定，设备本体1的另一侧侧壁安装有挡板18；第二弹簧31的劲度系数大于第三弹簧32的劲度系数；
第一推杆22的底端开设有凹槽221，凹槽221卡接在半圆型卡柱293上。
图像采集模块的图像处理步骤如下：
步骤一：对第一摄像头13和第二摄像头19采集的图像采用在图像上加矩形窗的方法截取感兴趣区域；对于双路摄像头采集到图像，采用同样的处理算法。以1路图像为例，首先对采集的图像截取感兴趣区域(Region Of Interest,ROI)，ROI截取示意如图所示，我们采用在图像上加矩形窗的方法截取ROI1(图像上的坐标为A1和D1)和ROI2(图像上的坐标为A2和D2)
步骤二：对截取的2路ROI区域做同样的处理，以1路为例，对彩色ROI1区域分别进行灰度化和二值化相关处理，对感兴趣区域分别进行灰度化和二值化处理，灰度化处理过程为：
A：灰度图像进行列累加，公式如下：
Figure BDA0002434073220000091
其中i和j为图像的坐标；
B、对列累加后得到的一维数据，进行归一化操作：
Gen_col(j)＝sum_col(j)/(max(sum_col(j)))
C、对归一化后的数据，进行前向差分计算：
col_dif(j)＝Gen_col(j)-Gen_col(j-1)
得到灰度差分数据；
二值化处理的过程为：
a：二值图像进行列累加，公式如下：
Figure BDA0002434073220000101
其中i和j为图像的坐标；
b、对列累加后得到的一维数据，进行归一化操作：
Gen_col(j)＝sum_col(j)/(max(sum_col(j)))
c、对归一化后的数据，进行前向差分计算：
col_dif(j)＝Gen_col(j)-Gen_col(j-1)
得到二值差分数据。
计数算法对灰度差分数据和二值差分数据处理的具体处理过程如下：a：对灰度差分数据进行如下操作：
S1：载入灰度差分数据，并对差分数据进行从大到小排序；
S2：计算排序后灰度差分数据中前N1个数据的均值为G01，最小的N2个数据均值为G02，N1和N2数值由工程人员根据实际确定，典型值为估算的纸张总数量；
S3：将灰度差分数据中在区间[G02/m,G01/m]的数值置0，m数值由工程人员根据实际情况选取，本系统值为2.5；
S4：统计置0操作后灰度差分数据中峰、谷、过零区域的数量，作为可能的纸张数量Nm，可能纸张数量出现的次数标记为N_m；m为正整数；
b：对二值差分数据进行如下操作：
T1：载入二值差分数据；
T2：计算灰度差分数据的绝对均值为G2；
T3：将灰度差分数据中小于G2/n的数值置0，n数值由工程人员根据实际情况选取，本系统值为4；
T4：统计置0操作后灰度差分数据中峰、谷、过零区域的数量，作为可能的纸张数量Nm，可能纸张数量出现的次数标记为N_m；m为正整数；
c：利用公式
Figure BDA0002434073220000111
统计可能纸张数量Nm出现次数的概率，其中，Q为算法中共输出纸张数量次数，本系统中为64；d：输出最大概率Pm对应的纸张数量，作为本次测量数量N。
一种纸张计数设备的控制系统，包括上述的图像采集模块、图像处理模块、显示器，还包括操作模块、控制模块和驱动模块；操作模块用于输入测量指令并将测量指令发送至控制模块；
控制模块接收到测量指令后生成驱动指令，并将驱动指令发送至驱动模块；驱动模块接收到驱动指令后带动第一推杆22、第三推杆24向下运动一定距离后，驱动模块生成执行完成指令至控制模块，控制模块接收到执行完成指令后生成图像采集指令，控制模块将图像采集指令发送至值图像采集模块的第一摄像头13和第二摄像头19；
第一摄像头13和第二摄像头19接收到图像采集指令后对压下纸张进行图形采集并将采集的图像发送至图像处理模块；图像处理模块对图像进行处理得到测量数量并将测量数量发送至显示器上显示；
本发明的工作原理：将纸张叠放整齐，将一角平推入设备入纸口，即第一导向板14与第二导向板15所形成八字型口；按压按钮21，按钮21向下推动第一推杆22和第三推杆24运动，由于第三弹簧32的劲度系数小于第二弹簧31，首先挤压第三弹簧32和拉伸第一弹簧16，第三推杆24向下运动的同时带动第二推杆25向下运动，第二推杆25向下带动压纸板6向下运动，对叠放纸张进行下压固定，继续按压按钮21，使得第三推杆24在第二推杆25内向下运动，继而压缩第二弹簧31，同时第一推杆22继续向下运动，第一推杆22的底端推动半圆型卡柱293绕转轴291转动，半圆型卡柱293带动弹片292将纸张一角固定在中心柱11上，然后第一摄像头13和第二摄像头19采集压下叠放纸张的一角两侧的边沿图像并将边沿图像发送到图像处理模块；图像采集模块进行图像处理后的到灰度差分数据和二值差分数据，通过计数算法对灰度差分数据和二值差分数处理，得到压下纸张的测量数量并将测量数量发送至显示器上显示；当松开按钮21，通过第一弹簧16和第三弹簧32使得第二推杆25复位，弹片292回复成水平状，同时第二弹簧31带动第三推杆24向上运动，使得按钮21复位。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种纸张计数设备，其特征在于：包括图像采集模块、图像处理模块、显示器；
所述图像采集模块包括设备本体(1)，设备本体(1)的一侧侧壁通过螺丝固定安装有后挡板(17)，后挡板(17)上安装有第一导向板(14)和第二导向板(15)，第一导向板(14)与第二导向板(15)呈八字型安装，设备本体(1)的内部通过螺丝固定安装有中心柱(11)；第一导向板(14)与第二导向板(15)上均开设有弧形卡槽，第一导向板(14)与第二导向板(15)通过弧形卡槽卡接在中心柱(11)上；
所述设备本体(1)的上端面中心处通过螺丝安装有第一T型件(23)，第一T型件(23)内滑动插接有第一推杆(22)，第一推杆(22)的顶端固定安装在按钮(21)的底端面；设备本体(1)的内部顶壁安装有第二T型件(26)，第二T型件(26)内滑动插接有第二推杆(25)，第二T型件(26)内开设有安装槽(261)，安装槽(261)内安装有第三弹簧(32)，第二推杆(25)上一体成型有卡环(252)，卡环(252)位于安装槽(261)内，且卡环(252)的底端面安装在第三弹簧(32)的上端面；
所述第二推杆(25)的内部开设有柱形槽(251)，柱形槽(251)的内部插接有第三推杆(24)，第三推杆(24)的底端与柱形槽(251)内的底壁安装有第二弹簧(31)；第三推杆(24)的顶端固定安装在按钮(21)的底端面；
所述第二推杆(25)的底端焊接在压纸板(28)的上端面，压纸板(28)的两侧对称开设有弹簧挂孔(27)，弹簧挂孔(27)内安装有第一弹簧(16)的底端，第一弹簧(16)的顶端通过焊接安装在设备本体(1)的内部顶壁；
所述压纸板(28)的一侧通过转轴(291)安装有转动块(29)，转动块(29)的上端面焊接有半圆型卡柱(293)的一端，压纸板(28)的底端通过螺丝固定安装有弹片(292)的一端；
所述设备本体(1)位于中心柱(11)的下方对称安装有第一摄像头(13)和第二摄像头(19)，设备本体(1)的内部两侧侧壁位于第一摄像头(13)和第二摄像头(19)的一侧分别安装有一个补光灯(12)；
第一摄像头(13)和第二摄像头(19)用于对应采集压下纸张两侧的边沿图像并将边沿图像发送到图像处理模块；所述图像处理模块用于接收第一摄像头(13)和第二摄像头(19)发送的压下纸张的边沿图像并进行图像处理后的到灰度差分数据和二值差分数据，通过计数算法对灰度差分数据和二值差分数处理，得到压下纸张的测量数量并将测量数量发送至显示器上显示。
2.根据权利要求1所述的一种纸张计数设备，其特征在于：所述第二弹簧(31)与第三推杆(24)的底端和柱形槽(251)的底壁通过焊接固定，设备本体(1)的另一侧侧壁安装有挡板(18)。
3.根据权利要求1所述的一种纸张计数设备，其特征在于：所述第一推杆(22)的底端开设有凹槽(221)，凹槽(221)卡接在半圆型卡柱(293)上。
4.根据权利要求1所述的一种纸张计数设备，其特征在于：所述图像采集模块的图像处理步骤如下：
步骤一：对第一摄像头(13)和第二摄像头(19)采集的图像采用在图像上加矩形窗的方法截取感兴趣区域；
步骤二：对感兴趣区域分别进行灰度化和二值化处理，灰度化处理过程为：
A：灰度图像进行列累加，公式如下：
Figure FDA0002434073210000031
其中i和j为图像的坐标；
B、对列累加后得到的一维数据，进行归一化操作：
Gen_col(j)＝sum_col(j)/(max(sum_col(j)))
C、对归一化后的数据，进行前向差分计算：
col_dif(j)＝Gen_col(j)-Gen_col(j-1)
得到灰度差分数据；
二值化处理的过程为：
a：二值图像进行列累加，公式如下：
Figure FDA0002434073210000032
其中i和j为图像的坐标；
b、对列累加后得到的一维数据，进行归一化操作：
Gen_col(j)＝sum_col(j)/(max(sum_col(j)))
c、对归一化后的数据，进行前向差分计算：
col_dif(j)＝Gen_col(j)-Gen_col(j-1)
得到二值差分数据。
5.根据权利要求1所述的一种纸张计数设备，其特征在于：所述计数算法对灰度差分数据和二值差分数据处理的具体处理过程如下：a：对灰度差分数据进行如下操作：
S1：载入灰度差分数据，并对差分数据进行从大到小排序；
S2：计算排序后灰度差分数据中前N1个数据的均值为G01，最小的N2个数据均值为G02；
S3：将灰度差分数据中在区间[G02/m,G01/m]的数值置0，m数值由工程人员根据实际情况选取，本系统值为2.5；
S4：统计置0操作后灰度差分数据中峰、谷、过零区域的数量，作为可能的纸张数量Nm，可能纸张数量出现的次数标记为N_m；m为正整数；
b：对二值差分数据进行如下操作：
T1：载入二值差分数据；
T2：计算灰度差分数据的绝对均值为G2；
T3：将灰度差分数据中小于G2/n的数值置0；
T4：统计置0操作后灰度差分数据中峰、谷、过零区域的数量，作为可能的纸张数量Nm，可能纸张数量出现的次数标记为N_m；m为正整数；
c：利用公式
Figure FDA0002434073210000041
统计可能纸张数量Nm出现次数的概率，其中，Q为算法中共输出纸张数量次数；
d：输出最大概率Pm对应的纸张数量，作为本次测量数量N。
6.根据权利要求1所述的一种纸张计数设备，其特征在于：该设备的控制系统包括上述的图像采集模块、图像处理模块、显示器，还包括操作模块、控制模块和驱动模块；所述操作模块用于输入测量指令并将测量指令发送至控制模块；
所述控制模块接收到测量指令后生成驱动指令，并将驱动指令发送至驱动模块；驱动模块接收到驱动指令后带动第一推杆(22)、第三推杆(24)向下运动一定距离后，驱动模块生成执行完成指令至控制模块，控制模块接收到执行完成指令后生成图像采集指令，控制模块将图像采集指令发送至值图像采集模块的第一摄像头(13)和第二摄像头(19)；
所述第一摄像头(13)和第二摄像头(19)接收到图像采集指令后对压下纸张进行图形采集并将采集的图像发送至图像处理模块；图像处理模块对图像进行处理得到测量数量并将测量数量发送至显示器上显示。
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