CN112781505A - 一种机器视觉检测的烟支灰柱偏离校正装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器视觉检测的烟支灰柱偏离校正装置及方法，属于卷烟烟支检测领域。本发明利用了工业相机进行对卷烟烟支的检测，采用了对烟支进行空间建模的方式，校正了机器视觉随视点变化观察物体时出现的视觉偏差，获得了最接近实际值的灰柱长度及偏离角度。本发明适用于各类卷烟的机器视觉检测。

Description

一种机器视觉检测的烟支灰柱偏离校正装置及方法

技术领域

本发明属于卷烟检测方法技术领域，具体涉及一种机器视觉检测的烟支灰柱偏离校正装置及方法。

背景技术

随着当今社会的发展，越来越多的消费者对消费品的追求更高，要求也越来越高，对于卷烟而言，尤其是卷烟的品质及外观，均受到消费者的重视。而卷烟抽吸燃烧后的灰柱偏离情况是其重要的评价因素之一。

烟支在静燃时水平放置，其燃烧端的灰柱由于重力作用，会沿重力方向偏离原来的未燃烧烟支所在的空间直线方向。这就造成了烟支燃烧灰柱的偏离，并且由于“视觉问题的病态本质：随着视点的变化，物体的二维外观会变化很大”，在空间中围绕烟支观察的机器视角平面所观察的烟支灰柱尺寸以及偏离角度都是有所不同的。因此在视点变化的情况下，为了客观地描述灰柱偏离，采取了一种机器视觉检测的烟支灰柱偏离校正方法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种机器视觉检测的烟支灰柱偏离校正装置及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种机器视觉检测的烟支灰柱偏离校正装置，包括作为视觉检测机器的工业相机、卷烟烟支夹持器、机械固定架以及法兰盘；被测卷烟烟支由卷烟烟支夹持器夹持，与重力方向垂直，卷烟烟支夹持器安装固定在法兰盘的中心位置，工业相机安装在机械固定架上，机械固定架与法兰盘配合使用。

此外，本发明还提到一种机器视觉检测的烟支灰柱偏离校正方法，该方法采用如上所述的一种机器视觉检测的烟支灰柱偏离校正装置，具体包括如下步骤：

步骤1：旋转法兰盘，工业相机围绕法兰盘的轴心旋转，在任意旋转角度对被测烟支进行检测；

步骤2：根据工业相机与被测卷烟烟支的相对空间位置关系，工业相机将被测卷烟烟支燃烧偏离的灰柱投影于机器视角平面上，旋转任意角度时在机器视角平面检测被测卷烟烟支燃烧偏离的灰柱数据；校正因视点变化影响的被测烟支检测数据。

优选地，在步骤2中，具体包括如下步骤：

步骤2.1：对被测卷烟烟支建立笛卡尔空间坐标系，其坐标系及被测卷烟烟支各项数据关系定义如下：

以经过燃烧灰柱的最低点且垂直于重力方向的平面为xoy平面，过o点且垂直于xoy平面建立z轴，形成空间坐标系；

以o点为顶点，x，y，z轴正方向为三条边，建立一个长方体模型，使整个被测卷烟烟支置于长方体模型，各参数定义如下：

其中，BE为未燃烧的被测卷烟烟支长度；

BC为实际已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度；

BC′为机器视角平面的已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度；

AB为已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度BC沿BE延长线上的投影长度；

平面ABDC是被测卷烟烟支所在的重力平面；

平面ABD′C′是机器视角平面；

平面ABDC与平面ABD′C′的夹角为α；

平面CDD′C′垂直于平面ABD′C′；

γ是已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度BC与未燃烧的被测卷烟烟支长度BE延长线的实际夹角；即γ为实际灰柱偏离烟支的角度；

γ′是在机器视角平面ABD′C′的灰柱长度BC′与未燃烧的被测卷烟烟支长度BE延长线的夹角；即γ′为机器视角平面ABC′D′的灰柱偏离烟支的角度；

步骤2.2：检测灰柱偏离参数时，选择平面ABDC与平面ABD′C′的夹角α＝0时的视角位置，作为客观评价灰柱偏离的参考标准条件；

步骤2.3：利用已知的机器视角灰柱长度BC′及与之相关角度关系，推导出实际已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度BC与机器视角平面的已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度BC′之间的关系式，如下：

BC＝BC′·cosγ′/cosγ；

步骤2.4：推导出已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度BC与未燃烧的被测卷烟烟支长度BE延长线的实际夹角γ和在机器视角平面ABC′D′的灰柱BC′与未燃烧烟支BE延长线的夹角γ′的关系，如下：

tanγ＝tanγ′/cosα；

步骤2.5：在获得机器视角平面的已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度BC′以及机器视角平面ABC′D′的灰柱偏离烟支的角度γ′的前提下，得到实际已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度BC以及实际灰柱偏离烟支的角度γ，从而对视觉产生的偏差进行校正。

本发明所带来的有益技术效果：

克服了视点移动导致检测数据的偏差带来的影响，提供了一种机器视觉检测的烟支灰柱偏离校正方法

附图说明

图1为烟支置于空间坐标系的数学模型建立示意图。

图2为烟支燃烧偏离检测结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

如图2所示，一种机器视觉检测的烟支灰柱偏离校正装置，包括作为视觉检测机器的工业相机、卷烟烟支夹持器、机械固定架以及法兰盘；被测卷烟烟支由卷烟烟支夹持器夹持，与重力方向垂直，卷烟烟支夹持器安装固定在法兰盘的中心位置，工业相机安装在机械固定架上，机械固定架与法兰盘配合使用。当法兰盘旋转时，工业相机围绕被测卷烟烟支的轴心线旋转，同时开始对点燃后的被测卷烟烟支卷烟进行检测。

实施例2

在上述实施例1的基础上，本发明还提到一种机器视觉检测的烟支灰柱偏离校正方法，具体包括如下步骤：

步骤1：旋转法兰盘，工业相机围绕法兰盘的轴心旋转，在任意旋转角度对被测烟支进行检测；

步骤2：根据工业相机与被测卷烟烟支的相对空间位置关系，工业相机将被测卷烟烟支燃烧偏离的灰柱投影于机器视角平面上，旋转任意角度时在机器视角平面检测被测卷烟烟支燃烧偏离的灰柱数据；校正因视点变化影响的被测烟支检测数据。

对被测卷烟烟支建立笛卡尔空间坐标系，如图1所示，其坐标系及被测卷烟烟支各项数据关系定义如下：

以经过燃烧灰柱的最低点(C点)且垂直于重力方向的平面为xoy平面，过o点且垂直于xoy平面建立z轴，形成空间坐标系；

以o点为顶点，x，y，z轴正方向为三条边，建立一个长方体模型，使整个被测卷烟烟支置于长方体模型，各参数定义如下：

其中，BE为未燃烧的被测卷烟烟支长度；

BC为实际已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度；

BC′为机器视角平面的已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度；

AB为已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度BC沿BE延长线上的投影长度；

平面ABDC是被测卷烟烟支所在的重力平面；

平面ABD′C′是机器视角平面；

平面ABDC与平面ABD′C′的夹角为α；

平面CDD′C′垂直于平面ABD′C′；

γ是已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度BC与未燃烧的被测卷烟烟支长度BE延长线的实际夹角；即γ为实际灰柱偏离烟支的角度；

γ′是在机器视角平面ABD′C′的灰柱长度BC′与未燃烧的被测卷烟烟支长度BE延长线的夹角；即γ′为机器视角平面ABC′D′的灰柱偏离烟支的角度。

当机器视角平面ABD′C′与卷烟沿重力方向的平面ABDC成α夹角，利用已知的机器视角灰柱长度BC′及与之相关角度关系，推导出实际灰柱长度与机器视角灰柱长度关系公式，在获得机器视角灰柱长度以及机器视角灰柱偏离烟支的角度的前提下，得到实际灰柱长度BC以及实际灰柱偏离烟支的角度γ，从而对视觉产生的偏差进行校正。

根据位置角度关系可得关系式如下：

AC＝BC·sinγ (1)；

AC＝AC′/cosα (2)；

AC′＝BC′·sinγ′ (3)；

AB＝BC·cosγ (4)；

AB＝BC′·cosγ′ (5)；

推导出实际灰柱偏离烟支的角度γ和在机器视角平面ABC′D′的灰柱偏离烟支的角度γ′的关系公式如下：

当α≠0时，tanγ＝tanγ′/cosα (6)；

当α＝0时，γ＝γ′ (7)；

机器视角平面ABC′D′的已燃烧烟支灰柱长度BC′与实际已燃烧的烟支灰柱长度BC之间的关系公式如下：

当γ≠0时，BC＝BC′·cosγ′/cosγ (8)；

当γ＝0时，BC＝BC′ (9)；

最终得到实际已燃烧的烟支灰柱长度BC的值，以此对实际条件下检测得到的烟支灰柱长度参数值作出客观评价。

本发明针对视觉问题的病态本质对视觉检测产生影响的问题，引入了一种机器视觉的卷烟灰柱偏离校正方法，通过对燃烧时的卷烟建立空间模型，利用相关数据的空间位置关系，计算得到实际客观条件下的检测数据，实现了视点变化后检测到的数据的校正。

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 (3)

1.一种机器视觉检测的烟支灰柱偏离校正装置，其特征在于：包括作为视觉检测机器的工业相机、卷烟烟支夹持器、机械固定架以及法兰盘；被测卷烟烟支由卷烟烟支夹持器夹持，与重力方向垂直，卷烟烟支夹持器安装固定在法兰盘的中心位置，工业相机安装在机械固定架上，机械固定架与法兰盘配合使用。

2.一种机器视觉检测的烟支灰柱偏离校正方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种机器视觉检测的烟支灰柱偏离校正装置，具体包括如下步骤：

步骤1：旋转法兰盘，工业相机围绕法兰盘的轴心旋转，在任意旋转角度对被测烟支进行检测；

步骤2：根据工业相机与被测卷烟烟支的相对空间位置关系，工业相机将被测卷烟烟支燃烧偏离的灰柱投影于机器视角平面上，旋转任意角度时在机器视角平面检测被测卷烟烟支燃烧偏离的灰柱数据；校正因视点变化影响的被测烟支检测数据。

3.根据权利要求2所述的机器视觉检测的烟支灰柱偏离校正方法，其特征在于：在步骤2中，具体包括如下步骤：

步骤2.1：对被测卷烟烟支建立笛卡尔空间坐标系，其坐标系及被测卷烟烟支各项数据关系定义如下：

以经过燃烧灰柱的最低点且垂直于重力方向的平面为xoy平面，过o点且垂直于xoy平面建立z轴，形成空间坐标系；

以o点为顶点，x，y，z轴正方向为三条边，建立一个长方体模型，使整个被测卷烟烟支置于长方体模型，各参数定义如下：

其中，BE为未燃烧的被测卷烟烟支长度；

BC为实际已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度；

BC′为机器视角平面的已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度；

AB为已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度BC沿BE延长线上的投影长度；

平面ABDC是被测卷烟烟支所在的重力平面；

平面ABD′C′是机器视角平面；

平面ABDC与平面ABD′C′的夹角为α；

平面CDD′C′垂直于平面ABD′C′；

γ是已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度BC与未燃烧的被测卷烟烟支长度BE延长线的实际夹角；即γ为实际灰柱偏离烟支的角度；

γ′是在机器视角平面ABD′C′的灰柱长度BC′与未燃烧的被测卷烟烟支长度BE延长线的夹角；即γ′为机器视角平面ABC′D′的灰柱偏离烟支的角度；

步骤2.2：检测灰柱偏离参数时，选择平面ABDC与平面ABD′C′的夹角α＝0时的视角位置，作为客观评价灰柱偏离的参考标准条件；

步骤2.3：利用已知的机器视角灰柱长度BC′及与之相关角度关系，推导出实际已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度BC与机器视角平面的已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度BC′之间的关系式，如下：

BC＝BC′·cosγ′/cosγ；

步骤2.4：推导出已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度BC与未燃烧的被测卷烟烟支长度BE延长线的实际夹角γ和在机器视角平面ABC′D′的灰柱BC′与未燃烧烟支BE延长线的夹角γ′的关系，如下：

tanγ＝tanγ′/cosα；

步骤2.5：在获得机器视角平面的已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度BC′以及机器视角平面ABC′D′的灰柱偏离烟支的角度γ′的前提下，得到实际已燃烧的被测卷烟烟支灰柱长度BC以及实际灰柱偏离烟支的角度γ，从而对视觉产生的偏差进行校正。

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