CN117183380A - 一种口罩边缘的自动封边装置的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及口罩封边装置控制技术领域，具体涉及一种口罩边缘的自动封边装置的控制系统。该系统包括：数据采集模块，用于采集口罩外轮廓滚焊后在传送带上的图像并灰度化得到灰度图；角点筛选模块，计算每个角点对应的灰度变化程度；每个角点对应的灰度变化程度与矢量夹角的比值为角点的重要程度；获得重要程度大于预设阈值的角点，组成角点集合；口罩封边装置控制模块，用于获取角点集合中每个角点的坐标和特征点的坐标，根据所述每个角点的坐标和特征点的坐标计算角点集合中每个角点与特征点之间的距离的和，所述距离的和为口罩偏移量；根据口罩偏移量控制口罩封边装置对口罩进行封边。本发明能够控制口罩封边装置对口罩进行准确的封边。

Description

一种口罩边缘的自动封边装置的控制系统

技术领域

本发明涉及口罩封边装置控制技术领域，具体涉及一种口罩边缘的自动封边装置的控制系统。

背景技术

随着人们对健康重视度的提高，口罩的需求日益增加，口罩的可以用来防灰尘、雾霾等。而在口罩的生产过程中，会出现口罩的折叠位置和模切位置出现偏差从而导致口罩的分边不良出现残次品。现有技术在机器运转过程中，只能凭借经验来调整各参数，当设置不当时，各机构运作不协调，会出现卡阻和口罩因为偏差而产生瑕疵，影响生产效率和机器的故障率。

可以通过视觉检测的方法实现对口罩封边装置的控制，但在视觉检测的过程中，对得到的图像进行角点检测，通过得到口罩封边前原料的特征点，确定图像中口罩的位姿，但对口罩进行角点检测的过程中，受到口罩的边缘不平整导致图像中的产生阴影，阴影区域之间的拐点位置也会检测到角点信息，因此，检测的图像中的角点个数较多，需要根据图像中的特征得到关键点，根据得到的关键点进行位姿矫正，从而得到口罩在图像中正确的位姿以达到对口罩封边装置的控制。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种口罩边缘的自动封边装置的控制系统，所采用的技术方案具体如下：

本发明一个实施例提供了一种口罩边缘的自动封边装置的控制系统，系统包括：数据采集模块，用于采集口罩外轮廓滚焊后在传送带上的图像并灰度化得到灰度图；

角点筛选模块，用于获取灰度图中的口罩区域，并获取口罩区域中的角点；计算每两个角点之间的距离，获得距离最小的两个角点；设置滑动窗口，根据距离最小的两个角点之间像素点个数和两个角点之间连线的方向角修正滑动窗口的尺寸；在以角点为中心的滑动窗口内，计算每个角点对应的灰度变化程度；获得角点左右两侧的方向矢量，计算角点对应的矢量夹角；每个角点对应的灰度变化程度与矢量夹角的比值为角点的重要程度；获得重要程度大于预设阈值的角点，组成角点集合；

口罩封边装置控制模块，用于获取角点集合中每个角点的坐标和特征点的坐标，根据所述每个角点的坐标和特征点的坐标计算角点集合中每个角点与特征点之间的距离的和，所述距离的和为口罩偏移量；根据口罩偏移量控制口罩封边装置对口罩进行封边。

优选地，用于获取灰度图中的口罩区域包括：

对灰度图进行边缘检测和形态学处理，获得包括口罩的识别框，所述识别框为口罩区域。

优选地，滑动窗口的尺寸为：

其中，为滑动窗口的尺寸；/>表示距离最小的两个角点之间像素点个数；/>表示距离最小的两个角点之间线的方向角。

优选地，每个角点对应的灰度变化程度为：

其中，表示为图像中的第/>个角点在方向角为/>的方向上对应的灰度变化程度；/>表示滑动窗口的尺寸；/>表示第t个角点的灰度值；/>表示第t个角点对应的滑动窗口内方向角/>方向上第n个像素点的灰度值。

优选地，获得角点左右两侧的方向矢量包括：

角点左侧的方向矢量为：

其中，表示图像中第/>个角点的左侧的第/>行，第/>列的边缘像素点的位置坐标，/>第/>个角点的左侧的第/>行，第/>列的边缘像素点的位置指标；/>为第/>个角点左侧的方向矢量；同理得到第t个角点右侧的方向矢量/>。

优选地，根据口罩偏移量控制口罩封边装置对口罩进行封边包括：

基于角点坐标的偏移量中的偏移大小和偏移方向对口罩封边装置进行控制。

本发明实施例至少具有如下有益效果：

通过角点检测在保留图像中要特征的同时，通过得到的角点的特征对角点进行保留，可以有效地减少信息的数据量，使其的信息含量更高，同时有效的提高了计算速度，有利于图像的可靠的匹配，病及性能实时处理。

通过图像中得到的口罩的偏移量根据偏移量对口罩的位置进行调节，能够更精准的将口罩调整到合适的位置，并且通过实时得到图像中的口罩的偏移量能够进行实时调节。

通过有效的调节口罩的位置，能够减少口罩在封边过程中，由于口罩的位置存在偏差导致口罩的封边发生偏移，影响生产中的口罩的生产质量。

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和优点，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的介绍，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它附图。

图1为本发明实施例提供的一种口罩边缘的自动封边装置的控制系统的系统框图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种口罩边缘的自动封边装置的控制系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种口罩边缘的自动封边装置的控制系统的具体方案。

实施例：

本发明的主要应用场景为：针对口罩在生产过程中，由于口罩需要完成生产需要大量的人工对口罩的位置进行调整和操作，效率低，因此本实验通过在工业生产线上安装工业相机，采集图像，通过机器视觉来精确的判断口罩的位置，并根据图像计算控制工业设备进行调整位置，方便后续统一操作提高效率。

本发明的主要目的是:利用图像处理技术对口罩的生产过程进行控制，实现口罩的自动位置的校准，通过机械设备对口罩的位置进行调整。

请参阅图1，其示出了本发明实施例提供的一种口罩边缘的自动封边装置的控制系统的系统框图，该方法包括以下模块：

数据采集模块，用于采集口罩外轮廓滚焊后在传送带上的图像并灰度化得到灰度图。

通过在生产线上安装工业相机，采集工业生产过程中口罩外轮廓滚焊后的图像，对采集后的图像进行灰度化，通过对灰度化图像进行边缘检测得到外轮廓滚焊后口罩在面料上的位置。

将待检测的口罩调整到合适位置后，通过传送带上的工业相机采集口罩的RGB图像，对采集到的RGB图像进行灰度化操作，得到每张采集到图像的灰度图。其中工业相机在传送带的正上方。

角点筛选模块，用于获取灰度图中的口罩区域，并获取口罩区域中的角点；计算每两个角点之间的距离，获得距离最小的两个角点；设置滑动窗口，根据距离最小的两个角点之间像素点个数和两个角点之间连线的方向角得到滑动窗口的尺寸；在以角点为中心的滑动窗口内，计算每个角点对应的灰度变化程度；获得角点左右两侧的方向矢量，计算角点对应的矢量夹角；每个角点对应的灰度变化程度与矢量夹角的比值为角点的重要程度；获得重要程度大于预设阈值的角点，组成角点集合。

通过采集到的图像信息对口罩的位置进行建模，建立二维坐标，分析采集到图像中的口罩是否发生偏移计算口罩发生偏移的偏移角度和偏移距离，控制机器对发生偏移的口罩进行调整，对调整后的口罩进行封边。

口罩在封边过程中，传输带上的料槽将口罩移动到规定位置，对口罩进行封边，封边机构和口罩的相对位置就显得特别重要，若口罩没有被送到正确位置（如：偏斜、离开料槽），就会出现封边偏移，未封边等现象，运送口罩的传输带运动方式采用的是间歇移动，速度越大，移动的加速都越大，而对于口罩来说，自身材质柔软，重量较轻，导致口罩在移动过程中，由于间歇性移动，导致口罩偏斜、错位等现象。导致口罩在封边过程中，出现质量问题，本设计通过计算口罩的位置信息和对口罩的位置的调整来针对口罩生产过程中不同设备的质量问题进行解决

对采集到的灰度图像使用canny算法，得到图像中外轮廓滚焊后的口罩图像，根据图像将图像时用模切工具，将口罩从口罩布料中切割下来。然后对口罩的模型进行切模，得到口罩未封边的初始模型，根据口罩切割下来的模型，判断口罩的位置，根据口罩的位置使用工业的机械臂对口罩的位置进行调整，将口罩调整到正确的位置。以便后续的操作。

对采集到的灰度图像使用canny算法进行边缘检测，得到图像外轮廓滚焊后的口罩图像，判断采集图像中口罩的位置姿态。通过边缘检测，获得口罩的边缘信息，利用形态学进行处理，进行匹配然后生成相应的识别框。获得灰度图中的口罩区域，口罩区域就是识别框的区域。

对得到分割块内的图像进行角点检测，根据角点检测后的结果进行分析，根据角点检测后角点位置邻域之间的关系，以及角点邻域边缘像素点之间的关系计算图像中角点的重要程度，对得到的角点进行保留。

在采集图像时，口罩的整体边缘并不平整，并且存在一定的厚度，因此，得到的口罩的图像中的口罩的下方会存在阴影，对图像进行角点检测时，受阴影的影响，阴影区域也会存在拐点，检测角点时会检测到阴影产生的角点，判断口罩的位姿是否偏移时影响偏移的判断。所述的特征角点为图像中口罩边缘上的角点，根据角点之间的距离确定图像中滑动窗口的大小，并计算窗口内的像素点之间的变化差异，将图像中阴影位置的角点进行去除，并根据对应角点两侧的边缘的弯曲率较小判断图像中的角点的重要程度。

但对图像中的进行角点检测时，角点检测具有旋转不变性，因此不同位姿的图像中的边缘检测时，得到的特征角点并不会有太多的差异，但角点检测受图像中的阴影的影响，得到的角点中会存在阴影位置以及噪声的影响得到多个角点。

对得到的灰度图中的口罩区域进行角点检测，角点检测为现有算法，在此不做过多的赘述。通过角点检测得到图像中的角点之间的距离，来确定灰度图中的滑动窗口的大小：

其中，表示为灰度图中的口罩区域中的第/>个角点像素点的坐标，/>表示为灰度图中的口罩区域第/>个角点的坐标，/>表示为灰度图中的口罩区域的第/>个角点和第/>个角点之间的距离，得到灰度图中的口罩区域两个角点之间的最小距离，并统计得到灰度图中的口罩区域距离最小的两个角点之间的像素点个数/>。

通过两个角点的位置计算得到图像中距离最小的两个角点与水平方向上的夹角，根据两个像素点之间的夹角以及像素点之间的距离K，得到的图像中窗口的大小/>：，式中，/>为两个像素点之间的夹角，/>为图像中的两个角点距离最小之间的像素点个数，/>为滑动窗口大小。

滑动窗口在口罩区域滑动时，以角点为滑动窗口的中心；窗口中的口罩的边缘像素点和邻域像素点之间的差异变化大，而阴影部分的边缘和邻域像素点之间的变化程度小，变化缓慢，因此根据窗口中的像素点最小距离两像素点之间的方向，计算角点位置对应方向上邻域像素点的变化程度进行分析，判断角点的重要程度。

根据得到的方向角，以及滑动窗口的大小计算图像中角点在滑动窗口内对应的灰度变化程度：

其中，表示为图像中的第/>个角点在方向角为/>的方向上对应的灰度变化程度；/>表示滑动窗口的尺寸；/>表示第t个角点的灰度值；/>表示第t个角点对应的滑动窗口内方向角/>方向上第n个像素点的灰度值。

通过计算剩余角点的两侧图像边缘点之间的夹角，来表征图像中的角点的重要程度，角点两侧的边缘点的变化方向之间的夹角越小，图像中该位置的角点特征越明显。

图像中的像素点的在对应方向上的变化程度越大，图像中的角点在口罩的上的可能想越大，该点的重要程度越大，的值越小说明图像中的角点落在口罩边缘的可能性越小，当前角点的重要性越小。

进一步的，计算口罩区域中的角点位置的两侧边缘方向的方向矢量：

式中，表示图像中第/>个角点的左侧的第/>行，第/>列的边缘像素点的位置坐标，/>第/>个角点的左侧的第/>行，第/>列的边缘像素点的位置指标；/>为第/>个角点左侧的方向矢量；同理得到第t个角点右侧的方向矢量/>。

计算图像中第个角点左右侧的边缘的方向矢量之间的夹角：

式中，，/>为第/>个角点右侧边缘点的方向矢量，/>为图像中第/>个角点的两侧的方向的矢量之间的夹角。

对于口罩的中的角点的特征点，特征角点两侧边缘之间的夹角的角度越小，图像中该位置的特征越明显。

根据图像中的角点的邻域之间的关系和角点位置的边缘强度和边缘方向上的变化率，得到图像上角点的重要程度：

式中，为图像中第/>个角点的两侧的方向的矢量之间的夹角,/>表示为图像中的第/>个角点方向为/>的变化程度，对得到的重要程度进行归一化,得到归一化后的重要程度/>。设定预设阈值，预设阈值的取值为0.8，将重要程度大于预设阈值的角点归为一个集合得到角点集合。

口罩封边装置控制模块，用于获取角点集合中每个角点的坐标和特征点的坐标，根据所述每个角点的坐标和特征点的坐标计算角点集合中每个角点与特征点之间的距离的和，所述距离的和为口罩偏移量；根据口罩偏移量控制口罩封边装置对口罩进行封边。

通过得到的保留后的角点坐标最为关键点，通过计算角点与标准位置的偏移量和偏差距离，对口罩的位姿进行调整，对校正后的口罩进行封边。

对角点进行保留后，保留的角点组成了角点集合，进一步的，需要获得角点集合中每个角点的坐标：，去除图像中不重要的角点，减少根据图像中的角点进行位姿矫正时的计算量，在对图像中的口罩进行位姿矫正时，通过图像中的角点和封边机边缘之间的偏差值，计算图像中的口罩的偏差，并对口罩的位姿进行调整。图像中的角点位置的边缘强度越大，角点两侧的边缘的指向方向之间的夹角越小，角点的重要程度越大，角点位置两侧的图像中的夹角越小，图像中的特征越明显。

根据图像中的将点检测处理后的结果，通过与封边机位置之间的关系对图像中的口罩的位置进行矫正，调整传送带上的口罩的位置，计算图像中的角点和图像中的封边机的之间的偏移量对口罩的位置进行调节。

计算口罩与封边机之间的偏移量：

式中，表示为图像中的第/>个特征角点的坐标，/>为封边机上的特征点的坐标，/>表示为口罩的偏移量。

通过角点检测得到口罩的角点坐标的偏移量，可以通过口罩的位置的偏移大小和偏移方向对机器进行控制，根据口罩所处的位置，根据采集图像的位置控制料盘素的和焊接时间、焊接上下、旋转速度等，可以解决焊接时，由于口罩较轻，传送带采用间歇性传输，开始时，由于传输带的加速度较大，会导致口罩的轻微位移，所以通过采集图像的位置控制机器的运转可以避免口罩偏移等问题。

需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

Claims (6)

1.一种口罩边缘的自动封边装置的控制系统，其特征在于，该系统包括：

数据采集模块，用于采集口罩外轮廓滚焊后在传送带上的图像并灰度化得到灰度图；

角点筛选模块，用于获取灰度图中的口罩区域，并获取口罩区域中的角点；计算每两个角点之间的距离，获得距离最小的两个角点；设置滑动窗口，根据距离最小的两个角点之间像素点个数和两个角点之间连线的方向角修正滑动窗口的尺寸；在以角点为中心的滑动窗口内，计算每个角点对应的灰度变化程度；获得角点左右两侧的方向矢量，计算角点对应的矢量夹角；每个角点对应的灰度变化程度与矢量夹角的比值为角点的重要程度；获得重要程度大于预设阈值的角点，组成角点集合；

口罩封边装置控制模块，用于获取角点集合中每个角点的坐标和特征点的坐标，根据所述每个角点的坐标和特征点的坐标计算角点集合中每个角点与特征点之间的距离的和，所述距离的和为口罩偏移量；根据口罩偏移量控制口罩封边装置对口罩进行封边。

2.根据权利要求1所述的一种口罩边缘的自动封边装置的控制系统，其特征在于，所述用于获取灰度图中的口罩区域包括：

对灰度图进行边缘检测和形态学处理，获得包括口罩的识别框，所述识别框为口罩区域。

3.根据权利要求1所述的一种口罩边缘的自动封边装置的控制系统，其特征在于，所述滑动窗口的尺寸为：

其中，为滑动窗口的尺寸；/>表示距离最小的两个角点之间像素点个数；/>表示距离最小的两个角点之间线的方向角。

4.根据权利要求1所述的一种口罩边缘的自动封边装置的控制系统，其特征在于，所述每个角点对应的灰度变化程度为：

其中，表示为图像中的第/>个角点在方向角为/>的方向上对应的灰度变化程度；表示滑动窗口的尺寸；/>表示第t个角点的灰度值；/>表示第t个角点对应的滑动窗口内方向角/>方向上第n个像素点的灰度值。

5.根据权利要求1所述的一种口罩边缘的自动封边装置的控制系统，其特征在于，所述获得角点左右两侧的方向矢量包括：

角点左侧的方向矢量为：

其中，表示图像中第/>个角点的左侧的第/>行，第/>列的边缘像素点的位置坐标，/>第/>个角点的左侧的第/>行，第/>列的边缘像素点的位置指标；/>为第/>个角点左侧的方向矢量；同理得到第t个角点右侧的方向矢量/>。

6.根据权利要求1所述的一种口罩边缘的自动封边装置的控制系统，其特征在于，所述根据口罩偏移量控制口罩封边装置对口罩进行封边包括：

基于角点坐标的偏移量中的偏移大小和偏移方向对口罩封边装置进行控制。