CN203178196U

CN203178196U - 基于图像处理的拉线检测器

Info

Publication number: CN203178196U
Application number: CN 201320068994
Authority: CN
Inventors: 余滨松; 洪昀; 黄雯华; 王锡福; 林启宽; 许平湖
Original assignee: Xiamen Tobacco Industry Co Ltd
Current assignee: Xiamen Tobacco Industry Co Ltd
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2023-02-05

Abstract

本实用新型公开一种基于图像处理的拉线检测器，该拉线检测器采用ARM CORTEX-M3内核的CPU处理器，所述CPU处理器连接有高速CCD摄像头、高速缓冲存储器、EEPROM存储器、LED调光照明系统、OLED显示屏和人机操作按键器；所述的高速CCD摄像头，采集图像，并利用其内部集成的DSP处理器对图像自行进行优化处理；CPU处理器，通过IO口将高速CCD摄像头优化处理后的每一帧图像存入高速缓冲存储器，再对图像进行数字化处理；所述的LED调光照明系统通过CPU处理器进行调光处理；所述的OLED显示屏，实时显示拉线图像，并通过人机操作按键器进行人机交互。本实用新型拉线检测器应用CCD图像成像技术，采用高速数字型摄像头，实时监控拉线图像，对采集的图像进行数字处理，查找拉线的边缘以达到准确检测拉线的目的。

Description

基于图像处理的拉线检测器

技术领域

本实用新型应用在烟草行业中包装机的玻璃纸包装拉线检测或其他外包装需要的拉线检测，还可应用在任何包装工业的外包装易撕纸等检测。

背景技术

现今高速卷烟生产中，对烟包的工艺越来越讲究，现有设备上的拉线检测设备已经无法应付现今新工艺的透明轻薄新型拉线材料了，在检测拉线有无，位置是否偏移。现有的拉线检测系统也是力不从心。现有设备采用光电式拉线检测器，只能对不透明的拉线进行检测，而且因为光电的焦点大，拉线稍有一点点偏移就会造成误剔除，严重影响生产。

如图4所示，目前，市面上存在采用CMOS摄像头采集拉线的灰度信号作为拉线检测器。此款新型的拉线检测器看似效果不错，但是实际安装后，仍然是存在一些问题，比如由于采用灰度处理，需要采用激光泛射，并通过一定角度达到激光折射后部分拉线泛光被CMOS黑白摄像头采集到，而COMS黑白摄像头本身输出的AV信号，AV视频信号主要是YUV组成，Y代表亮度，U和V代表色差信号，3个信号叠加在一条线上。电压电平在0.5V正负0.4V左右，就是满屏幕全部都是亮点的时候输出电压大概在0.9V,满屏全黑的时候大概有0.1V的输出。内部预设一个可调基准源电压范围为0-1V，COMS黑白灰度输出的电压信号与基准电压输入比较器进行比较后，输出翻转电压。调整的时候可旋转电位器调整基准电压使基准电压低于采集到的灰度电压。但是实际使用中会遇到：

1、由于基准电压太低，受工业电磁波干扰大。电压低使得基准调整不容易。

2、透明拉线对灰度的泛射没有普通拉线大，这样造成在更换材料（换牌）的时候要重新进行基准电压调整，另外玻璃值对激光光源也存在严重的泛光现象，在玻璃纸运动的时候，误检测严重。需要反复调整检测器的位置。

3、激光发射源的寿命有限，质量好的大概半年到一年就会产生衰减，导致反复的调整基准以适应生产。

另外通过此原理改进的采用单片机控制的拉线检测器也存在这些问题，因为受限于上面1中所述的原因，采用单片机只是智能化了基准设置过程而已，但是电压太低易受干扰是很难改善的。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足之处，本实用新型提供一种基于图像处理的拉线检测器。该拉线检测器应用CCD图像成像技术，采用高速数字型摄像头，实时监控拉线图像，对采集的图像进行数字处理，查找拉线的边缘以达到准确检测拉线的目的。

为实现上述目的，本实用新型技术方案为：

基于图像处理的拉线检测器，其特征在于：该拉线检测器采用ARM CORTEX-M3内核的CPU处理器，所述CPU处理器连接有高速CCD摄像头、高速缓冲存储器、EEPROM存储器、LED调光照明系统、OLED显示屏和人机操作按键器；所述的高速CCD摄像头，采集图像，并利用其内部集成的DSP处理器对图像自行进行优化处理；CPU处理器，通过IO口将高速CCD摄像头优化处理后的每一帧图像存入高速缓冲存储器，再对图像进行数字化处理；所述的LED调光照明系统通过CPU处理器进行调光处理；所述的OLED显示屏，实时显示拉线图像，并通过人机操作按键器进行人机交互。

进一步，所述CPU处理器和高速CCD摄像头采用嵌入式架构，集合在一款电路板上。

进一步，所述CPU处理器连接主机的输出IO口与PIC617光耦隔离后，通过S8050三极管进行放大输出信号。

本实用新型基于图像判断的新型拉线检测器，应用在烟草包装机透明纸拉线检测上面，可判断激光打印的拉线或完全透明的拉线。采用高速CCD摄像头与高速的CPU处理器，将采集到的图像进行软件处理，以三基色进行处理（彩色），并非采用灰度方式进行处理，特点是采用普通白光光源即可，不怕周围光线干扰，不需要采用昂贵的红外激光，通过软件方式查找到拉线的边缘以判断拉线是否存在，即使玻璃纸受到大面积反光，但是只要不是有效地直线反光，控制器能有效地屏蔽掉干扰，只对直线灵敏。最终效果可达到，肉眼能看到拉线，控制器就能判断出拉线。

附图说明

图1是本实用新型基于图像处理的拉线检测器的硬件接口分布示意图；

图2是本实用新型拉线检测安装结构示意图；

图3是本实用新型玻璃纸外观示意图；

图4是现有拉线检测器的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例说明本实用新型。

本实用新型基于图像处理的拉线检测器是采用模仿人类辨别物体的方式，通过对图像进行数字化处理来判断拉线是否存在。采用ARM最新的高速嵌入式架构CORTEX-M3的CPU以及高速数字式摄像头，每秒可产生30帧的图像信号。对每一帧的图像进行数字化处理进而判断拉线的存在与否，最后输出信号给主机。

如图1所示的基于图像处理的拉线检测器，该拉线检测器采用ARM CORTEX-M3内核的CPU处理器，所述CPU处理器连接有高速CCD摄像头、高速缓冲存储器、EEPROM存储器、LED调光照明系统、OLED显示屏和人机操作按键器。所述CPU处理器和高速CCD摄像头采用嵌入式架构，集合在一款电路板上。电源部分由LM2596 开关电源产生3.0V电压，给CPU处理器和高速CCD摄像头供电。CPU处理器和高速CCD摄像头通过16位并口进行数据通讯，设置高速CCD摄像头参数通过I2C串行通讯方式连接。OLED显示屏通过8位并口通讯，人机操作按键器直接连接CPU处理器管脚，高速缓冲存储器通过CPU配置后将高速CCD摄像头上的图像读取存储，通过IO口，与CPU处理器与高速CCD摄像头通讯并控制高速CCD摄像头直接写入数据到高速缓冲存储器。所述EEPROM存储器采用AT24C02通过I2C方式与CPU处理器连接通讯。所述CPU处理器连接主机的输出IO口与PIC617光耦隔离后，通过S8050三极管进行放大输出信号。

本实用新型采用的高速CCD摄像头，每秒可采集640X480像素的图像30帧，该摄像头输出信号质量好。内部集成了DSP处理器，对图像自行进行优化处理，具有噪点小、图像清晰、输出速度快等优点。

CPU处理器通过IO口将高速CCD摄像头优化处理后的每一帧图像存入高速缓冲存储器，再对图像进行数字化处理。采用相应的图像增强技术来查找拉线边缘：

1、判断拉线方法，由于图像二值域处理的时候已经将拉线的边缘清晰分辨出来，采用竖向查找。当同一区域的竖向像素超过设置值时即可认为是存在边缘，属于查找边缘判断,原理接近人眼判断方式，当人眼看到断续的点的时候，大脑会认为这个是一条直线，除非点的短位比较大，否则大脑的第一直接判断为直线。本专利的判断方式采用类似处理程序，能直接有效的达到类似肉眼所看到的效果。

2、玻璃纸大面积泛光的处理方法，采用异或数据处理，大面积泛光的时候，大面积的泛光会被无效化，然后查找拉线边缘的时候，会将实际是拉线并又在泛光面积里面的那些有效像素补齐。所以可以达到很强的分辨效果，实际可达到肉眼所见拉线就可判断出拉线。由于是采用数字化方式对整个图像进行处理，故可构建出一个接近人眼看到的实际物体的框架图，并重点突出拉线在玻璃纸上呈现出来的边缘，因此对透明拉线的检测效果良好。采用数字化处理可以过滤掉图像上大部分的无用噪点，且无需采用激光器来形成检测目标与背景的强烈对比，故只需普通光源而无需要高亮的激光光源。

采用的LED调光照明系统通过CPU处理器进行调光处理的。本LED调光照明系统采用进口CREE 3W的大功率LED，通过CPU处理器的调光处理，可使亮度分级为40000级，接近无极调光（LED的理论寿命可达到5万小时，通过降低工作电流，可使寿命延长达15万小时，理论上可使用17年）。由于不采用灰度判断，所以不需要采用激光光源。采用含三色的LED。可提高使用寿命。本实用新型采用RGB三色像素进行“软件运算”后得出当前图像数据。

如图2所示，高速CCD摄像头和设置在其两侧的LED 正对图3所示的玻璃纸拍摄。若检测到连续大面积的边缘，表示有拼接头，此时系统也会输出提出信号将拼接头剔除，若无检测到拉线系统也会输出剔除信号。

本实用新型采用OLED屏幕实时显示拉线图像，并通过人机操作按键器进行人机交互。可直接进行LED亮度设置，阈值设置，灵敏度设置，并且可开关剔除功能，针对GD包装机，还可以打开带自检信号使输出信号符合GD系统的要求。在人机操作按键器上可设置有4个按键功能，其分别为，1功能键，2返回键，3加数据，4减数据。功能菜单分别为：LED亮度设置、域值设置、灵敏度设置、剔除开关和自检设置。所述的LED亮度设置为设置LED亮度，最大值255。域值设置为设置高速CCD摄像头域值，值越大噪点越小，相对需要亮度越大，相当于高速CCD摄像头感光度。灵敏度设置为设置检测灵敏度。剔除开关为调整用，关闭后，只显示不输出。自检开关为打开自检信号，可适应GD系统或需要自检的系统。

上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。

Claims

1.基于图像处理的拉线检测器，其特征在于：该拉线检测器采用ARM CORTEX-M3内核的CPU处理器，所述CPU处理器连接有高速CCD摄像头、高速缓冲存储器、EEPROM存储器、LED调光照明系统、OLED显示屏和人机操作按键器；所述的：

高速CCD摄像头，采集图像，并利用其内部集成的DSP处理器对图像自行进行优化处理；

CPU处理器，通过IO口将高速CCD摄像头优化处理后的每一帧图像存入高速缓冲存储器，再对图像进行数字化处理；

LED调光照明系统，通过CPU处理器进行调光处理；

OLED显示屏，实时显示拉线图像，并通过人机操作按键器进行人机交互。

2.如权利要求1所述的基于图像处理的拉线检测器，其特征在于：所述CPU处理器和高速CCD摄像头采用嵌入式架构，集合在一款电路板上。

3.如权利要求1或2所述的基于图像处理的拉线检测器，其特征在于：所述CPU处理器连接主机的输出IO口与PIC617光耦隔离后，通过S8050三极管进行放大输出信号。