基于圖像處理的標簽檢測技術(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ，當一產品進入檢測區后，光源系統的光投射到藥瓶表面上，傳感器發送信號給PLC控制器，驅動攝像機采集視頻信息并輸出模擬視頻信號，然后圖像采集卡按一定的采樣率采集，并將模擬圖像轉化為數字圖像信號，傳到計算機中，由圖像處理程序進行處理；并將處理結果傳送到PLC控制器，由PLC發出控制信號，控制電機及剔除裝置的動作。 本課題要注意的幾個問題 圖像采集圖像采集部分是系統的關鍵，其識別能力的好壞對系統的性能至關重要。圖像采集部分即是通過CCD采集圖像到圖像采集卡，然后經過A/D轉換，將圖片轉換成數字信息，以便傳送到計算機。為了提高圖像采集的效果，我們需要考慮的問題如下：（1） 照明設備如何設計才能使CCD采集到高質量的圖像信息；（2） CCD如何能及時采集到產品標簽圖像；（3） CCD能否識別出標簽的缺陷；（4） CCD能是識別的的標簽缺陷的最少尺寸；（5） 如何設置圖像采集卡的A/D轉換器才能降低將模擬的圖像信息轉換為數字信息的失真度。 圖像處理圖像的處理及識別速度對生產效率系統的檢測精度有較大影響。要想快速及時地剔除不合格產品，必須減少系統處理及分析圖像的時間。因此，在圖像處理及分析過程中我們需要解決如下幾個問題：（1） 圖像灰度處理算法的選擇。圖像灰度處理的方法有很多種，我們需要選擇既快速，效果又好的方法對圖像進行灰度處理，以突出圖像細節，改善圖像的質量。（2） 圖像平滑處理算法的選擇。對圖像進行平滑處理的算法也有很多種，選擇合適的算法才能更好的濾除噪聲對圖像的影響，提高圖像的保真度。（3） 圖像的二值化處理。要對圖像進行分析，必須將灰度圖轉換成二值圖。二值圖的效果決定了下一步圖像分析的結果。 圖像分析圖像分析是整個系統的關鍵。圖像分析的算法直接決定了檢測系統的精確度。所以這是設計標簽檢測系統的核心問題。本課題側重于研究標簽檢測系統的圖像處理及圖像分析部分。本系統用于在線檢測，為了保證整個系統的性能，所以必須尋找最優方法解決以上問題。第三章 圖像采集單元的設計圖像包含大量信息，獲取的圖像信息越完整，就能更好的理解圖像。圖像采集部分是主要用來攝取產品的標簽圖像，在系統設計過程中，圖像采集設備的選擇及其工作過程的設計必須以盡可能完整的獲取圖像信息為首要前提。 圖像采集單元的組成一般圖像采集部分包括計算機、傳感器、圖像采集設備、照明設備、驅動軟件、應用軟件等。圖像采集設備包括攝像機和與之配套的圖像采集卡，進行圖像攝取及定時控制。采集卡的高速A/D轉換器可以將視頻信號轉換為數字信號使采集卡即是采集圖像幀，并將其直接傳入系統內存。驅動軟件使用戶可以直接完成計算機和專用圖像采集卡的圖像采集任務。應用軟件控制圖像采集硬件，并實現分析演示功能[] 《基于計算機視覺的生產線零件編號識別系統的研究》 吳春凌 華南理工大學 機械制造及其自動化 。圖像采集應用軟件 圖像采集卡驅動軟件圖像采集卡圖像采集攝像機 圖像信息 完成圖像采集 圖像采集單元的組成框圖 CCD攝像機的選取與分析本系統是以圖像處理技術為基礎的，所以攝像機的選擇對本系統至關重要。攝像機有CCD和CMOS兩種，CMOS是以普通的的電子CMOS管為攝像器件，而CCD是以新型的電荷偶爾期間為攝像器件，其通常能看到的照度范圍在0．1一一3Lux，是CMOS傳感器感光度的3到10倍，目前一般CCD攝像機的圖像質量要優于CMOS攝像機；而且CCD攝像機的除噪聲能力及靈敏度比CMOS攝像機的都要好很多；再者，CCD攝像機具有體積小、重量輕、壽命長惰性小、靈敏度高、幾何失真小、均勻性好、功耗低等特點，所以本課題選用CCD攝像機作為圖像采集設備。攝像機所采集道德圖像是一切后續程序的基礎，所以必須根據攝像機的性能評價指標選取合適的攝像機。攝像機的評價指標如下：1. 清晰度。所謂圖像清晰度是指影像上各細部影紋及其邊界的清晰程度。攝像機能分辨的條紋數越多，獲得的圖像的清晰度越好。2. 分辨率。攝像機的分辨率由攝像機內先片的像素決定。分辨率的好壞決定了圖像的質量。像素越高，分辨率就越高，采集到的圖像質量越好，信息越完整。分辨率的計算公式為：分辨率=視野范圍／理論像素值。3. 均衡性。 均衡性由輸出圖像中各個像素的幅值差值來表征。差值越小則均衡性越好。4. 光敏度。它反映了攝像機對微弱光線的感應能力，對本系統而言，光敏度越高越好。5. 靈敏度。其主要由攝像機內的芯片面積與攝像機鏡頭的孔徑決定。一般在標準光源照明下，使攝像機拍攝測試卡，輸出達到標準值所用的光圈越小，則表示攝像機的靈敏度越高[] 《攝像機的工作原理與使用方法》。6. 最低照度。最低照度是指在一定的信噪比條件下，比較被攝景物所需照度的大小。照度越低，說明攝像機靈敏度越高7。7. 自動快門。對于在線檢測系統來說，攝像機的拍照反應時間的長短是決定系統精度的關鍵因素之一，拍照時間越短，系統的精度就會越好。8. 彩色還原。它是指攝像機拍攝彩色圖像的的逼真度。彩色還原能力越好，采集到的圖像質量越高，能獲取的信息越完整。攝像機的幾何失真度、自動化程度、工作環境溫度范圍及信號接口的多功能化、操作的方便性等指標也是選擇攝像機是要考慮的因素。在選擇出合適的的攝像機后，還需要選擇合適的鏡頭，來提高攝像機的整體性能指標。為此我們需要進行現場調試，針對生產線上的物距及成像大小計算鏡頭焦距，把鏡頭調整到最佳狀態。鏡頭的主要性能指標如下[[] 《基于機器視覺的藥瓶檢測系統的研究》 柳葉青 中南大學 生物醫學工程 ]：（1） 成像面。鏡頭的成像面越大，攝像機的性能越好。（2） 焦距、視角和物距。焦距決定著視場角的大小，焦距越小，視角越大；最小物距越短，視野越大。因此要選擇合適的鏡頭焦距。選擇鏡頭不僅要考慮自身的性能指標，還需考慮與攝像機的匹配情況選因此我們還須考慮一下幾個問題[[] 《基于圖像處理技術的藥用玻璃瓶檢測系統》 賁鋒利 合肥工業大學 電子與通信工程]：(1)安裝標準。即注意要與攝像機配合；(2)鏡頭規格須與攝像機的CCD尺寸一致；(3)光圈決定通過鏡頭的光通量，光通量以鏡頭的焦距和通光孔徑的比值衡量，以F標記；(4)鏡頭視場大?。?鏡頭的焦距、視角大小及鏡頭到目標的距離的計算公式為：f=αLWf=βLH式中f是鏡頭焦距；α是CCD靶面水平寬度：W是被攝物體寬度；L是被攝物體至鏡頭的距離；β是CCD靶面垂直高度；H是被攝物體的高度。算出焦距數值后，若無對應焦距的產品可以根據產品目錄選取相近的型號，一般選擇比計算值小的，這樣視角還會大一些。 照明方案的設計照明系統位于標簽檢測系統的前端，它直接影響著采集圖像的質量及后續圖像處理算法的選擇。照明系統的設計決定了標簽檢測系統的的性能，在整個系統中起著至關重要的作用。1. 光源的選取。對于照明光源的選型．主要考慮如下幾個方面：(1) 光源的穩定性。當光源不穩定時，有可能