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一种基于机器视觉技术的 卷烟盘纸质量检测装置以及方法

阅读：1032发布：2020-07-03

专利汇可以提供一种基于机器视觉技术的卷烟盘纸质量检测装置以及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种基于机器视觉技术的卷烟盘纸质量检测装置，该系统包括图像采集器、控制器以及报警器，首先对兴趣区域的盘纸图像进行灰度化、水平投影，再进行尺寸对比、灰度对比、相似性对比等多重计算，计算结果与设定阈值进行比较，相差大于一定值，判断当前被测盘纸存在错牌、污渍、残缺等缺陷。其体提供的装置以及方法操作灵活、显示更加直观、检测更加准确等优点，同时可以根据现场情况自由选择检测算法。，下面是一种基于机器视觉技术的卷烟盘纸质量检测装置以及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于机器视觉技术的卷烟盘纸质量检测装置，其特征在于：该系统包括图像采集器、控制器以及报警器，
所述图像采集器，用于采集被测盘纸与模板盘纸的原图像并将原图像发送给控制器；
所述控制器，用于对采集到的原图像进行灰度化、水平投影处理得到灰度投影曲线；
以及使用梯度法获得盘纸的边界，确定被测盘纸尺寸，若检测值超出设定的盘纸尺寸阈值范围，则判定盘纸规格出现缺陷，继而发送报警信息给所述报警器；
和/或，将被测盘纸的原图像的平均灰度值与模板盘纸的原图像的灰度值进行对比，当灰度差异超出设定的范围，则判定被测盘纸为缺陷盘纸，继而发送报警信息给所述报警器；
和/或，计算被测盘纸与模板盘纸的灰度投影曲线的相似距离，
Distance(A，B)为灰度投影曲线A与B之间的相似距离，B为模板盘纸投影曲线的像素灰度值，A为被测盘纸图像投影曲线的像素灰度值，L为匹配像素灰度值个数，计算数值为0时，表明两者之间的相似性最大；计算数值越大，则表明两者之间的相似性越小，当相似度低于阈值时，则判定被测盘纸为缺陷盘纸，继而发送报警信息给所述报警器；
报警器，用于接收所述报警信息并进行报警。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉技术的卷烟盘纸质量检测装置，其特征在于：所述的图像采集器包括工业相机、LED 光源以及镜头，通过镜头座(9)将镜头(10)固定到工业相机(8)上。
3.一种基于机器视觉技术的卷烟盘纸质量检测方法，其特征在于：该方法包括：
采集被测盘纸与模板盘纸的原图像；
对采集到的原图像进行灰度化、水平投影处理得到灰度投影曲线；
使用梯度法获得盘纸的边界，确定被测盘纸尺寸，若检测值超出设定的盘纸尺寸阈值范围，则判定盘纸规格出现缺陷，继而发送报警信息给所述报警器；
和/或，将被测盘纸的原图像的平均灰度值与模板盘纸的原图像的灰度值进行对比，当灰度差异超出设定的范围，则判定被测盘纸为缺陷盘纸，继而发送报警信息给所述报警器；
和/或，计算被测盘纸与模板盘纸的灰度投影曲线的相似距离，
Distance(A，B)为灰度投影曲线A与B之间的相似距离，B为模板盘纸投影曲线的像素灰度值，A为被测盘纸图像投影曲线的像素灰度值，L为匹配像素灰度值个数，计算数值为0时，表明两者之间的相似性最大；计算数值越大，则表明两者之间的相似性越小，当相似度低于阈值时，则判定被测盘纸为缺陷盘纸。
4.根据权利要求3所述的基于机器视觉技术的卷烟盘纸质量检测方法，其特征在于：若盘纸存在缺陷，则执行报警操作。
5.一种基于机器视觉技术的卷烟盘纸质量检测方法，其特征在于：该方法包括：
采集被测盘纸与模板盘纸的原图像；
对采集到的原图像进行灰度化、水平投影处理得到灰度投影曲线；
使用梯度法获得盘纸的边界，确定被测盘纸尺寸，若检测值超出设定的盘纸尺寸阈值范围，则判定盘纸规格出现错牌或残缺，下一步进行报警提示。
6.一种基于机器视觉技术的卷烟盘纸质量检测方法，其特征在于：该方法包括：
采集被测盘纸与模板盘纸的原图像；
将被测盘纸的原图像的平均灰度值与模板盘纸的原图像的灰度值进行对比，当灰度差异超出设定的范围，则判定被测盘纸为缺陷盘纸，下一步进行报警提示。
7.一种基于机器视觉技术的卷烟盘纸质量检测方法，其特征在于：
采集被测盘纸与模板盘纸的原图像；
对采集到的原图像进行灰度化、水平投影处理得到灰度投影曲线；
计算被测盘纸与模板盘纸的灰度投影曲线的相似距离，
Distance(A，B)为灰度投影曲线A与B之间的相似距离，B为模板盘纸投影曲线的像素灰度值，A为被测盘纸图像投影曲线的像素灰度值，L为匹配像素灰度值个数，计算数值为0时，表明两者之间的相似性最大；计算数值越大，则表明两者之间的相似性越小，当相似度低于阈值时，则判定盘纸存在缺陷，下一步进行报警提示。

说明书全文

一种基于机器视觉技术的 卷烟盘纸质量检测装置以及方法

技术领域

[0001] 本发明属于机器视觉技术在烟草领域中的应用，具体涉及一种基于机器视觉技术的、用于卷烟设备的卷烟盘纸在线质量检测装置及方法，用于实时检测卷烟卷接机组在生产过程中所使用盘纸是否存在错牌、污渍、残缺等缺陷。

背景技术

[0002] 盘纸是烟草行业中广泛使用的用于烟支卷接的纸质卷接材料，属于特种行业工业用纸。近年来，随着国家对烟草行业不断深化改革和烟草品牌的整合战略，烟草行业竞争越来越激烈，各个卷烟企业为了生存发展，都加强了创新，随之烟支颜色、烟支规格也越来越丰富，不同的烟支规格和品牌，选用不同的盘纸进行卷接。

[0003] 卷烟企业在生产卷烟时，盘纸从仓库搬运到卷接机备料区或者从备料区搬运到卷接机机台上，都有可能会导致搬运的盘纸规格与计划或在线生产的型号不匹配。同时，盘纸在生产或者在烟支卷接时，有可能会造成残缺、污染、断裂等。一旦出现盘纸错牌、污渍、残缺等问题，现场工人很难及时发现，会造成大量缺陷卷烟流入市场，从而造成严重的质量问题，有损企业形象，追回缺陷卷烟，也会增加企业成本。为尽可能的从源头杜绝有上述质量的盘纸用于卷烟卷接，需要在卷接机组上加装盘纸质量检测装置，对盘纸进行质量检测。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种基于机器视觉技术、用于卷烟机的卷烟盘纸在线实时质量检测装置及方法，以解决现有的盘纸缺陷无法在线实时被识别出的问题，从根源上减少不合格烟支的产生。

[0005] 第一方面，本发明提供一种基于机器视觉技术的卷烟盘纸质量检测装置，该系统包括图像采集器、控制器以及报警器，

[0006] 所述图像采集器，用于采集被测盘纸与模板盘纸的原图像并将原图像发送给控制器；

[0007] 所述控制器，用于对采集到的原图像进行灰度化、水平投影处理得到灰度投影曲线；

[0008] 以及使用梯度法获得盘纸的边界，确定被测盘纸尺寸，若检测值超出设定的盘纸尺寸阈值范围，则判定盘纸规格出现缺陷，继而发送报警信息给所述报警器；

[0009] 和/或，将被测盘纸的原图像的平均灰度值与模板盘纸的原图像的灰度值进行对比，当灰度差异超出设定的范围，则判定被测盘纸为缺陷盘纸，继而发送报警信息给所述报警器；

[0010] 和/或，计算被测盘纸与模板盘纸的灰度投影曲线的相似距离，

[0011]

[0012] Distance(A，B)为灰度投影曲线A与B之间的相似距离，B为模板盘纸投影曲线的像素灰度值，A为被测盘纸图像投影曲线的像素灰度值，L为匹配像素灰度值个数，计算数值为0时，表明两者之间的相似性最大；计算数值越大，则表明两者之间的相似性越小，当相似度低于阈值时，则判定被测盘纸为缺陷盘纸，继而发送报警信息给所述报警器；

[0013] 报警器，用于接收所述报警信息并进行报警。

[0014] 优选地，所述的图像采集器包括工业相机、LED 光源以及镜头，通过镜头座(9)将镜头(10)固定到工业相机(8)上。

[0015] 第二方面，本发明提供一种基于机器视觉技术的卷烟盘纸质量检测方法，该方法包括：

[0016] 采集被测盘纸与模板盘纸的原图像；

[0017] 对采集到的原图像进行灰度化、水平投影处理得到灰度投影曲线；

[0018] 使用梯度法获得盘纸的边界，确定被测盘纸尺寸，若检测值超出设定的盘纸尺寸阈值范围，则判定盘纸规格出现缺陷；

[0019] 将被测盘纸的原图像的平均灰度值与模板盘纸的原图像的灰度值进行对比，当灰度差异超出设定的范围，则判定被测盘纸为缺陷盘纸；

[0020] 计算被测盘纸与模板盘纸的灰度投影曲线的相似距离，

[0021]

[0022] Distance(A，B)为灰度投影曲线A与B之间的相似距离，B为模板盘纸投影曲线的像素灰度值，A为被测盘纸图像投影曲线的像素灰度值，L为匹配像素灰度值个数，计算数值为0时，表明两者之间的相似性最大；计算数值越大，则表明两者之间的相似性越小，当相似度低于阈值时，则判定盘纸存在缺陷。

[0023] 优选地，若盘纸存在缺陷，则执行报警操作。

[0024] 第三方面，本发明提供一种基于机器视觉技术的卷烟盘纸质量检测方法，该方法包括：

[0025] 采集被测盘纸与模板盘纸的原图像；

[0026] 对采集到的原图像进行灰度化、水平投影处理得到灰度投影曲线；

[0027] 使用梯度法获得盘纸的边界，确定被测盘纸尺寸，若检测值超出设定的盘纸尺寸阈值范围，则判定盘纸规格出现错牌或残缺，下一步进行报警提示。

[0028] 第四方面，本发明提供一种基于机器视觉技术的卷烟盘纸质量检测方法，该方法包括：

[0029] 采集被测盘纸与模板盘纸的原图像；

[0030] 将被测盘纸的原图像的平均灰度值与模板盘纸的原图像的灰度值进行对比，当灰度差异超出设定的范围，则判定被测盘纸为缺陷盘纸，下一步进行报警提示。

[0031] 第五方面，本发明提供一种基于机器视觉技术的卷烟盘纸质量检测方法，采集被测盘纸与模板盘纸的原图像；

[0032] 对采集到的原图像进行灰度化、水平投影处理得到灰度投影曲线；

[0033] 计算被测盘纸与模板盘纸的灰度投影曲线的相似距离，

[0034]

[0035] Distance(A，B)为灰度投影曲线A与B之间的相似距离，B为模板盘纸投影曲线的像素灰度值，A为被测盘纸图像投影曲线的像素灰度值，L为匹配像素灰度值个数，计算数值为0时，表明两者之间的相似性最大；计算数值越大，则表明两者之间的相似性越小，当相似度低于阈值时，则判定盘纸存在缺陷，下一步进行报警提示。

[0036] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0037] 1.本发明采用机器视觉对卷烟盘纸质量检测时，首先对兴趣区域的盘纸图像进行灰度化、水平投影，再进行尺寸对比、灰度对比、相似性对比等多重计算，计算结果与设定阈值进行比较，相差大于一定值，判断当前被测盘纸存在错牌、污渍、残缺等缺陷。其体提供的装置以及方法操作灵活、显示更加直观、检测更加准确等优点，同时可以根据现场情况自由选择检测算法。

[0038] 2.本发明可用于目前市场上各种卷烟卷接机组上的盘纸质量检测，既又从源头上减少缺陷烟支的产生，大大降低了材料浪费率，节约了成本，又避免了缺陷烟支流入市场造成的不良影响。附图说明

[0039] 图1为本发明提供的盘纸质量检测装置原理框图；

[0040] 图2为本发明提供的控制器的侧面剖面图；

[0041] 图3为本发明提供的图像采集器剖视图；

[0042] 图4为本发明提供的图像处理操作流程图；

[0043] 图5为本发明提供的三种烟支盘纸(a)、(b)以及(c)原始图像示意图；

[0044] 图6为本发明提供的烟支盘纸图像(a)投影曲线示意图；

[0045] 图7为本发明提供的烟支盘纸图像(b)投影曲线示意图；

[0046] 图8为本发明提供的烟支盘纸图像(c)投影曲线示意图；

[0047] 图9为图5中图(c)与模板图(a)局部图像匹配结果示意图；

[0048] 其中，图2中，1-显示屏、2-显示屏安装支架、3-机箱前面板、4-扩展板、5-核心板、6-核心板散热片、7-机箱箱体、8-母板、9-电缆插座、10-显示屏电缆(10)、图3中，1-壳体上盖、2-密封垫、3-玻璃窗、4-壳体、5-支架、6-LED光源、7-电缆插座、8-工业相机、9-镜头座、
10-镜头。

具体实施方式

[0049] 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做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。

[0050] 以下通过具体实施例，对本发明进行详细说明。

[0051] 本发明提供的图像采集器、控制器以及报警器的硬件结构：

[0052] 在图1中，核心板用于操作系统和上位机软件的运行。单片机负责执行上位机软件的控制指令，包括光源控制、相机触发等；图像采集器通讯接口用于连接图像采集模块，工业相机通过该接口将拍摄的图片传送给控制模块内的控制板；输出驱动电路用于单片机向卷接机组控制系统和报警器发送剔除和报警信号；输入信号采集电路采集外部激光传感器信号；光源控制电路为LED光源提供恒流源，并控制恒流源的通断；操作者可以通过显示屏查看系统运行的相关信息，并设置系统的相关参数。

[0053] 在图2中，首先将焊装好电缆插座9的母板8通过螺钉固定到机箱箱体7上。然后将扩展板4、核心板5及核心板散热片6通过螺钉固定到一起之后通过螺柱固定到机箱箱体7上，核心板散热片6紧贴机箱箱体7；再将显示屏1通过显示屏安装支架2固定到机箱前面板3上，通过显示屏电缆10连接显示屏1与扩展板4；最后通过螺钉将机箱前面板3与机箱箱体7固定到一起。

[0054] 在图3中，在图2中，通过镜头座9将镜头10固定到工业相机8上。通过螺钉将工业相机8及LED光源6固定到支架5上；通过螺钉将支架5固定到壳体4上。通过电缆将LED光源6、工业相机8、电缆插座7连接到一起。通过电缆插座7自带的锁紧螺母将其固定到壳体4上，在壳体上盖1与壳体4之间加密封垫2，最后通过螺钉将壳体上盖1与壳体4固定到一起。

[0055] 本发明提供的检测装置按指定时间间隔控制图像采集器开启光源、采集盘纸图像，并将图像传输给控制器进行分析、处理，并根据处理结果向卷接机组控制系统发送相应信号，卷接机组控制系统根据接收到的信号，在相应位置停机或者报警，提醒现场人员前来处理；具体地，处理图像的方法以及检测方法包括如下步骤：

[0056] 如图4所示，工业相机采集被测卷烟盘纸以及模板卷板盘纸的原图像(彩色)；

[0057] 灰度化、水平投影：首先将工业相机拍摄到的盘纸图像依次进行灰度化、水平投影处理，灰度化是为了将工业相机拍摄到的盘纸RGB图像转换为单通道的GRAY图像，提高后续的处理速度；投影是为了将二维图像作投影变换，将图像中盘纸的特征转换为一维空间的数据特征，有利于盘纸尺寸测量。

[0058] 在图5中，图(a)、图(b)、图(c)分别为三种不同规格的原始彩色盘纸图像(图中显示为黑白视图)，其中，图(a)盘纸宽度为26.5mm、图(b)盘纸宽度为20.0mm、图(c)盘纸残缺处平均宽度为24.0mm；

[0059] 尺寸实时检测方法：图6、图7、图8是分别对图5中图(a)、图(b)、图(c)原图像灰度化后进行水平投影得到的投影曲线，然后用梯度法对水平投影曲线查找，即可获得各种盘纸的边界；通过检测得出图(a)的尺寸(单位：像素)为：447-180＝267，图(b)的尺寸为：393-191＝202，图(c)的尺寸为：416-175＝241，并且算出每10个像素对应1mm，若检测值超出阈值范围，则认为盘纸规格出现错牌或残缺；可以理解的是，阈值范围可自行进行设定。

[0060] 灰度对比实时检测：图9是图5中图(c)与图5中的模板图(a)进行灰度值匹配后的检测结果，灰度对比主要是基于灰度相似性原理，在检测区域内设置多个检测单元格，检测过程中，实时计算检测区域内每个单元格的平均灰度值。将各个单元格的平均灰度与模板图像的灰度值进行对比，当灰度差异在设定范围内，则认定被检盘纸合格；反之，则判定其为缺陷盘纸。每个小单元格中所包含像素的平均值范围为[0,255],为了方便得知不合格处的位置，将与模板比较结果差异超出阈值范围的单元格标为红“×”，从图9中可看出图5中的图(c)盘纸是缺陷盘纸-存在污渍。

[0061] 相似性对比：计算被测盘纸图像与模板图像的灰度投影曲线的相似距离，可用两者像素灰度值的平方差来进行计算。计算数值为0时，表明两者之间的相似性最大；计算数值越大，则表明两者之间的相似性越小，计算公式如下：

[0062]

[0063] Distance(A，B)为灰度投影曲线A与B之间的相似距离，B为模板盘纸投影曲线的像素灰度值，A为被测盘纸图像投影曲线的像素灰度值，L为匹配像素灰度值个数，根据公式(1)可计算出被测盘纸与模板盘纸之间的相似度；当相似度低于阈值时，则认为盘纸存在缺陷；

[0064] 若存在缺陷，本发明将通过报警器执行报警操作。

[0065] 此外，本发明中使用到的图像处理算法都是机器视觉领域成熟的常用算法，各种开源的机器视觉算法库中都包含了这些算法，开发人员可以直接调用。

[0066] 本发明提供的检测装置及方法有效解决现有的盘纸缺陷问题，从根源上减少不合格烟支的产生，降低其对企业产生的负面影响；采用本检测装置和检测方法能很大程度上减少因盘纸缺陷而造成的不合格烟支，有效的提高了烟支卷接质量，降低了卷接材料的浪费率，节约了企业的生产成本。

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