一种基于机器视觉的卷烟机盘纸换卷余量检测系统的制作方法

本发明涉及卷烟工业，尤其涉及一种基于机器视觉的卷烟机盘纸换卷余量检测系统。

背景技术：

1、传统的卷烟机盘纸在拼接过程中，采用脉冲盘测量盘纸转速的方式计算盘纸直径，当盘纸剩余量小于设定值时启动拼接程序完成对新旧盘纸的自动切换。该方式虽简单方便，但由于盘芯直径尺寸不一致(如塑料盘芯与纸质盘芯的直径差异非常大)，不能准确测定盘纸当前的剩余量，造成盘纸浪费较多。

技术实现思路

1、为克服上述问题，本发明提供一种基于机器视觉的卷烟机盘纸换卷余量检测系统。

2、本发明采用的技术方案是：一种基于机器视觉的卷烟机盘纸换卷余量检测系统，包括图像采集单元、图像去噪单元、图像分割单元、图像边缘检测单元和计算单元；

3、所述图像采集单元对盘纸进行图像采集，盘纸图像包含背景、盘纸和透明塑料盘芯，图像采集单元的输出端连接图像去噪单元；

4、所述图像去噪单元对接收到的图像采用中值滤波去除椒盐噪声，得到去噪后的图像，图像去噪单元的输出端连接图像分割单元；

5、所述图像分割单元对去噪后的图像采用最小误差算法进行阈值分割，将图像中的目标与背景分开得到分割后的图像；图像分割单元的输出端连接图像边缘检测单元；

6、所述图像边缘检测单元对分割后的图像采用canny算子去除高斯噪声并定位盘纸边缘，图像边缘检测单元的输出端连接计算单元；

7、所述计算单元调用open evision软件中的easygauge模块中的circlegauge、linegauge功能进行尺寸测量，根据检测区域内的像素点，采用最小二乘法拟合出盘纸的外圆弧边缘和内圆弧边缘，根据圆心坐标计算得到盘纸厚度，将像素尺寸乘以标定系数获得盘纸实际厚度尺寸；当盘纸厚度小于设定值时，计算单元输出拼接动作信号至卷烟机，卷烟机自行启动盘纸拼接动作，完成对新旧盘纸的自动切换工作。

8、进一步，所述图像分割单元采用最小误差算法进行阈值分割，最小误差算法包括以下步骤：

9、(2.1)设目标、背景灰度值的密度分别为f1(x)、f2(x)，目标点、背景点分别占图像总点数的m与1-m，则混合概率密度f(x)为：

10、f(x)＝mf1(x)+(1-m)f2(x)  (1)

11、(2.2)选定阈值t，求中的误差概率p(t)

12、p(t)＝mp1(t)+(1-m)p2(t)    (2)

13、其中，

14、

15、(2.3)根据最小分类误差思想给出准则函数j(t)，当(t)最小时，求出最佳阈值t*；

16、j(t)＝1+2[p1(t)lnσ1(t)+p2(t)lnσ2(t)]-[p1(t)ln p1(t)+p2(t)ln p2(t)]  (4)

17、其中，

18、

19、

20、

21、

22、则最佳阈值t*为：

23、

24、进一步，所述图像边缘检测单元采用canny算子去除高斯噪声并定位盘纸边缘，canny算子去除高斯噪声并定位盘纸边缘的方法包括如下步骤：

25、(3.1)用一个高斯滤波器平滑输入图像，令f(x，y)为输入图像，g(x，y)为高斯函数，平滑后的图像fs(x，y)为：

26、fs(x，y)＝g(x，y)·f(x，y)    (10)

27、(3.2)计算图像梯度幅值和角度

28、

29、

30、其中，

31、

32、(3.3)对梯度幅值图像应用非极大值抑制；寻找最接近a(x，y)的方向dk，若m(x，y)的值大于沿dk的两个像素，则令gn(x，y)＝m(x，y)，否则，令gn(x，y)＝0(抑制)，gn(x，y)为非极大值抑制后的图像；

33、(3.4)用双阈值处理和连接分析来检测并连接边缘；使用高阈值th与低阈值tl，高阈值与低阈值比率为2:1或3:1；将小于tl的点抛弃，赋0；将大于th的点标记为边缘点，与边缘点连接且大于tl的点也标记为边缘点，赋1。

34、进一步，所述计算单位中的标定系数采用如下方法获得：

35、(4.1)用ga050-0.5棋盘格光学校正板进行标定，方格边长0.5mm，精度0.01mm；

36、(4.2)取校正板x向12个格子和y向9个格子的像素距离得到21组数据，将其平均值与0.5mm做比值得到标定系数。

37、进一步，所述图像采集单元包括工业相机、棱镜和光源；所述盘纸的前方设有与水平方向呈45°的棱镜，工业相机设置在棱镜的上方；工业相机安装有高精度微距镜头，高精度微距镜头的拍摄方向对准棱镜；所述光源设置在棱镜与盘纸之间，光源采用带柔光罩的白色led光源。

38、进一步，所述工业相机为1200万像素cmos黑白工业相机，分辨率为4096×3000pixel，工业相机的视野范围为15mm×10.5mm。

39、进一步，所述光源垂直盘纸的轴线30°-45°的角度，以对盘纸进行补光；调整光源照射角度，降低图像中塑料盘芯及金属结构件反光对检测的影响。

40、本发明的有益效果是：

41、(1)本视觉检测系统通过对盘纸剩余厚度尺寸进行实时测量，当盘纸剩余厚度小于设定值时输出换卷信号至卷烟机，由卷烟机启动盘纸换卷程序进行新旧盘纸的自动切换。通过提高盘纸剩余厚度的检测精度，降低盘纸浪费量。

42、(2)本发明采用机器视觉对盘纸尺寸检测方法进行测定，采用cmos相机与高精度微距镜头获取图像，对相机采集的图像采用中值滤波去除椒盐噪声，最小误差法进行阈值分割，canny算子去除高斯噪声并精确定位边缘。采用光学校正板进行相机标定，获取标定系数，调用open evisoin进行尺寸测量。可以对盘纸剩余厚度进行高精度测量，减少盘纸剩余量，降低盘纸消耗。

技术特征：

1.一种基于机器视觉的卷烟机盘纸换卷余量检测系统，其特征在于：包括图像采集单元、图像去噪单元、图像分割单元、图像边缘检测单元和计算单元；

2.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的卷烟机盘纸换卷余量检测系统，其特征在于，所述图像分割单元采用最小误差算法进行阈值分割，最小误差算法包括以下步骤：

3.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的卷烟机盘纸换卷余量检测系统，其特征在于，所述图像边缘检测单元采用canny算子去除高斯噪声并定位盘纸边缘，canny算子去除高斯噪声并定位盘纸边缘的方法包括如下步骤：

4.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的卷烟机盘纸换卷余量检测系统，其特征在于，所述计算单位中的标定系数采用如下方法获得：

5.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的卷烟机盘纸换卷余量检测系统，其特征在于：所述图像采集单元包括工业相机、棱镜和光源；所述盘纸的前方设有与水平方向呈45°的棱镜，工业相机设置在棱镜的上方；工业相机安装有高精度微距镜头，高精度微距镜头的拍摄方向对准棱镜；所述光源设置在棱镜与盘纸之间，光源采用带柔光罩的白色led光源。

6.如权利要求5所述的一种基于机器视觉的卷烟机盘纸换卷余量检测系统，其特征在于：所述工业相机为1200万像素cmos黑白工业相机，分辨率为4096×3000pixel，工业相机的视野范围为15mm×10.5mm。

7.如权利要求5所述的一种基于机器视觉的卷烟机盘纸换卷余量检测系统，其特征在于：所述光源垂直盘纸的轴线30°-45°的角度，以对盘纸进行补光；调整光源照射角度，降低图像中塑料盘芯及金属结构件反光对检测的影响。

技术总结
一种基于机器视觉的卷烟机盘纸换卷余量检测系统，包括图像采集单元、图像去噪单元、图像分割单元、图像边缘检测单元和计算单元；图像采集单元采集盘纸图像，图像采集单元的输出端连接图像去噪单元；图像去噪单元对图像去噪，图像去噪单元的输出端连接图像分割单元，图像分割单元对去噪后的图像进行分割；图像分割单元的输出端与图像边缘检测单元连接，图像边缘检测单元定位盘纸边缘；图像边缘检测单元的输出端与计算单元连接，计算单元计算盘纸厚度，当盘纸厚度小于设定值时，计算单元输出拼接动作信号至卷烟机。本发明对盘纸剩余量检测引入机器视觉技术，提高检测精度，降低盘纸浪费量，有助于卷烟企业朝智能化、自动化、柔性化方向发展。

技术研发人员：陆海华,舒梦,孙顺凯,陈海涛,陈思萧,沈苗杰,方闻
受保护的技术使用者：浙江中烟工业有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13