一种纸杯缺陷视觉检测方法及系统装置制造方法及图纸

一种纸杯缺陷视觉检测方法及系统装置，利用与嵌入式系统连接的USB采集卡和CCD镜头实时采集纸杯图像；将图像转换为灰度图，在灰度图中利用自适应阈值分割与轮廓提取定位纸杯位置；利用边界链码提取算法定位纸杯杯口区域；利用轮廓提取与圆检测定位纸杯杯底区域，并进一步定位纸杯侧壁区域；最终生成一幅纸杯标记图，包括四个部分：纸杯杯口区域、纸杯侧壁区域、纸杯杯底轮廓区域和纸杯杯底区域，对不同区域执行相应的不同缺陷算法进行检测，本发明专利技术还提供了相应的系统装置，本发明专利技术使用的方法速度高，精确度高，可以达到纸杯工业生产要求，解决了纸杯人工缺陷检测效率低、成本高、不安全的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种纸杯缺陷视觉检测方法及系统装置
本专利技术属于机器视觉图像检测与模式识别
，涉及一种纸杯缺陷视觉检测 方法及系统装置。
技术介绍
近年来，随着图像处理与模式识别技术的飞速发展，利用图像处理算法解决实际 问题的工程项目越来越多，例如对工件产品进行尺寸测量、分类和识别，产品表面缺陷检 测，车牌号码识别，条形码识别等。我们的日常生活已经离不开纸杯，现在的纸杯生产厂生 产的缺陷纸杯是通过人工检测识别出来的，这种人工缺陷检测效率低、成本高，同时也有一 定的不安全性。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种纸杯缺陷视觉检测方 法及系统装置，解决了
技术介绍
中纸杯缺陷人工检测生产效率低、成本高、不安全性等问 题。 为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是： -种纸杯缺陷视觉检测方法，包括如下步骤： 利用与嵌入式系统相连的USB采集卡和CCD镜头实时采集纸杯图像； 将图像转换为灰度图，在灰度图中利用自适应阈值分割与轮廓提取定位纸杯位 置； 利用边界链码提取算法定位纸杯杯口区域； 利用轮廓提取与圆检测定位纸杯杯底区域，并进一步定位纸杯侧壁区域； 最终生成一幅纸杯标记图，包括四个部分：纸杯杯口区域、纸杯侧壁区域、纸杯杯 底轮廓区域和纸杯杯底区域，对不同区域执行相应的不同缺陷算法进行检测。 具体地： 对于纸杯杯口区域： 杯口区域污点缺陷利用种子生长算法检测； 杯口区域褶皱缺陷检测方法如下：定义某一像素至纸杯杯底中心的方向为该像素 的径向，提取纸杯杯口轮廓像素径向方向至少30个像素，如果这些像素灰度值会出现至少 2个波峰，则杯口区域有褶皱现象，如果只有一个波峰，则杯口区域无褶皱现象，如果没有波 峰，则杯口区域无卷口现象，无卷口是指构造纸杯的纸没有从上面翻下来，褶皱是指构造纸 杯的纸从上面翻下来构成杯口轮廓区，但是杯口轮廓区起伏不平，不圆滑。 对于纸杯侧壁区域： 侧壁区域污点缺陷利用sobel算子检测； 侧壁区域褶皱缺陷利用hough直线检测； 对于纸杯杯底轮廓区域： 杯底轮廓区域粘合不良缺陷检测方法如下：对杯底轮廓区域进行自适应阈值分 害I]，然后用sobel算子进行轮廓提取，提取后的二值图像会出现一个圆环，在算法研究过程 中发现，如果在圆环内灰度值为255的像素数目超过设定的值，则该纸杯杯底轮廓区域有 粘合不良缺陷，否则，无此缺陷； 杯底轮廓区域污点缺陷检测方法如下：对杯底轮廓区域进行sobel算子2次边缘 提取得到处理结果图，然后对结果图连通域检测，如果有连通域的面积超过给定的阈值，则 该连通域所在位置有污点，该纸杯杯底轮廓区域有污点缺陷，否则，无此缺陷； 对于纸杯杯底区域： 杯底区域污点缺陷利用sobel算子检测； 杯底区域无底缺陷检测方法如下：对纸杯杯底区域求取像素平均值，如果低于给 定的阈值，则纸杯有无底缺陷，否则，无此缺陷。 本专利技术还提供了一种实现所述检测方法的系统装置，包括： 用于拍摄纸杯5图像的(XD镜头10 ; 用于采集C⑶镜头数据的采集卡11 ; 用于承托纸杯5的环形的纸杯座4,纸杯座4当前处理纸杯孔位位于CCD镜头10 的下方； 布置于纸杯座4上用于检测纸杯5是否到位的光电传感器8 ; 嵌入式系统7,包括核心处理器ARM Cortex-A1019, USB接口 14, GPI0接口 15, 16, 18, RS485 接口 17 ; 通过USB接口 14连接采集卡11和嵌入式操作系统7,提供纸杯图像数据； 通过GPI0接口 15连接光电传感器8和嵌入式操作系统7,在嵌入式操作系统7中 执行所述各种算法； 通过GPI0接口 18连接IXD显示器3显示图像信息； 嵌入式操作系统7通过RS4S5接口（17)连接电机驱动2 ; 电机驱动2驱动伺服电机1带动纸杯底座4运转； 用于整个系统供电的模块电源6。 本专利技术系统装置还可以包括水平支架一 20、水平支架二22和竖直支架21，水平支 架一 2〇和水平支架二22均连接于坚直支架21上，水平支架二22高于水平支架一 20,所述 CCD镜头10悬挂在水平支架二22下方。 所述纸杯5和纸杯座4当前检测纸杯孔位最好位于一条中轴线上。 所述CCD镜头10上设置有环形光源9。 ' 本专利技术系统装置还可以包括用于纸杯最终分类的机械手13，通过GPI0接口 16连 接机械手13,执行纸杯最终的分类。 与现有技术相比，本专利技术充分利用图像处理与模式识别技术识别缺陷纸杯，代替 了人工检测，降低了企业生产成本，提高了企业生产效率，提升了企业的经济效益。 【附图说明】 图1是本专利技术中系统装置逻辑结构框图。 图2是本专利技术的图像处理软件平台结构框图。 图3是本专利技术中纸杯缺陷视觉检测方法流程图。 图4是本专利技术8向边界链码示意图。 【具体实施方式】 下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。 如图1所示，本专利技术一种纸杯缺陷视觉检测系统装置，包括： 由水平支架一 2〇、水平支架二22和竖直支架21组成的支架结构，水平支架一 2〇 和水平支架二22均连接于竖直支架21上，水平支架二22高于水平支架一 2〇。CCD镜头1〇 悬挂在水平支架二22下方,用于采集纸杯5图像，CCD镜头10处设置有环形光源9。u SB采 集卡11连接CCD镜头10采集图像数据，通过USB14传输至嵌入式系统7 ;纸杯座4°当前检 测孔位位于CCD镜头10的下方用于承托纸杯5 ;光电传感器8布置于纸杯座4上用于检测 纸杯5是否到位；嵌入式系统7通过GPI0接口 15连接光电传感器s，通过GPI0接口 16连 接机械手13,通过GPI0接口 I8连接LCD3,通过RS485接口 17连接电机驱动2,在嵌入式系 统7中执行各种算法。电源6为嵌入式系统7供电。 ~ 该系统装置中，光电传感器2 -直传输低电平信号至GPI0接口 15,此时不进行纸 杯缺陷检测；当检测到纸杯5到位后，将纸杯到位标志置位1，此时光电传感器8传输高电 平信号至GPI0接口 15并且持续一定的时间然后恢复低电平；嵌入式系统7中的图像处理 软件每间隔一段时间读取一次GPI0接口 15信号，如果接收到GPI0接口信号为高电平，立 即对当前采集到的纸杯图像进行缺陷算法检测，检测结果通过GPI0接口 16输出至机械手 I3,机械手I3根据接收到的信号判断纸杯是否缺陷而执行是丢弃或者存储，如果接收到的 信号为低电平，则嵌入式系统图像处理软件不进行缺陷检测。图中A表示无缺陷纸杯，B表 示缺陷纸杯，经过本装置处理后，分类摆放。 在嵌入式系统7中配置算法执行软件，如图2所示，软件框架包括：菜单栏24(文 件，相机操作，账号管理，帮助）、显示区29、参数区3〇以及消息区34。文件菜单包括开启 系统运行状态的运行25、暂停系统运行的暂停26、打印指定文档的打印27和退出图像软件 系统的退出28 ;相机操作菜单包括使得相机开始采集图像工作的打开相机和使得相机结 束采集图像工作的关闭相机；账号管理菜单包括修改软件系统登陆的用户本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纸杯缺陷视觉检测方法，其特征在于，包括如下步骤：利用与嵌入式系统相连的USB采集卡和CCD镜头实时采集纸杯图像；将图像转换为灰度图，在灰度图中利用自适应阈值分割与轮廓提取定位纸杯位置；利用边界链码提取算法定位纸杯杯口区域；利用轮廓提取与圆检测定位纸杯杯底区域，并进一步定位纸杯侧壁区域；最终生成一幅纸杯标记图，包括四个部分：纸杯杯口区域、纸杯侧壁区域、纸杯杯底轮廓区域和纸杯杯底区域，对不同区域执行相应的不同缺陷算法进行检测。

【技术特征摘要】
1. 一种纸杯缺陷视觉检测方法，其特征在于，包括如下步骤： 利用与嵌入式系统相连的USB采集卡和C⑶镜头实时采集纸杯图像； 将图像转换为灰度图，在灰度图中利用自适应阈值分割与轮廓提取定位纸杯位置； 利用边界链码提取算法定位纸杯杯口区域； 利用轮廓提取与圆检测定位纸杯杯底区域，并进一步定位纸杯侧壁区域； 最终生成一幅纸杯标记图，包括四个部分：纸杯杯口区域、纸杯侧壁区域、纸杯杯底轮 廓区域和纸杯杯底区域，对不同区域执行相应的不同缺陷算法进行检测。2. 根据权利要求1所述纸杯缺陷视觉检测方法，其特征在于：所述边界链码提取算法 中采用8向边界链码。3. 根据权利要求1所述纸杯缺陷视觉检测方法，其特征在于： 对于纸杯杯口区域： 杯口区域污点缺陷利用种子生长算法检测； 杯口区域褶皱缺陷检测方法如下：定义某一像素至纸杯杯底中心的方向为该像素的径 向，提取纸杯杯口轮廓像素径向方向至少30个像素，如果这些像素灰度值会出现至少2个 波峰，则杯口区域有褶皱现象，如果只有一个波峰，则杯口区域无褶皱现象，如果没有波峰， 则杯口区域无卷口现象； 对于纸杯侧壁区域： 侧壁区域污点缺陷利用sobel算子检测； 侧壁区域褶皱缺陷利用hough直线检测； 对于纸杯杯底轮廓区域： 杯底轮廓区域粘合不良缺陷检测方法如下：对杯底轮廓区域进行自适应阈值分割，然 后用sobel算子进行轮廓提取，提取后的二值图像会出现一个圆环，如果在圆环内灰度值 为255的像素数目超过设定的值，则该纸杯杯底轮廓区域有粘合不良缺陷，否则，无此缺 陷； 杯底轮廓区域污点缺陷检测方法如下：对杯底轮廓区域进行sobel算子2次边缘提取 得到处理结果图，然后对结果图连通域检测，如果有连通域的面积超过给定的阈值，则该连 通域所在位置有污点，该纸杯杯底轮廓区域有污点缺陷，否则，无此缺陷； 对于纸杯杯底区域： 杯底区域污点缺陷利用sobel算子检测； 杯底区域无底缺陷检测方法如下：对纸杯杯底区域求取像素平均值，如果低于给定的 阈值，则纸杯有无底缺陷，否则，无此缺陷。4. ...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩九强，王娇，吕红强，刘俊，刘瑞玲，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61