一种基于机器视觉的试纸分拣系统及分拣方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于机器视觉的试纸分拣系统及分拣方法，包括：输送装置、暗箱、摄像机、分拣装置、照明设备、控制器；分拣方法主要包括图像采集、图像预处理、倾斜校正、模板匹配、图像识别以及分拣等步骤。本发明专利技术能够实现生产线上试纸的自动检测和分拣，从而大大提高分拣的效率和准确率，同时降低生产成本。

A paper sorting system and method based on machine vision

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的试纸分拣系统及分拣方法
本专利技术涉及机器视觉领域，尤其涉及一种基于机器视觉的试纸分拣系统及分拣方法。
技术介绍
在试纸的生产过程中，通常需要将试纸按照一定的顺序装在试纸袋或试纸盒中。对于放错顺序的试纸袋或试纸盒，主要是通过人工方式进行检查和分拣，人工方式存在以下缺点：有些试纸之间的差别很小，需要工人具有熟练的操作技巧；试纸的尺寸和上面印刷的文字通常很小，工人容易眼睛疲劳从而出错；一袋或一盒试纸通常装有很多片试纸，工人很难迅速检查完一袋或一盒试纸，因此通常需要大量工人，从而提高了生产成本。随着计算机应用技术的发展和智能工厂的建设，越来越多的工厂选择用机器来代替人工，尤其是机械性、重复性的工作。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有人工分拣效率低下和准确率不高等问题，提供一种基于机器视觉的试纸分拣系统及方法。根据本专利技术的一个方面，为了实现上述目的，本专利技术的基于机器视觉的试纸分拣系统采用如下技术方案：一种基于机器视觉的试纸分拣系统，包括：输送装置、暗箱、摄像机、分拣装置、照明设备、控制器；所述输送装置包括输送皮带、步进电机和支架，用于承载和输送试纸袋或试纸盒，通过步进电机在所述控制器的控制下处于匀速运转或停止状态；所述暗箱包括箱体和支架，箱体通过支架固定于所述输送装置上方，箱体内壁涂有漫反射涂料，用于将照明设备的光变为面光源，使光线均匀化，可以消除眩光或光斑，提高显色性；所述摄像机为彩色工业相机，包括机身、镜头和支架，通过支架固定于所述暗箱顶部中心位置，用于采集所述输送装置上试纸袋或试纸盒的图像；所述照明设备为COB光源，包括LED芯片和金属基板，位于所述暗箱内部，用于给所述摄像机提供合适的光照环境；所述输送装置处于匀速运转状态时，所述摄像机不断采集并传输图像到所述控制器，当所述控制器通过采集到的图像检测到有试纸袋或试纸盒进入到可拍摄区域时，使所述输送装置处于停止状态，并保存此时所述摄像机采集到的试纸袋或试纸盒的图像用于后续确定试纸条的摆放顺序，然后使所述输送装置处于匀速运转状态。所述分拣装置包括吸盘、真空压缩机、机械臂、步进电机和支架，通过支架固定于所述输送装置上方、所述暗箱后方；所述吸盘安装在所述机械臂前端，可以通过所述真空压缩机吸附位于所述输送装置上的试纸袋或试纸盒；所述机械臂安装在所述支架上，可以通过步进电机在所述控制器的控制下移动，用于分拣输送装置上放错顺序的试纸袋或试纸盒；所述控制器通过控制所述输送装置完成试纸袋或试纸盒的输送任务，通过控制所述摄像机进行图像处理与识别等任务，通过控制所述分拣装置进行试纸袋或试纸盒的分拣任务。优选地，所述控制器采用基于ARM架构的处理器，带有串口、USB和以太网等接口。优选地，所述输送装置匀速运转时的速度为5～200mm/s。优选地，所述暗箱的箱体为棱长在100～1500mm范围内的不透光长方体，优选地，暗箱底部与所述输送装置的距离小于500mm。优选地，所述摄像机的镜头焦距为2.8～12mm，通过支架安装在所述暗箱顶部中心位置，通过USB接口或网口与所述控制器相连，完成图像的采集与传输功能。优选地，所述通过图像检测试纸袋或试纸盒是否进入到可拍摄区域的算法，主要包括如下步骤：步骤1：通过图像灰度化和二值化算法将图像分为前景区域(试纸袋或试纸盒)和背景区域，利用开运算和闭运算等形态学滤波算法去除图像中的噪点；步骤2：通过连通域算法寻找前景区域的轮廓以及属于前景区域的像素点，并计算前景区域的面积；步骤3：如果前景区域的轮廓与图像的边界不相交并且前景区域的面积大于设定的阈值，则认为该图像中存在一个完整的试纸袋或试纸盒的区域，即可判定检测到试纸袋或试纸盒进入到可拍摄区域。步骤4：若检测到试纸袋或试纸盒进入到可拍摄区域，进一步找到前景区域的中心点与图像中心点之间的水平像素距离Δd′x(单位：像素)和垂直像素距离Δd′y(单位：像素)。由于所述摄像机与所述输送装置之间的距离是固定且已知的，因此可以通过标定计算出图像中的像素距离与所述输送装置上实际距离的映射关系：dreal＝f(dpixel)其中，dpixel是像素距离，dreal是实际距离。通过该映射关系便可计算出试纸袋或试纸盒与所述摄像机之间的水平实际距离Δdx(单位：mm)和垂直实际距离Δdy(单位：mm)，用于后续所述分拣装置确定试纸袋或试纸盒在所述输送装置上的位置。优选地，所述照明设备采用多个COB光源以所述摄像头为中心对称安装于所述暗箱顶部。优选地，所述分拣装置的吸盘采用直径小于150mm的圆形吸盘。优选地，所述吸盘与所述摄像机之间的水平距离记为d0(单位：mm)，当试纸袋或试纸盒被判定为试纸摆放顺序错误时，可以通过Δdx和Δdy计算出该试纸袋或试纸盒与所述分拣装置之间的水平和垂直距离：dx＝d0+Δdxdy＝Δdy得到dy之后，所述控制器通过步进电机控制所述分拣装置的圆形吸盘在垂直于所述输送装置的方向上移动dy距离，并在所述输送装置将试纸袋或试纸盒移动dx距离之后通过控制所述真空压缩机、所述机械臂将该试纸袋或试纸盒分拣出来。优选地，所述控制器采用基于ARM架构的处理器，带有串口、USB和以太网等接口。所述基于机器视觉的试纸分拣系统的分拣方法主要包括图像采集、图像预处理、倾斜校正、模板匹配、图像识别以及分拣等步骤。根据本专利技术的另一个方面，为了实现上述目的，本专利技术的基于机器视觉的试纸分拣系统的分拣方法采用如下技术方案：基于机器视觉的试纸分拣系统的分拣方法，所述方法包括如下步骤：步骤1：采集一张或多张顺序正确的试纸袋或试纸盒图像作为标准模板图像，并用图像预处理算法对标准模板图像进行预处理，保存预处理后的标准模板图像；步骤2：采集输送装置上待检测试纸袋或试纸盒的图像，利用图像预处理算法进行预处理；步骤3：对预处理后的试纸袋或试纸盒图像，利用倾斜校正算法对图像进行旋转，保证图像中的试纸处于水平或垂直方向；步骤4：对倾斜校正后的试纸袋或试纸盒图像，利用图像分割算法提取每一片试纸所在的区域，从而分割出每一片试纸的子图像；步骤5：对步骤4中提取到的每一片试纸的子图像，利用模板匹配算法依次和步骤1中保存的标准模板图像进行匹配；通过匹配可以确定每一个子图像中试纸的类别，从而确定待检测试纸袋或试纸盒中试纸的摆放顺序；步骤6：对于摆放顺序和标准模板图像不同的试纸袋或试纸盒，利用分拣装置将其拣出。优选地，所述步骤3中的倾斜校正算法，首先采用灰度化和二值化算法将图像分为前景区域(试纸袋或试纸盒)和背景区域，利用开运算和闭运算等形态学滤波算法去除图像中的噪点；然后利用连通域算法寻找前景区域的轮廓，并寻找该轮廓对应的最小外接矩形；找到前景区域对应的最小外接矩形后，可以计算出该矩形的边相对于图像的旋转角度θ，将图像旋转θ角度后可以使得图像中的试纸处于水平或垂直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉的试纸分拣系统，其特征在于，包括：输送装置(1)、暗箱(2)、摄像机(3)、分拣装置(4)、照明设备(5)、控制器；/n所述输送装置(1)包括输送皮带、步进电机和支架，用于承载和输送试纸袋或试纸盒，通过步进电机在所述控制器的控制下处于匀速运转或停止状态；/n所述暗箱(2)包括箱体和支架，箱体通过支架固定于所述输送装置(1)上方，箱体内壁涂有漫反射涂料，用于将照明设备(5)的光变为面光源，使光线均匀化；/n所述照明设备(5)为COB光源，包括LED芯片和金属基板，位于所述暗箱内部，用于给所述摄像机提供合适的光照环境；/n所述摄像机为彩色工业相机，包括机身、镜头和支架，通过支架固定于所述暗箱顶部中心位置，用于采集所述输送装置上试纸袋或试纸盒的图像；/n所述输送装置处于匀速运转状态时，所述摄像机不断采集并传输图像到所述控制器，当所述控制器通过采集到的图像检测到有试纸袋或试纸盒进入到可拍摄区域时，使所述输送装置处于停止状态，并保存此时所述摄像机采集到的试纸袋或试纸盒的图像用于后续确定试纸条的摆放顺序，然后使所述输送装置处于匀速运转状态；/n所述分拣装置(4)包括吸盘、真空压缩机、机械臂、步进电机和支架，通过支架固定于所述输送装置(1)上方、所述暗箱(2)后方；所述吸盘安装在所述机械臂前端，可以通过所述真空压缩机吸附位于所述输送装置(1)上的试纸袋或试纸盒；所述机械臂安装在所述支架上，可以通过步进电机在所述控制器的控制下移动，用于分拣输送装置(1)上放错顺序的试纸袋或试纸盒。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的试纸分拣系统，其特征在于，包括：输送装置(1)、暗箱(2)、摄像机(3)、分拣装置(4)、照明设备(5)、控制器；
所述输送装置(1)包括输送皮带、步进电机和支架，用于承载和输送试纸袋或试纸盒，通过步进电机在所述控制器的控制下处于匀速运转或停止状态；
所述暗箱(2)包括箱体和支架，箱体通过支架固定于所述输送装置(1)上方，箱体内壁涂有漫反射涂料，用于将照明设备(5)的光变为面光源，使光线均匀化；
所述照明设备(5)为COB光源，包括LED芯片和金属基板，位于所述暗箱内部，用于给所述摄像机提供合适的光照环境；
所述摄像机为彩色工业相机，包括机身、镜头和支架，通过支架固定于所述暗箱顶部中心位置，用于采集所述输送装置上试纸袋或试纸盒的图像；
所述输送装置处于匀速运转状态时，所述摄像机不断采集并传输图像到所述控制器，当所述控制器通过采集到的图像检测到有试纸袋或试纸盒进入到可拍摄区域时，使所述输送装置处于停止状态，并保存此时所述摄像机采集到的试纸袋或试纸盒的图像用于后续确定试纸条的摆放顺序，然后使所述输送装置处于匀速运转状态；
所述分拣装置(4)包括吸盘、真空压缩机、机械臂、步进电机和支架，通过支架固定于所述输送装置(1)上方、所述暗箱(2)后方；所述吸盘安装在所述机械臂前端，可以通过所述真空压缩机吸附位于所述输送装置(1)上的试纸袋或试纸盒；所述机械臂安装在所述支架上，可以通过步进电机在所述控制器的控制下移动，用于分拣输送装置(1)上放错顺序的试纸袋或试纸盒。


2.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的试纸分拣系统，其特征在于，
所述通过图像检测试纸袋或试纸盒是否进入到可拍摄区域的算法，包括如下步骤：
步骤1：通过图像灰度化和二值化算法将图像分为前景区域和背景区域，利用开运算和闭运算等形态学滤波算法去除图像中的噪点，前景区域被视为试纸袋或试纸盒；
步骤2：通过连通域算法寻找前景区域的轮廓以及属于前景区域的像素点，并计算前景区域的面积；
步骤3：如果前景区域的轮廓与图像的边界不相交并且前景区域的面积大于设定的阈值，则认为该图像中存在一个完整的试纸袋或试纸盒的区域，即可判定检测到试纸袋或试纸盒进入到可拍摄区域。
步骤4：若检测到试纸袋或试纸盒进入到可拍摄区域，进一步找到前景区域的中心点与图像中心点之间的水平像素距离Δd′x(单位：像素)和垂直像素距离Δd′y(单位：像素)，计算出图像中的像素距离与输送装置(1)上实际距离的映射关系：
dreal＝f(dpixel)
其中，dpixel是像素距离，dreal是实际距离；通过该映射关系计算出试纸袋或试纸盒与摄像机(3)之间的水平实际距离Δdx(单位：mm)和垂直实际距离Δdy(单位：mm)，用于后续分拣装置(4)确定试纸袋或试纸盒在输送装置(1)上的位置。


3.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶炜，刘涛，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33