饮料瓶口视觉定位方法技术

本发明专利技术公开了一种饮料瓶口视觉定位方法，其步骤为：（１）图像采集以及预处理；（２）对预处理后的瓶口图像进行粗、细两次扫描以及采用重心法得到瓶口圆心参考坐标点；（３）通过瓶口圆心参考坐标点找到瓶口图像内边缘点，然后定位参考瓶口的圆心坐标，建立圆心坐标集合的二维直方图Ｈ↓［０］（Ｘ↓［ｒ］，Ｙ↓［ｒ］），最后采用滑动窗口定位圆心计算得到瓶口圆心的横坐标Ｘ↓［０］和纵坐标Ｙ↓［０］。本发明专利技术是一种能在高速自动化饮料灌装生产线上实现自动跟踪、快速精准定位，并能与空瓶检测设备、高速灌装设备、自动封盖与包装设备配套使用，可极大地提高饮料生产线上的自动灌装、检测分拣与包装设备自动化水平的饮料瓶口视觉定位方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及到视觉定位方法领域，特指一种基于机器视觉的高速饮料灌装生产 线上的。技术背景在现代大型高速饮料灌装生产线上，饮料的空瓶质量检测、自动灌装和封盖，要求 对瓶口精准定位。而现有生产线上的定位装置主要以机械定位为主，其精度较低，而且 定位速度慢，无法满足现代高速自动化饮料灌装生产线的要求。基于机器视觉的瓶口定 位方法有着高速度、高精度和高度智能化的特点，不仅增加了生产的柔性和自动化程度， 而且大大提高了生产的智能性和通用性，因而越来越受到重视。在现行的基于机器视觉的瓶口定位算法中，主要有三种重心法、模板匹配法和探 测圆逐步逼近法。在实际生产中，当瓶口图像受到外界噪声等因素干扰或者瓶口图像存 在较大缺口和裂纹时，定位存在一定的偏差，严重影响了饮料灌装线的生产速度，并降 低了产品的合格率。因此，饮料生产企业迫切需要一种速度快、精度高的瓶口定位新方 法。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种能在 高速自动化饮料灌装生产线上实现自动跟踪、快速精准定位，并能与空瓶检测设备、高 速灌装设备、自动封盖与包装设备配套使用，可极大地提高饮料生产线上的自动灌装、 检测分拣与包装设备自动化水平的。为解决上述技术问题，本专利技术提出的解决方案为 一种，其 特征在于步骤为(1) 、图像采集以及预处理通过高速摄像机和图像采集卡采集瓶口图像，然后把图 像送入工控机进行预处理，即对采集到的瓶口图像进行直方图均衡化处理，通过低通滤 波，以去除各亮、暗噪声目标，得到清晰的瓶口图像，并使之与背景分离开来；(2) 、确定重心先对步骤(l)中预处理后的瓶口图像进行粗略扫描，采用重心法获取粗略的瓶口圆心坐标点集合C^,，y(J,再在粗略的瓶口圆心坐标点集合(Xw,^J区域进行细扫描，再次采用重心法得到精度更高的瓶口圆心参考坐标点(Z。2,7。2);(3)、定位圆心，通过步骤(2)确定重心后，分以下三步定位瓶口圆心① 、得到瓶口图像内边缘点以上述步骤(2)中得到的瓶口圆心参考坐标点(％。2，};2)为 圆心，进行360度沿半径方向的径向扫描，搜索瓶口内边缘点，每隔a度进行一次扫描， 共进行360/a次扫描，得到360/a个内边缘点；② 、定位参考瓶口的圆心坐标在搜索到的内边缘点中，任意选取一个点A，沿逆 时钟或者顺时钟方向寻找内边缘点集合中的第二个边缘点B，每隔-度寻找一个点，把找到的360/々个点确定一个圆，得到第二个圆心坐标；依次类推，重复上述方法，将得<formula>formula see original document page 5</formula>圆心坐标，组成一个圆心坐标集合，并建立圆心坐标集合的二维直方图<formula>formula see original document page 5</formula>i/。dj」；根据搜索到的三个边缘点的坐标计算出一个参考瓶口的圆心坐标d,i;)，并在瓶口圆心的二维直方图上标记，即令仏<formula>formula see original document page 5</formula>(12)<formula>formula see original document page 5</formula>(13)<formula>formula see original document page 5</formula> 其中xi^,力W,力,"分别为找到的三个瓶口内边缘点的横坐标和纵坐标；③、用滑动窗口定位圆心利用3x3像素的滑动窗口在二维直方图上仏d，;r,;)搜 索，并通过式(i4)计算，当滑动窗口内对应的仏(z,，:r,)总和^最大时，采用加权平均法，最终使用式(15) (16)计算出瓶口圆心的横坐标X。和纵坐标y。，<formula>formula see original document page 5</formula> (14)<formula>formula see original document page 5</formula>(15)<formula>formula see original document page 6</formula> (16)其中zw和^分别为滑动窗口中心对应的横坐标和纵坐标。在瓶口图像的釆集过程中，采用环行LED作为光源照明。 与现有技术相比，本专利技术的优点就在于(1)定位速度快。首先，本专利技术采用先粗略扫描确定重心范围、再细扫描确定准确 重心的方法，縮小了对图像扫描的范围，与一般的重心法相比，提高了定位重心的速度; 其次，本专利技术采用先确定重心，然后在重心的基础上得到瓶口图像内边缘点，再定为圆 心的方法，减少了对图像扫描的次数，与探测圆逐步逼近法等方法相比，减少了运算量， 提高了定位圆心的速度。(2) 定位精度高。首先，本专利技术定位圆心的思路是先图像预处理，再找重心，然后根 据重心找到瓶口图像的圆心，因此能极大地消除定为误差，并经过多步骤实施定为，增 加了准确性；其次，本专利技术在得到瓶口图像重心后，采用先找瓶口内边缘点，再定位参 考瓶口的圆心坐标，然后采用3x3像素的滑动窗口，采用取加权平均值的方法求出准确 瓶口圆心坐标，这样保证了定位的精度，并且既是瓶口图像存在一定的缺陷，也能较高 精度的定位圆心。因此，与其他定位圆心的方法相比，本专利技术解决了在保证高速的前提 下能高精度定位瓶口圆心的问题。(3) 适用性广、移植性强。本定位方法能广泛应用于现代大型高速饮料生产线上的自 动空瓶检测、灌装和封盖包装，并且可移植到医药行业的灌装药品定位上，具有很强的 适应性，且该方法能广泛应用于啤酒、矿泉水等高速饮料自动灌装生产线，是一种具有 高度通用性和准确性的智能视觉定位方法。附图说明图1是本专利技术视觉定位方法的流程总框图2是本专利技术视觉定位方法实施例的具体流程示意图3是采用粗、细两次扫描和重心法获得瓶口图像的重心示意图4是搜索瓶口图像内边缘点的径向扫描示意图5是从候选瓶口内边缘点中找出三个点的示意图6是滑动窗口在/f。(Z,，^;)上的搜索示意图。具体实施例方式以下将结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。 如图1和图2所示，本专利技术的，其具体流程为1、图像预处理。系统采用环形LED光源照明，用高速摄像机和图像采集卡采集瓶口图像，然后把图像送入工控机进行处理。因而瓶口图像在形成、传输、接受和处理的过程中，不可避免的存在外部和内部干扰，故先需对瓶口图像进行预处理。首先对瓶口图像进行直方图均衡化处理，直方图均衡化从本质上来说就是构造一个变换函数T，通过变换函数将原图像的直方图调整为平坦的直方图，然后用此均衡直方图校正图像，从而改变图像的特性。对于数字图像，灰度级r为离散值A (k=0,l，2, ，L-l， L是灰度级的数目)。第/个 灰度级W出现的频数用"/表示，该灰度级像素对应的概率值P(r/)为W (1)式中N是一幅图像的像素总数，n'满足归一化条件。则直方图均衡化的变换函数表达式为i一' /W本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种饮料瓶口视觉定位方法，其特征在于步骤为：（１）、图像采集以及预处理：通过高速摄像机和图像采集卡采集瓶口图像，然后把图像送入工控机进行预处理，即对采集到的瓶口图像进行直方图均衡化处理，通过低通滤波，以去除各亮、暗噪声目标，得到清晰 的瓶口图像，并使之与背景分离开来；（２）、确定重心：先对步骤（１）中预处理后的瓶口图像进行粗略扫描，采用重心法获取粗略的瓶口圆心坐标点集合（Ｘ↓［０１］，Ｙ↓［０１］），再在粗略的瓶口圆心坐标点集合（Ｘ↓［０１］，Ｙ↓［０１］）区域 进行细扫描，再次采用重心法得到精度更高的瓶口圆心参考坐标点（Ｘ↓［０２］，Ｙ↓［０２］）；（３）、定位圆心，通过步骤（２）确定重心后，分以下三步定位瓶口圆心：①、得到瓶口图像内边缘点：以上述步骤（２）中得到的瓶口圆心参考坐标 点（Ｘ↓［０２］，Ｙ↓［０２］）为圆心，进行３６０度沿半径方向的径向扫描，搜索瓶口内边缘点，每隔α度进行一次扫描，共进行３６０／α次扫描，得到３６０／α个内边缘点；②、定位参考瓶口的圆心坐标：在搜索到的内边缘点中，任意选取一个点Ａ， 沿逆时钟或者顺时钟方向寻找内边缘点集合中的第二个边缘点Ｂ，每隔β度寻找一个点，把找到的３６０／β个点确定一个圆，得到第二个圆心坐标；依次类推，重复上述方法，将得到３６０／α／３６０／β个圆心坐标，组成一个圆心坐标集合，并建立圆心坐标集合的二维直方图Ｈ↓［０］（Ｘ↓［ｒ］，Ｙ↓［ｒ］）；根据搜索到的三个边缘点的坐标计算出一个参考瓶口的圆心坐标（Ｘ↓［ｒ］，Ｙ↓［ｒ］），并在瓶口圆心的二维直方图上标记，即令Ｈ↓［０］（Ｘ↓［ｒ］，Ｙ↓［ｒ］）＝Ｈ↓［０］（Ｘ↓［ｒ］，Ｙ↓［ｒ］）＋１，＊＊＊其中ｘ↓［１］，ｙ↓［１］，ｘ↓［２］，ｙ↓［２］，ｘ↓［３］，ｙ↓［３］分别为找到的三个瓶口内边缘点的横坐标和纵坐标；③、用滑动窗口定位圆心：利用３×３像素的滑动窗口在二维直方图上Ｈ↓［０］（Ｘ↓［ｒ］ ，Ｙ↓［ｒ］）搜索，并通过式（１４）计算，当滑动窗口内对应的Ｈ↓［０］（Ｘ↓［ｒ］，Ｙ↓［ｒ］）总和Ｓ↓［ｗ］最大时，采用加权平均法，最终使用式（１５）（１６）计算出瓶口圆心的横坐标Ｘ↓［０］和纵坐标Ｙ↓［０］，Ｓ↓［ｗ］＝＊Ｈｏ（ Ｘｒ，Ｙｒ）（１４）Ｘｏ＝＊［Ｈｏ（Ｘｒ，Ｙｒ）Ｘｒ］／＊Ｈｏ（Ｘｒ，Ｙｒ）（１５）Ｙｏ＝＊［Ｈｏ（Ｘｒ，Ｙｒ）Ｙｒ］／＊Ｈｏ...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王耀南，周博文，段峰，鲁娟，余洪山，张辉，刘良江，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]