基于機(jī)器視覺(jué)的香煙條包檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

江能 戴慶

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與科學(xué)水平的不斷進(jìn)步，極大地提高了人類的物質(zhì)生活水平。目前香煙條包在香煙銷售過(guò)程中是一個(gè)必檢的環(huán)節(jié)，以此提高消費(fèi)者的滿意度。而機(jī)器視覺(jué)技術(shù)與檢測(cè)系統(tǒng)的有效結(jié)合，能夠從根本上解決香煙條包的外觀問(wèn)題，避免了傳統(tǒng)的檢測(cè)缺陷。本文基于機(jī)器視覺(jué)的香煙條包檢測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，研究香煙條包檢測(cè)過(guò)程，提高檢測(cè)的精度，擴(kuò)大應(yīng)用的范圍。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺(jué);香煙條包;檢測(cè)系統(tǒng);應(yīng)用

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的全球化進(jìn)程不斷推進(jìn)，進(jìn)一步提高香煙的消費(fèi)水平，滿足居民不同層次的消費(fèi)水平，香煙的制造與生產(chǎn)也逐漸朝著不同方向去發(fā)展，不斷地完善人們對(duì)于生活物質(zhì)的需求。香煙作為消費(fèi)品，其外觀不言而喻，其外觀的好壞直接決定著香煙條包的價(jià)值。如果香煙的外觀出現(xiàn)缺失或者遺漏的情況，一旦流入市場(chǎng)，勢(shì)必會(huì)對(duì)企業(yè)的聲譽(yù)造成嚴(yán)重的影響，因此為了完善香煙的檢測(cè)過(guò)程，勢(shì)必需要對(duì)香煙的條包的外觀進(jìn)行檢測(cè)，以此提高香煙產(chǎn)品的質(zhì)量，減小香煙銷售對(duì)企業(yè)的不良影響。

對(duì)于香煙條包的外觀檢測(cè)，目前有很多方法能夠檢測(cè)其是否完好。早些年主要依靠操作人員的人眼對(duì)香煙的外觀進(jìn)行檢查與判斷，排除香煙外觀的缺陷與不足，該方法存在較大的弊端，不利于香煙制造的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，也得不到消費(fèi)者的認(rèn)可。

為了進(jìn)一步提升香煙條包外觀的檢測(cè)精度，本文采用基于機(jī)器視覺(jué)的檢測(cè)系統(tǒng)。機(jī)器視覺(jué)是將光學(xué)、圖像處理、先進(jìn)制造技術(shù)等科技集于一體，有機(jī)地形成一個(gè)新的學(xué)科，通過(guò)應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)與機(jī)械系統(tǒng)構(gòu)建成了檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)香煙條包的外觀情況進(jìn)行很好識(shí)別，以此提高香煙的檢測(cè)過(guò)程和精度，降低操作人員的體力勞動(dòng)，避免了人為因素導(dǎo)致的失誤，提高了香煙條包的外觀檢測(cè)生產(chǎn)效率。

1 機(jī)器視覺(jué)的工作原理

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器視覺(jué)也變得越來(lái)越成熟，廣泛應(yīng)用于航空航天、深海探測(cè)、自動(dòng)化流水生產(chǎn)線和顯微醫(yī)療器具等領(lǐng)域。伴隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能的發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)的理論框架已趨于成熟。機(jī)器視覺(jué)是以計(jì)算機(jī)作為應(yīng)用的載體，通過(guò)模擬仿真人類的視覺(jué)行為模式，捕獲、處理并分析客觀事物的圖像信息，并將獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果投入實(shí)際的檢測(cè)和控制過(guò)程中。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)橥饨缭蚨艿郊s束，避免了操作人員的體力勞動(dòng)而出現(xiàn)的失誤，其檢測(cè)精度有較好的提高，完全實(shí)現(xiàn)了信息化、自動(dòng)化和智能化的水平，為香煙的制造和發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，更好地滿足了消費(fèi)者基本需求。

2 機(jī)器視覺(jué)的組成

機(jī)器視覺(jué)作為新型的技術(shù)，被人們應(yīng)用在不同的領(lǐng)域，該技術(shù)具有綠色環(huán)保、無(wú)污染等特點(diǎn)，為我國(guó)的工業(yè)自動(dòng)化的提升帶來(lái)新的動(dòng)力。通過(guò)運(yùn)用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，能夠?qū)ο銦煑l包的外觀進(jìn)行精確的檢測(cè)，這樣為香煙的制造奠定良好的基礎(chǔ)。可將香煙條包的外觀檢測(cè)系統(tǒng)大致分為CCD工業(yè)相機(jī)、照明系統(tǒng)、圖像采集卡、工控機(jī)等部分，每個(gè)部分的介紹如下：

（1）工控機(jī)

工控機(jī)主要采用的西門子的品牌，通過(guò)多次的編寫與修改軟件程序，有效地將裝封箱機(jī)的人機(jī)操作界面和香煙條包視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)融合在一起，為操作人員提供了一個(gè)更加簡(jiǎn)潔和方便的人機(jī)交互界面。與此同時(shí)，配置相對(duì)較高的硬件，CPU和內(nèi)存也需要提供較好的性能，為運(yùn)算速度和儲(chǔ)存打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（2）圖像采集卡

圖像采集卡是機(jī)器視覺(jué)整個(gè)體系中比較重要的一部分，在識(shí)別物體的過(guò)程中，起著非常重要的作用。圖像采集卡是利用攝像機(jī)是以目標(biāo)物出現(xiàn)為信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的抓拍，并對(duì)圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的預(yù)處理，然后經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，并將其存放在圖像存儲(chǔ)單元中，最后由計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)其進(jìn)行讀取，達(dá)到圖像分析與處理的目的。

（3）CCD 工業(yè)相機(jī)

對(duì)于圖像的采集，需要選用一臺(tái)千兆以太網(wǎng)高速紅外工業(yè)相機(jī)，以此來(lái)保障每個(gè)圖像的精度，為計(jì)算機(jī)的圖像處理提供更多有價(jià)值的信息，更好的保障檢測(cè)的檢測(cè)精度。

（4）照明系統(tǒng)

在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)與煙條檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，除了需要考慮硬件部分、軟件環(huán)境和算法以及機(jī)械部分以外，還需要對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。由于光照直接影響著圖像采集的質(zhì)量和品質(zhì)，能夠讓圖像采集卡采取到更多信息，簡(jiǎn)化圖像處理的算法，降低了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算量。

3 香煙條包檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

對(duì)于檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，主要包括煙條的拉線、端面、透明紙和表面圖案進(jìn)行檢測(cè)，其實(shí)現(xiàn)的流程如下：

（1）煙條拉線的檢測(cè)

煙條的拉線能夠方面用戶打開(kāi)，其拉線的合格與否直接關(guān)系到用戶的滿意度，因此有必要對(duì)香煙上的拉線進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)香煙的灰度圖像進(jìn)行預(yù)處理后，再經(jīng)過(guò)圖像像素的灰度值采用閾值化的方法，對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理之后，拉線的邊界能夠完美的呈現(xiàn)，可以清楚地區(qū)分出拉線區(qū)域的位置。

（2）煙條端面與透明紙的檢測(cè)

煙條端面是由透明紙進(jìn)行多次的折疊來(lái)到達(dá)封口的目的，而對(duì)于煙條端面和透明紙的檢測(cè)也是一個(gè)至關(guān)重要的檢測(cè)工藝。由于折疊的透明紙?jiān)诠饩€的照射下往往會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的反射，被采集的圖像一旦過(guò)渡的曝光，其噪聲也會(huì)隨之增加，對(duì)機(jī)器視覺(jué)的識(shí)別出現(xiàn)較大的干擾，不利于圖像的采集。因此，有必要對(duì)煙條的圖像進(jìn)行噪聲的去除，一般會(huì)以高斯濾波為基礎(chǔ)，然后采用特定的閾值對(duì)被采集的圖像進(jìn)行二值化處理，再將煙條的端面與折疊紙的輪廓圖案進(jìn)行提取，以此判斷出煙條的端面與折疊紙的工藝能否到達(dá)合格的要求。

（3）煙條表面圖案的檢測(cè)

很多煙廠在香煙的制造過(guò)程中，需要對(duì)其進(jìn)行包裝，增加美觀和防偽等附加值，常常需要在煙條上印刷具有特色的圖案，以此來(lái)提高消費(fèi)者對(duì)不同香煙的滿意度。對(duì)于煙條表面圖案的檢測(cè)主要采用一種灰度統(tǒng)計(jì)的方法，根據(jù)直方圖的特性來(lái)判斷圖像的質(zhì)量。

4總結(jié)

機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用與發(fā)展必將成為一個(gè)新的發(fā)展領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)與工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的完美結(jié)合，能夠提高工業(yè)自動(dòng)化的生產(chǎn)水平和效率，保障其精度和質(zhì)量，后期也便于維護(hù)和監(jiān)測(cè)。伴隨著檢測(cè)系統(tǒng)和視覺(jué)系統(tǒng)硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，逐步提升了控制系統(tǒng)功能性能與精度。本文通過(guò)利用機(jī)器視覺(jué)的方式來(lái)優(yōu)化香煙條包檢測(cè)系統(tǒng)，來(lái)提高香煙條包的檢測(cè)精度，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度和失誤率，對(duì)提高煙草行業(yè)監(jiān)測(cè)效率，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

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