CN109946229B - 一种香烟条包智能数字双拉线检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种香烟条包智能数字双拉线检测系统及检测方法，其中系统包括微控制器和与所述微控制器相连的高速摄像头和LED光源，所述LED光源位于高速摄像头的前端且LED光源的光心与高速摄像头的光心相交，高速摄像头的中心对准基准拉线，所述微控制器包括主控CPU和与所述主控CPU相连接的存储器和LED触摸屏。采用DSP处理技术，运算速度快，处理能力强，能适应复杂算法，可准确检测各类型条包双拉线的有无或偏移；高速摄像头采用全视角图像视觉检测方式，支持多窗口应用，自由设定检测范围；触摸屏显示功能，实时显示当前产品检测的运行状态及各类运行数据。

Description

一种香烟条包智能数字双拉线检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及烟草包装质量检测技术领域，尤其涉及一种香烟条包智能数字双拉线检测系统及检测方法。

背景技术

在香烟生产过程中，包装盒外包裹了一层透明包装纸，起到密封、防潮的作用，并通过拉线便于用户拆开包装，拉线的缺失、偏离等问题，严重影响条盒香烟的质量。

目前，国内各卷烟企业对CV条包拉线的质量缺陷很重视，也相应的安装了各种条包拉线检测装置，采用简单机械原理的微动传感器方式，检测拉线的有无，无法检测拉线的偏移；在包装成形后，安装条包视觉检测装置，该类检测安装在烟包成形以后，价格高且存在漏检、误检的现象，对透明拉线检测存在明显不足；采用图像检测方法，该检测方法光源衰减较快，检测精度低、检测不够灵敏，日常维护调整较麻烦等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种香烟条包智能数字双拉线检测系统及检测方法，采用图像视觉技术，对图像全视角拍摄，检测精度通过划设窗口的形式，自由确定检测范围，满足条包双拉线工艺质量标准。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种香烟条包智能数字双拉线检测系统，包括微控制器和与所述微控制器相连的高速摄像头和LED光源，所述LED光源位于高速摄像头的前端且LED光源的光心与高速摄像头的光心相交，高速摄像头的中心对准基准拉线，所述微控制器包括主控CPU和与所述主控CPU相连接的存储器和LED触摸屏。

上述方案中，所述微控制器还包括串行解串器，连接在高速摄像头和主控CPU之间，用于将高速相机传输的串行信号转换为主控CPU识别的并行信号。

上述方案中，所述LED触摸屏上设有与拉线数量相等的检测窗口，分别检测对应拉线并显示检测数据。

上述方案中，所述微控制器还包括网络芯片，所述网络芯片与主控CPU电连接，对外连接PC机，用于将主控CPU的图像数据传输至PC机。

一种香烟条包智能数字双拉线检测方法，包括如下步骤：

S1，初始化设置，调取数据存储器数据，对窗口初始化设置，同步LED光源与高速摄像头图像采集的闪光控制；

S2，图像采集，高速摄像头配合LED光源拍摄并将采集的图像信号转换成LVDS串行信号传输；

S3，图像信号传输，LVDS串行信号经串行解串器转换成并行信号并经总线收发器传输至主控CPU；

S4，图像计算分析，主控CPU对图像拉线大小进行几何归一化处理，并将图像数据发送至LED触摸屏显示。

其中，步骤S4中，几何归一化处理的数据包括第一检测窗口数据和第二检测窗口数据，按序分别对第一检测窗口数据和第二检测窗口数据进行均值滤波并求二元熵，判定是否在设置范围内，若二元熵数值低于预设值则发送剔除信号。

上述方案中，所述二元熵的计算公式为H（X）=Σ-P(i,j)*lgP(i,j)，其中，i为当前像素灰度值，j为当前像素8邻域的均值，i和j的范围为0～255，P(i,j)为当前像素灰度值i和当前像素8邻域的均值j出现的概率，同时将当前像素灰度值和当前像素邻域的均值分段累加计算，形成大小为25*25新的二元数组。

本发明的香烟条包智能数字双拉线检测系统及检测方法，采用DSP处理技术，运算速度快，处理能力强，能适应复杂算法，可准确检测各类型条包双拉线的有无或偏移；高速摄像头采用全视角图像视觉检测方式，支持多窗口应用，自由设定检测范围；触摸屏显示功能，实时显示当前产品检测的运行状态及各类运行数据。

附图说明

图1是本发明一实施例中智能数字双拉线检测系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例中智能数字双拉线检测方法的流程图；

附图标记说明：1、高速摄像头，2、LED光源，3、微控制器，4、基准拉线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1，本发明的香烟条包智能数字双拉线检测系统，包括微控制器3和与微控制器3相连的高速摄像头1和LED光源2。其中，LED光源2位于高速摄像头1的前端且LED光源2的光心与高速摄像头1的光心相交，高速摄像头1的中心对准基准拉线4。微控制器3包括主控CPU、串行解串器、存储器和LED触摸屏，存储器和LED触摸屏分别与主控CPU电连接，串行解串器连接在高速摄像头1和主控CPU之间，用于将高速摄像头1传输的串行信号转换为主控CPU识别的并行信号。其中，存储器包括同步动态随机存储器、程序存储器、数据存储器，数据存储器用于存储窗口的设置参数，程序存储器用于存储图像处理软件程序代码，同步动态随机存储器用于存储采集的图像数据。

当待检测的条包拉线穿过高速摄像头1取景区时，LED光源2照亮拉线，高速摄像头1开始拍摄图像，当待检测的条包玻璃纸通过图像采集区域，高速摄像头1配合LED光源2完成图像采集，并采用连续拍照方式，每幅图像的采集速度为5-6ms。高速摄像头1拍摄的条包玻璃纸图像信号通过专用数据线及图像采集卡，传输至同步动态随机存储器，主控CPU通过图像处理软件对图像拉线大小进行几何归一化处理，使拉线大小一致化，并在LED触摸屏显示计算数据。

其中，LED触摸屏上设有第一检测窗口和第二检测窗口，分别检测两条拉线，如0号拉线和1号拉线，0号拉线对应设有检测值和设置值窗口，1号拉线对应设有检测值和设置值窗口；检测值用于显示当前拉线在线检测的实时数值，设置值即门槛值，为设置检测拉线的基准值，当检测值低于基准值则剔除；第一检测窗口，用于设置0号拉线的检测范围，第二检测窗口，用于设置1号拉线的检测范围，0号拉线与1号拉线的测试间距可根据实际情况设定，最大可调整至10mm。

为了使用户能够方便简洁的对系统进行操作和设置，微控制器3还包括网络芯片，网络芯片对内与主控CPU电连接，对外连接PC机，用于将主控CPU的图像数据传输至PC机，完成操作控制。

在一实施例中，高速摄像头1中的图像传感器采用PYTHON1300芯片，并采用LVDS输出，主控CPU采用ADI公司的600MHz DSP BF533芯片，串行解串器选用DS92LV1212A芯片。

主控CPU上电，调取数据存储器内数据，通过12C总线对PYTHON1300进行初始化设置，并通过内部定时器控制LED光源2的闪光速度；PYTHON1300采集图像信号并将并行信号转换为LVDS串行信号，DS92LV1212A接收PYTHON1300传输的LVDS串行信号变转化为并行信号，总线收发器将并行信号传输并传输至主控CPU的PPI接口，DSP将处理的图像数据通过串口发送至LED触摸屏，并可通过LED触摸屏进行设置。DSP也可通过网络芯片DM9000将图像数据上传至PC机，并通过PC机对DSP进行设置。

一种香烟条包智能数字双拉线检测方法，包括如下步骤：

步骤一，初始化设置，调取数据存储器数据，对窗口初始化设置，同步LED光源2与高速摄像头1图像采集的闪光控制；

步骤二，图像采集，高速摄像头1配合LED光源2拍摄并将采集的图像信号转换成LVDS串行信号传输；

步骤三，图像信号传输，LVDS串行信号经串行解串器转换成并行信号并经总线收发器传输至主控CPU；

步骤四，图像计算分析，主控CPU对图像拉线大小进行几何归一化处理，并将图像数据发送至LED触摸屏显示。

其中，步骤四中，几何归一化处理的数据包括第一检测窗口数据和第二检测窗口数据，按序分别对第一检测窗口数据和第二检测窗口数据进行均值滤波并求二元熵，判定是否在设置范围内，若数值低于预设值则发送剔除信号。二元熵的计算公式为H（X）=Σ-P(i,j)*lgP(i,j)，其中，i为当前像素灰度值，j为当前像素8邻域的均值，i和j的范围为0～255，P(i,j)为当前像素灰度值i和当前像素8邻域的均值j出现的概率，同时将当前像素灰度值i和当前像素8邻域的均值j分段累加计算，形成大小为25*25新的二元数组。

DSP上电复位，读取数据存储器内数据，通过I2C总线对PYTHON1300进行初始化设置，设置内部定时器控制LED光源2闪光，当高速摄像头1正常时，对DSP的PPI中断设置，等待PPI数据，判定是否为有效数据，当数据有效时，第一检测窗口打开，对0号拉线的采集图像进行均值滤波并求出其二元熵，当0号拉线二元熵不在设置范围内时，送出剔除信号；其次，第二检测窗口打开，对1号拉线的采集图像进行均值滤波并求出其二元熵，当1号拉线二元熵不在设置范围内时，送出剔除信号。当第一检测窗口无采集图像时，可直接进入第二检测窗口进行图像数据处理。

在一实施例中，二元熵的计算公式为：H（X）=Σ-P(i,j)*lgP(i,j)，其中，i为当前像素灰度值，范围为0~255，j为当前像素8邻域的均值，范围值为0~255，二元数组P(i,j)为当前像素灰度值i、当前像素8邻域的均值j出现的概率，数组大小为256*256。由于DSP对于数组的浮点运算太慢，每个窗口大约100毫秒以上，两个窗口即需要200毫秒以上，因此无法实现实时检测。

本发明对对二元数组进行优化，具体优化为：将当前像素灰度值0~15的概率累加至新数组P_IMG(0)中，将当前像素灰度值16~25的概率累加至新数组P_IMG(1)中，将当前像素灰度值26~35的概率累加至新数组P_IMG(2)中，以此类推，最后，将当前像素灰度值246~255的概率累加至新数组P_IMG(24)中。同样，将当前像素8邻域的均值0~15的概率累加至新数组P_AVG(0)中，将当前像素8邻域的均值16~25的概率累加至新数组P_AVG(1)中，将当前像素8邻域的均值26~35的概率累加至新数组P_AVG(2)中，以此类推，最后，将当前像素8邻域的均值246~255的概率累加至新数组P_AVG(24)中，所得新的二元数组的大小为25*25，比原数组大小缩小了100倍，即速度增加了100倍，增加了系统的实时性，提高检测速度。

本发明的香烟条包智能数字双拉线检测系统及检测方法，采用DSP处理技术，运算速度快，处理能力强，能适应复杂算法，可准确检测各类型条包双拉线的有无或偏移；高速摄像头采用全视角图像视觉检测方式，支持多窗口应用，自由设定检测范围；触摸屏显示功能，实时显示当前产品检测的运行状态及各类运行数据，达到条包双拉线工艺质量检测标准。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种香烟条包智能数字双拉线检测系统，其特征在于：包括微控制器(3)和与所述微控制器(3)相连的高速摄像头(1)和LED光源(2)，所述LED光源(2)位于高速摄像头(1)的前端且LED光源(2)的光心与高速摄像头(1)的光心相交，高速摄像头(1)的中心对准基准拉线(4)，所述微控制器(3)包括主控CPU和与所述主控CPU相连接的存储器和LED触摸屏；

所述微控制器(3)还包括串行解串器，所述串行解串器连接在高速摄像头(1)和主控CPU之间，用于将高速摄像头(1)传输的串行信号转换为主控CPU识别的并行信号；

所述LED触摸屏上设有与拉线数量相等的检测窗口，分别检测对应拉线并显示检测数据；

所述微控制器(3)还包括网络芯片，所述网络芯片与主控CPU电连接，对外连接PC机，用于将主控CPU的图像数据传输至PC机；

所述系统在检测时，执行如下步骤：

S1，初始化设置，调取数据存储器数据，对窗口初始化设置，同步LED光源(2)与高速摄像头(1)图像采集的闪光控制；

S2，图像采集，高速摄像头(1)配合LED光源(2)拍摄并将采集的图像信号转换成LVDS串行信号传输；

S3，图像信号传输，LVDS串行信号经串行解串器转换成并行信号并经总线收发器传输至主控CPU；

S4，图像计算分析，主控CPU对图像拉线大小进行几何归一化处理，并将图像数据发送至LED触摸屏显示；

其中，几何归一化处理的数据包括第一检测窗口数据和第二检测窗口数据，按序分别对第一检测窗口数据和第二检测窗口数据进行均值滤波并求二元熵，判定是否在设置范围内，若二元熵数值低于预设值则发送剔除信号；

所述二元熵的计算公式为H(X)＝Σ-P(i,j)*lgP(i,j)，其中，i为当前像素灰度值，j为当前像素8邻域的均值，i和j的范围为0～255，P(i,j)为当前像素灰度值i和当前像素8邻域的均值j出现的概率，同时将当前像素灰度值和当前像素邻域的均值分段累加计算，形成大小为25*25新的二元数组。

2.根据权利要求1所述的香烟条包智能数字双拉线检测系统，其特征在于：所述高速摄像头(1)选用型号为PYTHON1300芯片的图像传感器。