CN1710606A

CN1710606A - 一种非接触式视觉纸张计数方法和计数机

Info

Publication number: CN1710606A
Application number: CN 200410049579
Authority: CN
Inventors: 吴亚复; 袁锦海; 陈丽花; 房超; 刘凤龙; 申磊
Original assignee: SHANGHAI PAPER MONEY PRINTING HOUSE
Current assignee: SHANGHAI PAPER MONEY PRINTING HOUSE
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2005-12-21

Abstract

一种非接触式视觉纸张计数方法和计数机，将欲计数的纸张侧边形成图像条纹，每一条纹对应一张纸，然后对图像条纹进行数据处理，计算出纸张数。本发明的计数机主要包括一个用于置放欲计数纸张的图像采集机械平台；至少一摄像机，安装在图像采集机械平台的一侧，与该欲计数纸张的一侧面呈垂直；摄像机左右两侧靠近纸张处安装有照明光源；机械平台的内部下方安装一个光电传感器；一计算机，安装有图像采集卡和I/O信号接口卡；图像采集卡与摄像机相连接，I/O信号接口卡接收光电传感器的信号；由上述计数机，欲计数纸张先运动至摄像机位置时被摄取图像，然后继续运动至光电传感器位置，光电传感器发出信号，通知计算机开始控制图像采集和检测。

Description

一种非接触式视觉纸张计数方法和计数机

技术领域

本发明涉及一种非接触式视觉纸张计数方法。

本发明还涉及用于实现上述方法的一种计数机。

背景技术

目前，纸张计数都是靠机械运转及传感器计数的方式实现的，尽管机械结构不尽相同，但都需要与纸张接触。为了达到较快的计数速度，机械运转的速度都很高，此类机械方式计数存在几个严重缺陷。一是需要操作人员直接接触高速运转的机械设备，或由操作人员将纸张放置到与计数设备接触的位置，稍有疏忽会造成工伤；其次是计数时，机械设备在高速运转的情况下会产生较大的噪音，严重影响操作人员和其他在场工作人员的身体健康；此外，由于需要人工参与，并且是逐张计数，在机械高速运转的情况下，计数速度仍然是有限的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非接触式视觉纸张计数方法，该方法通过对所采集的纸张边缘图像的分析处理，计算出实际张数，从根本上克服了接触计数的缺点，计数速度和精度得以大幅度提高。

本发明的另一目的在于提供一种用于实现上述方法的计数机。

本发明提供的非接触式视觉纸张计数方法主要是将欲计数的纸张侧边形成图像条纹，每一条纹对应一张纸，然后对图像条纹进行以下步骤的数据处理：

1.条纹分割：计算图像分割阈值，将图像专换成二值图像；

2.条纹搜索：顺序搜索并确定图像中所有条纹的位置；

3.条纹细化：对所有的条纹进行细化处理，去掉噪声干扰；

4.条纹计数：通过计算条纹的个数，计算出纸张数。

本发明用于实现上述方法的计数机主要包括一个用于置放欲计数纸张的图像采集机械平台；至少一摄像机，安装在图像采集机械平台的一侧，与该欲计数纸张的一侧面呈垂直；摄像机左右两侧靠近纸张处安装有照明光源；机械平台的内部下方安装一个光电传感器；一计算机，安装有图像采集卡和I/O信号接口卡；图像采集卡与摄像机相连接，I/O信号接口卡接收光电传感器的信号；由上述计数机，欲计数纸张先运动至摄像机位置时被摄取图像，然后继续运动至光电传感器位置，光电传感器发出信号，通知计算机开始控制图像采集和检测。

附图说明

图1是本发明的图像采集部分示意图。

图2是图1中的机械平台表面结构示意图。

图3A是本发明图像采集部分采集的原始图像。

图3B和图3C是将图3A的原始图像经由本发明数据处理后的条纹图像。

图4是本发明计数机工作流程示意图。

图5是本发明计数算法流程示意图。

图6是本发明计数机的显示面示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作详细描述。

请参阅图1和图2，为本发明用于对纸张进行非接触计数机的示意图。

一个用以置放欲计数纸张7的图像采集机械平台2，其至少一侧安装有一台摄像机5，该摄像机5的镜头垂直安装在纸张7的侧面。该摄像机5上还可以配有放大镜头4。为了保证计数的准确性，本发明在机械平台2的两侧各安装一台摄像机5。由于纸张比较薄，要准确地分辨每张纸张，图像采集分辨率应能分辨出每张纸的厚度。假设每组纸张最多为500张，厚度最大是50mm左右，考虑到摄像机边缘图像的变形问题，选用分辨率为7500点的黑白线阵CCD摄像机和低变形的放大镜头4。如果取中间的5000个象素点作为有效图像，系统的采集分辨率可以达到0.01mm。在确保有足够的放大倍数的情况下，能够采集到纸边的条纹图像。

摄像机5的左右两侧靠近纸张处安装有照明光源3，本发明的照明光源要求均匀，并且保持稳定和不反光，本发明采用的是条形发光二极管(LED)照明光源。

在机械平台2的内部下方安装一个光电传感器6，它的作用是当欲计数纸张7到达检测位置时，发出开始图像采集及检测的信号。该机械平台2上还具有能使欲计数纸张7移动的传动装置，由于该传动装置已是公知技术，本发明对此不多作介绍。

一计算机1，安装有图像采集卡和I/O信号接口卡。I/O信号接口卡接收光电传感器6的信号；图像采集卡与摄像机5相连接，将摄像机5采集到的图像数据传送到计算机1中。

为了确保图像采集的精度和一致性，欲计数纸张放置在机械平台上，相对摄像机和照明光源能够按设定的速度平稳地运动，并能够给出控制图像采集的触发信号(通过光电传感器6送至计算机1)。两个摄像机5和两组LED条形照明光源3对称地安装在机械平台2两侧，它们与欲计数的纸张7之间的距离可以调节。

本发明的计数机其工作原理请结合图2，欲计数纸张7安放在初始位置a处，在机械平台2上按箭头所示的方向运动，由于导向作用会使纸张进入与其宽度相同的轨道b中继续向前运动，并使纸张对齐；当纸张继续运动至检测位置c处时，即进入摄像机5轴线对应的位置，而被摄取图像；当纸张继续运动至位置d处时，由于光电传感器6被遮挡而发出信号，通知计算机1开始控制图像采集和检测。

因为欲计数纸张是先经过摄像机再经过光电传感器，这样可以确保计算机开始图像采集时，纸张肯定已经到达检测位置。

为了保证计数的准确性，两侧的摄像机各采集一幅图像，并且在每幅图像中取多个位置同时计数，将各位置上的计数结果以及两侧的计数结果相互比较，验证计数的准确性。

由上述装置摄取到的纸张侧边条纹如图3A所示，从图3A中可以看到，一组纸张在图像中会呈现出并排的条纹图像，每一个条纹对应一张纸。通过对这些条纹的分析，就可以计算出实际的纸张数。

根据以上本发明计数机的工作原理，很容易理解机械平台2的结构可以根据需要进行变化，也可以将计数系统直接安装在流水线上，只要达到图像采集系统的要求即可。

此外，本发明的计数机当工作流程出现需要操作人员干预时，由计算机启动报警装置8发出信号。

本发明对摄取到的图像条纹进行数据处理是由计算机完成，其主要处理过程是：

1.条纹分割：计算图像分割阈值，将图像专换成二值图像；

2.条纹搜索：顺序搜索并确定图像中所有条纹的位置；

3.条纹细化：对所有的条纹进行细化处理，去掉噪声干扰；

4.条纹计数：通过计算条纹的个数，计算出纸张数。

如果采集的图像条纹不是十分理想，则步骤1先通过对图像的增强和去噪声处理，突出条纹的边界特征，然后再进行条纹分割。

如果经步骤3细化的条纹不是十分完整，则对细化处理后的条纹根据位置关系和条纹的走向进行条纹修补，形成完整的条纹图像。

本发明的装置其工作流程是：

(1)打开系统总电源后，系统状态自动检测，计算机系统检测与摄像机、传感器的连接正常后进入等待检测状态，等待开始检测信号，步骤S401；如果连接不正常则发出报警信号，请求人工干预，步骤S402；

(2)当纸张在机械平台上运动越过检测位置时，传感器因被遮挡而发出一个信号。

(3)计算机进入等待检测状态后，循环读取传感器信号；当读到传感器信号后，首先将该信号的状态清除，然后控制图像采集卡和摄像机采集图像，并将图像数据传送到计算机，步骤S403；

(4)图像采集完成后，计算机启动计数软件模块完成纸张计数，进行图像增强和去噪、图像分割、条纹搜索、条纹细化、条纹修补和条纹计数，步骤S404；

(5)将每次计算的结果进行比较，然后在将两个检测点的检测结果进行比较，确定计数结果的准确性；如果两侧图像计数的结果相同，则确认本次计数准确，步骤S405；如果不同，则发出提示信号，需要人工干预或重数，步骤S406；

(6)系统又进入等待检测状态，重复步骤S401-S406

(7)工作完成后，退出系统并关闭总电源。

本发明还设计了参数设置、视场均衡处理功能和数据库管理功能，其中系统参数可以根据不同的需求进行设置，比如可针对不同的纸张、不同的速度要求等修改系统参数，适应检测需求。

如果需要，可以使用视场均衡模块进行视场照明的归一化处理，通过阴影矫正、背景去噪等方法降低光照对图像采集的影响。

数据库管理软件模块实现对检测结果的归类和统计，特别是对不能准确检测册的情况，能够分类统计，总结误检的原因，为系统的完善提供依据。

如果需要，计数系统还可以与相关的网络相连接，将计数结果直接传送到指定位置，便于电子化管理。

本发明最终计数结果，以及系统的其它工作状态均在显示界面上显示出来，见图6，使操作人员可以及时了解系统的工作情况，并进行及时的调整。

本发明的计数机基本可实现以下性能指标

(1)每叠纸张的计数处理时间＜2s；

(2)图像采集分辨率：0.01mm；

(3)计数准确率100％；

(4)识别率小于1％；所谓识别率是指系统能够准确识别每组纸张并计算出准确张数的概率，目前可以达到99％。

(5)识别不出时，系统会给出错误提示，要求再次识别或人工数张，对应的图像能够保存备查。

下面结合图5再以一具体例子对本发明的计数算法作详细说明。需要说明的是，本领域的技术人员依据上述说明就足以能够实施本发明，因此下述具体例子不能用于限制本发明的保护范围。

以对一叠100纸进行计数的例子来说明计数算法的工作过程：

当采集到100张纸张清晰的纸边条纹后(图3A)，首先进行条纹分割，这一步主要是利用图像处理方法对条纹图像进行处理，步骤如下：

S501：利用高斯-拉普拉斯卷积函数进行平滑去噪，然后利用标准边缘提取算子，比如但不限于Sobel算子(可采用的边缘检测算子除Sobel算子外，还可用Canny算子和Laplace算子等)得到平滑后的梯度图像。在梯度图像中，拍摄到的条纹得到了增强，从而有利于分割。为了减少拍摄时的噪声影响，本发明利用二维Otsu法分割图像，这种方法与一般的全局二值化分割方法相比，由于考虑了邻域象素的相关性，鲁棒性更强。图3B是分割后的条纹图像。

S502：然后是条纹搜索定位；为了在第一步中得到的二值图像中定位出条纹位置，首先要去除分割后出现的噪声杂点，利用数学形态学中的Top-Hat变换，根据条纹长度设定阈值，将小于设定阈值的条纹去掉。然后利用标记法标记出剩余的条纹编号和位置。

S503：第三步是条纹细化；为了得到单象素的条纹图像，对定位出的条纹根据八邻域或相关原理，采用数学形态学中的距离变换作骨架化处理，得到细化后的条纹图(图3C所示)。

S504：第四步是条纹修补；根据第一步所得梯度图像中的方向信息确定单个条纹的走向，在条纹走向上对断裂的条纹进行修补，形成完整的条纹图像。

S505：第五步是条纹计数；在修补后的细化条纹图像中，再次利用标签法对细化条纹重新进行编号，从而得到条纹的个数，条纹的个数就是这一叠纸张实际的张数。

Claims

1.一种非接触式视觉纸张计数方法，将欲计数的纸张侧边形成图像条纹，每一条纹对应一张纸，然后对图像条纹进行以下步骤的处理：

a)条纹分割：计算图像分割阈值，将图像专换成二值图像；

b)条纹搜索：顺序搜索并确定图像中所有条纹的位置；

c)条纹细化：对所有的条纹进行细化处理，去掉噪声干扰；

d)条纹计数：通过计算条纹的个数，计算出纸张数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a是先对图像进行增强和去噪声处理，突出条纹的边界特征，然后再进行条纹分割。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c后再对经过细化的条纹根据位置关系和条纹的走向进行条纹修补，形成完整的条纹图像。

4.一种实现权利要求1所述方法的计数机，包括：

一个用于置放欲计数纸张的图像采集机械平台；

至少一摄像机，安装在图像采集机械平台的一侧，与该欲计数纸张的一侧面呈垂直；

摄像机左右两侧靠近纸张处安装有照明光源；

机械平台的内部下方安装一个光电传感器；

一计算机，安装有图像采集卡和I/O信号接口卡；图像采集卡与摄像机相连接，I/O信号接口卡接收光电传感器的信号；

由上述计数机，欲计数纸张先运动至摄像机位置时被摄取图像，然后继续运动至光电传感器位置，光电传感器发出信号，通知计算机开始控制图像采集和检测。

5.如权利要求4所述的计数机，其特征在于，所述欲计数纸张的两侧均安装有摄像机。

6.如权利要求4或5所述的计数机，其特征在于，所述摄像机为线阵或面阵CCD摄像机，并配有放大镜头。

7.如权利要求4或5所述的计数机，其特征在于，所述摄像机与欲计数纸张之间的距离是可调的。

8.如权利要求4所述的计数机，其特征在于，所述照明光源为条形发光二极管同轴照明光源。

9.如权利要求4或8所述的计数机，其特征在于，所述照明光源与欲计数纸张之间的距离是可调的。

10.如权利要求4所述的计数机，其特征在于，所述图像采集机械平台上设置有与欲计数纸张相同宽度的平行轨道。