CN103292746A - 一种基于计算机视觉的烟用接装纸烫印面积自动测定装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于计算机视觉的烟用接装纸烫印面积自动测定装置，其特征在于：包括机架外壳、图像采集***、图像处理模块、信息处理模块以及设置在图像采集***下方的样品夹持机构。该测定装置利用计算机视觉技术，通过采集不同照明方式下的样品图像，经过必要的图像预处理和图像分析，将两幅图像相减实现烫印区域的提取，从而实现烫印面积的测量。本发明的优点及使用效果在于：为烟用接装纸烫印面积测量提供了一种自动化测定手段，大幅提高了检测效率，减少了人工测量时引入的人为误差，提高了检测精度，智能、高效，可以实现烫印面积的快速、准确测量，解决了烟用接装纸质量检测中的实际问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于计算机视觉的烟用接装纸烫印面积自动测定装置。
背景技术
近年来，由于卷烟工业的飞速发展和人民生活水平的提高，烟草行业对产品安全质量检测提出了更高的要求。目前烟用接装纸在生产加工过程中广泛采用烫印工艺，而烫印所使用的原材料普遍含有重金属类有毒物质。为控制有毒物质含量，烟用接装纸烫印面积逐渐成为烟草质量检测机构和卷烟厂质量控制部门的必检项目。本发明也是基于计算机视觉技术，开发了一种用于烟用接装纸烫印面积自动化测定装置。
不仅在烟草行业，在与纸张相关的众多行业里，纸张烫印面积也是常见的检测指标。经调研目前尚未有烫印面积测量方法的国家及行业标准，目前行业内普遍采用的方法是采用高分辨率相机对待测纸张进行拍照，然后利用Photoshop、ImageJ等软件进行进一步处理以获取相关数据。以计算机视觉技术为测量方法的自动化检测方法尚未见报导。
发明内容
本发明的目的正是基于上述现有技术状况而提供的一种基于计算机视觉的烟用接装纸烫印面积自动测定装置。该测定装置利用计算机视觉技术，通过采集不同照明方式下的样品图像，经过必要的图像预处理和图像分析，将两幅图像相减实现烫印区域的提取，从而实现烫印面积的测量。
本发明所基于的计算机视觉技术，主要包括计算机技术、数字成像技术，图像处理技术，图像分析技术、图像测量技术。该技术将输入的待测图像，经过一系列加工处理，及信息提取，输出用户感兴趣的信息，以达到测量的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于计算机视觉的烟用接装纸烫印面积自动测定装置，包括机架外壳、图像采集***、图像处理模块、信息处理模块以及设置在图像采集***下方的样品夹持机构；
所述机架外壳为整个装置提供支撑并为图像采集***提供封闭光环境；
所述图像采集***包括CCD相机、成像镜头、照明光源。
所述图像处理模块从图像采集***接收数字图像进行滤波降噪处理、图像相差处理后传输给信息处理模块最终输出测定结果；
所述样品夹持机构包括测试样品的载物平台和夹紧装置。
图像采集***中的照明光源包括顶光源和侧光源，所述顶光源由同轴光源和圆顶光源组成，组合后的光源能够为视场提供小入射角的照明光线，包括入射角为零的同轴光线，用于强化烫印区域的镜面反射特性，所述侧光源由位于视场两侧的两条线性光源组成，为视场提供近90度的大入射角照明光线用于弱化烫印区域的镜面反射特性。通过设置光源的开闭状态，可以让成像装置捕捉到接装纸烫印区域的镜面反射效果和漫反射效果。
所述载物平台为升降式结构，夹紧装置固定在载物平台的底座上，夹紧装置由三组呈平行设置的电磁铁、压条组成，压条通过电磁铁的控制实现对载物台上测试样品纸张的下压和绷紧。
本发明中所述的信息处理模块指在封闭光环境下采集不同照明方式下的图像，将两者数据做减法运算得到定量值。该模块还用于保存和查询测量结果、编号、等试样信息，其主要功能通过软件编程实现。
本发明的工作原理如下：烫印区域与非烫印区域对光线具有不同的反射能力，前者具有镜面反射特性，后者为漫反射特性。本发明通过产生漫反射效果的照明光线（开启图3中的6，关闭4和5）和镜面反射效果的照明光线（开启图3中的4和5，关闭6）两种方式照明样品，分别成像，两幅图像中烫印区域表现出明显差异，利用该差异，将两幅图像相减，实现该区域的提取。
本发明的工作步骤如下：
开启本装置电源，启动测量软件，双手将待测试样两端拉至张紧状态，水平置于载物板上；***通过光电探测器，检测到试样的放入，控制电磁铁通电，压片下压，实现样品固定；开启产生漫反射效果的光源（开启图3中的6，关闭4和5），软件采集该照明条件下的图像；开启产生镜面反射效果的光源（开启图3中的4和5，关闭6），软件自动采集光照条件下图像；软件对两幅图像进行相减运算和其他必要的前、后期处理，得到烫印面积数值；测量完成后，电磁铁断电，压片升起，取出试样，关闭装置电源。
本发明的优点及使用效果在于：为烟用接装纸烫印面积测量提供了一种自动化测定手段，大幅提高了检测效率，减少了人工测量时引入的人为误差，提高了检测精度，智能、高效。该技术用于烟用接装纸烫印面积测量时，通过编程和必要的人为干预，可以实现烫印面积的快速、准确测量，解决了烟用接装纸质量检测中的实际问题。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
图2是控制***示意图。
图3是本发明整体结构示意图。
图4为图像采集***中的光源照明单元的结构视图。
图5为样品夹持机构的结构示意图
图3、4、5中标号如下：1支架，2 CCD相机，3镜头，4同轴光源，5圆顶光源，6 线性光源，7待测试样，8电磁铁，9载物台，10压片，11升降机构。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动和修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1-5所示：一种基于计算机视觉的烟用接装纸烫印面积自动测定装置，包括机架外壳、图像采集***、图像处理模块、信息处理模块以及设置在图像采集***下方的样品夹持机构，
所述机架外壳为整个装置提供支撑并为图像采集***提供封闭光环境；
所述图像采集***包括CCD相机、成像镜头、照明光源。所述照明光源参见图4：包括顶光源和侧光源，所述顶光源由同轴光源4和圆顶光源5组成，组合后的光源能够为视场提供小入射角的照明光线，包括入射角为零的同轴光线，用于强化烫印区域的镜面反射特性，所述侧光源由位于视场两侧的两条线性光源6组成，为视场提供近90度的大入射角照明光线用于弱化烫印区域的镜面反射特性。
所述图像处理模块从图像采集***接收数字图像进行滤波降噪处理、图像相差处理后传输给信息处理模块最终输出测定结果；
所述样品夹持机构包括测试样品的载物平台和夹紧装置，所述载物平台为升降式结构，夹紧装置固定在载物平台的底座上，夹紧装置由三组呈平行设置的电磁铁8、压片10组成，压条通过电磁铁的控制实现对载物台9上待测试样7纸张的下压和绷紧。
本发明中的信息处理模块如图1所示。CCD相机为本测量***的图像采集装置，通过该装置可以获取待测样品的数字图像，采集到的数字图像通过以太网接口传输到图像处理模块。图像处理模块接收到数字图像，经过必要的滤波去噪，二值化等图像处理算法，获得待测样品的二值化图像，从二值化图像中计算出待测样品对应的像素个数。图像处理模块包含相机标定程序，可以标定单个像素对应视场的实际尺寸。在图像处理模块中用待测样品对应的像素个数乘以单个像素对应视场的实际尺寸，即可获得待测样品图像对应的实际尺寸，实现了通过图像法测量待测样品的面积。信息处理模块负责采集图像处理模块的输出结果，并控制照明光源和夹持装置，是测量***的中心枢纽，由该模块控制自动化测量的各个环节，并由该模块输出测量结果。
本发明中的电路控制结构如图2所示。***由24 V直流电源供电，经电源转换模块供CPU控制模块工作。输入部分光电开关判断纸张是否到达夹紧位置，光灵敏度调节旋钮用于不同厚度纸张的光电开关的灵敏度调节，按键用于手动控制夹紧电磁铁的夹紧与松弛。通讯部分由串口与上位机连接，上发控制部分的动作信息，接收上位机指令，实现夹紧电磁铁的夹紧与松弛及切换光源的目的。输出部分夹紧电磁铁驱动模块控制夹紧电磁铁将纸张夹紧与松弛，光源控制驱动模块控制镜面光源与漫反射光源之间的切换，蜂鸣器在光电开关导通时给予用户提示。
机架1用于固定CCD相机2，镜头3，同轴光源4，圆顶光源5，线阵光源6，通过调节CCD相机的高度来调节镜头的成像视场。载物台9和压片10用于夹持待测样品。
该测量装置的使用方法，包括以下步骤：
（1）开启装置电源，启动测量软件。
（2）双手将待测试样拉直张紧状态水平置于载物台上。
（3）待试样被压片压紧后双手放开试样。
（4）***自动测量完成，压片自动抬起。
（4）将待测试样取出。
（5）测量完成后，如需测量下一个试样重复步骤（2）～（4）
（6）退出测量软件，关闭设备电源。
Claims (3)
1.一种基于计算机视觉的烟用接装纸烫印面积自动测定装置，其特征在于：包括机架外壳、图像采集***、图像处理模块、信息处理模块以及设置在图像采集***下方的样品夹持机构，
所述机架外壳为整个装置提供支撑并为图像采集***提供封闭光环境；
所述图像采集***包括CCD相机、成像镜头、照明光源；
所述图像处理模块从图像采集***接收数字图像进行滤波降噪处理、图像相差处理后传输给信息处理模块最终输出测定结果；
所述样品夹持机构包括测试样品的载物平台和夹紧装置。
2.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的烟用接装纸烫印面积自动测定装置，其特征在于：所述照明光源包括顶光源和侧光源，所述顶光源由同轴光源和圆顶光源组成，组合后的光源能够为视场提供小入射角的照明光线，包括入射角为零的同轴光线，用于强化烫印区域的镜面反射特性，所述侧光源由位于视场两侧的两条线性光源组成，为视场提供近90度的大入射角照明光线用于弱化烫印区域的镜面反射特性。
3.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的烟用接装纸烫印面积自动测定装置，其特征在于：所述载物平台为升降式结构，夹紧装置固定在载物平台的底座上，夹紧装置由三组呈平行设置的电磁铁、压片组成。
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Application publication date: 20130911 |