CN104841646A - 一种分时曝光和多光谱成像的除杂机及除杂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于分时曝光和多光谱成像的除杂机和除杂方法,除杂机包括电控单元、送料单元、视频单元和气流平衡柜,其中送料单元包括离心通风机,视频单元包括分时曝光的第一组照明光源、第一组背景光源和第二组照明光源、第二组背景光源,光源采用多波段光源;除杂方法为将物料加速至一定速度后使用分时曝光,利用多波段光源进行图像采集。本发明的有益效果为通过对称设置光源及线扫描线相机,控制两组线扫描相机工作在分时曝光状态,有效避免了上下光源的干扰,有效避免了其中一组光源在成像过程中另外一组光源对其的图像的光污染进而影响图像成像质量,使得两个线扫描相机的成像质量更为可靠。
Description
技术领域
本发明涉及工业生产线除杂检测剔除技术领域,尤其是一种基于分时曝光和多光谱成像的除杂机及除杂方法。
背景技术
现有烟叶生产线中,存在各种杂物,与传统人工筛选相比,以图像方式的在线检测设备,有效的解决了生产线中的异物,大大提升了物料的纯净度。在实际使用过程中,物料比较薄,多组光源布局结构,存在透光现象,严重影响物料的成像质量,对剔除产生影响。另外,多照明布局结构,由于设备的透光玻璃不是100%透光,其表面存在反光现象,从而形成了浮光干扰,成像质量下降。图像成像采用RGB可见光波段,其颜色信息分布有一定的局限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种成像质量稳定可靠、满足轻薄物体中的异物检测需要的除杂机及除杂方法。
为了解决上述技术问题,本发明的分时曝光和多光谱成像的除杂机,包括电控单元、送料单元、视频单元和气流平衡柜,所述电控单元控制整个机组的运行;所述送料单元包括进料输送机和离心通风机,所述进料输送机输送带的一端与进料口相连,另一端与出料口连接;所述离心通风机的输出端设置在进料口处,离心通风机输出的气流辅助物料与高速的输送带一起运动,并在检测窗口位置平抛飞出,进入气流平衡柜;
所述视频单元由沿出料口处的图像检测窗口两侧依次对称设置的两片透光玻璃以及第一组照明光源和第二组照明光源、第一组背景光源和第二组背景光源、第一组光源控制器和第二组光源控制器、第一组线扫描相机和第二组线扫描相机、第一组图像采集卡和第二组图像采集卡组成;
所述第一组光源控制器控制第一组照明光源和第一组背景光源以恒流的方式点亮,同时输出同步触发信号给第组一线扫描相机和第组一图像采集卡,控制其采集图像,最后关闭第一组照明光源和第一组背景光源;所述第二组光源控制器控制第二组照明光源和第二组背景光源以恒流的方式点亮,同时输出同步触发信号给第二组线扫描相机和第二组图像采集卡,控制其采集图像,最后关闭第二组照明光源和第二组背景光源;所述第一组光源控制器和所述第二组光源控制器轮流工作,分别控制两组光源和相机交叉曝光成像;
所述气流平衡柜用于气流和物料的分离,由阀门控制器和气动电磁阀控制;所述第一图像采集卡和第二组图像采集卡对采集的图像进行收集和检测识别,并输出异物剔除信息给所述阀门控制器,控制所述气动电磁阀动作,剔除异物。
前述技术方案的工作原理如下:
所述输送机***的输送带工作于一定的线速度,物料(如烟叶)由进料口进入输送带,由进料输送机的高速输送带对其进行加速,同时通过离心通风机产生的气流辅助物料与高速输送带一起运动且没有翻滚现象,与高速输送带一同加速到输送带的线速度,加速后的物料从出料口平抛飞出,通过检测窗口时由视频单元进行检测。
当物料在图像检测窗口运动过程中,***高速对其成像并进行检测。
检测方式如下:由第一组光源控制器控制第一组照明光源和第一组背景光源,以恒流的方式点亮进行曝光,同时输出同步触发信号给第一组线扫描相机和第一组图像采集卡,控制其采集图像后,最后关闭第一组照明光源和第一组背景光源;
由第二组照明控制器控制第二组照明光源和第二组背景光源,以恒流的方式点亮进行曝光,同时输出同步触发信号给第二组线扫描相机和第二组图像采集卡,控制其采集图像后,最后关闭第二组照明光源和第二组背景光源;
所述第一组光源控制器和所述第二组光源控制器轮流工作,分别控制两组光源和相机交叉曝光成像,使曝光和图像采集连续。
物料经过检测窗口后进入气流平衡柜,进行气流和物料分离,物料进入下一个生产工序;通过第一组图像采集卡和第二组图像采集卡对采集图像进行收集和检测识别,并输出异物剔除信息给阀门控制器,阀门控制器控制气动电磁阀动作,剔除异物。
进一步地,为提高检测范围,所述第一组照明光源、第二组照明光源、第一组背景光源和第二组背景光源为包含可见光波段、红外波段、紫外波段的LED光源。
进一步地,为提高检测识别范围,获取更多物料的图像信息,所述第一组线扫描相机和第二组线扫描相机均包含1~4个相机,每个相机的成像波段均包括可见光波段、红外波段和紫外波段。
进一步地,为提高对物料的检测质量,所述图像检测窗口两侧为沿物料水平平抛的上下两侧或物料垂直下落的左右两侧。
进一步地,为使得两组先扫描相机成像质量更稳定,所述第一组光源控制器和所述第二组光源控制器控制照明光源和背景光源的驱动电流为5mA-1A,曝光频率为200Hz-100KHz,曝光占空比为5-100%;所述第一组线扫描相机和第二组线扫描相机的曝光时间为5微秒-2500微秒。
更进一步地,所述第一组光源控制器和所述第二组光源控制器控制照明光源和背景光源的驱动电流为600mA,曝光频率为8KHz,曝光占空比为50%;所述第一组线扫描相机和第二组线扫描相机的曝光时间为62.5微秒。
一种分时曝光和多光谱成像的除杂方法,包括以下步骤:
(1)将物料送入进料口,由进料输送机的高速输送带对其进行加速,同时通过离心通风机产生的气流辅助物料与高速输送带一起运动且没有翻滚现象;
(2)加速后的物料从出料口平抛飞出,通过检测窗口时由视频单元进行如下检测:
由第一组光源控制器控制第一组照明光源和第一组背景光源,以恒流的方式点亮进行曝光,同时输出同步触发信号给第一组线扫描相机和第一组图像采集卡,控制其采集图像后,最后关闭第一组照明光源和第一组背景光源;
由第二组照明控制器控制第二组照明光源和第二组背景光源,以恒流的方式点亮进行曝光,同时输出同步触发信号给第二组线扫描相机和第二组图像采集卡,控制其采集图像后,最后关闭第二组照明光源和第二组背景光源;
所述第一组光源控制器和所述第二组光源控制器轮流工作,分别控制两组光源和相机交叉曝光成像,使曝光和图像采集连续;
(3)物料经过检测窗口后进入气流平衡柜,进行气流和物料分离,物料进入下一个生产工序;通过第一组图像采集卡和第二组图像采集卡对采集图像进行收集和检测识别,并输出异物剔除信息给阀门控制器,阀门控制器控制气动电磁阀动作,剔除异物。
进一步地,步骤(1)中对物料加速至5m/s。
进一步地,步骤(2)中第一组光源控制器和所述第二组光源控制器控制照明光源和背景光源的驱动电流为5mA-1A,曝光频率为200Hz-100KHz,曝光占空比为5-100%;每组线扫描相机的曝光时间为5微秒-2500微秒。
更进一步地,步骤(2)中第一组光源控制器和所述第二组光源控制器控制照明光源和背景光源的驱动电流为600mA,曝光频率为8KHz,曝光占空比为50%;所述第一组线扫描相机和第二组线扫描相机的曝光时间为62.5微秒。
本发明的有益效果为:通过对称设置光源及线扫描线相机,控制两组线扫描相机工作在分时曝光状态,有效避免了上下光源的干扰,有效避免了其中一组光源在成像过程中另外一组光源对其的图像的光污染进而影响图像成像质量,使得两个线扫描相机的成像质量更为可靠;另外,照明和背景光源目前采用红外波段和可见光波段混合LED光源,并采用多光谱的成像相机,可采集到可见光波段和红外波段的物料图像,其检测识别范围大大提升,解决了一下疑难杂物的图像特征提取。在多光谱的成像工作状态,可以获取更多物料的图像信息,由图像采集卡对多光谱图像进行识别处理,以此来提升更大的性能空间。
附图说明
图1示为本发明一种分时曝光和多光谱成像的除杂机的结构示意图。
具体实施方式:
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步描述。
图1所示的时曝光和多光谱成像的除杂机,包括电控单元1、送料单元、视频单元4和气流平衡柜5,所述电控单元1控制整个机组的运行;所述送料单元包括进料输送机3和离心通风机15,所述进料输送机3输送带的一端与进料口2相连,另一端与出料口连接;所述离心通风机15的输出端设置在进料口2处,离心通风机15输出的气流辅助物料与高速的输送带一起运动,并在检测窗口位置平抛飞出,进入气流平衡柜5;
所述视频单元4由沿出料口处的图像检测窗口沿物料水平平抛的上下两侧依次对称设置的两片透光玻璃9以及第一组照明光源7-1和第二组照明光源7-2、第一组背景光源8-1和第二组背景光源8-2、第一组光源控制器10-1和第二组光源控制器10-2、第一组线扫描相机6-1和第二组线扫描相机6-2、第一组图像采集卡11-1和第二组图像采集卡11-2组成;
所述第一组光源控制器10-1控制第一组照明光源7-1和第一组背景光源8-1以恒流的方式点亮,同时输出同步触发信号给第一线扫描相机6-1和第一图像采集卡11-1,控制其采集图像,最后关闭第一组照明光源7-1和第一组背景光源8-1;所述第二组光源控制器10-2控制第二组照明光源7-2和第二组背景光源8-2以恒流的方式点亮,同时输出同步触发信号给第二组线扫描相机6-2和第二组图像采集卡11-2,控制其采集图像,最后关闭第二组照明光源7-2和第二组背景光源8-2;所述第一组光源控制器10-1和所述第二组光源控制器10-2轮流工作,分别控制两组光源和相机交叉曝光成像;
所述气流平衡柜5用于气流和物料的分离,由阀门控制器16和气动电磁阀12控制;所述第一图像采集卡11-1和第二组图像采集卡11-2对采集的图像进行收集和检测识别,并输出异物剔除信息给所述阀门控制器16,控制所述气动电磁阀12动作,剔除异物。
所述第一组照明光源7-1、第二组照明光源7-2、第一组背景光源8-1和第二组背景光源8-2为包含可见光波段、红外波段、紫外波段的LED光源;所述第一组线扫描相机6-1和第二组线扫描相机6-2均包含1~4个相机,每个相机的成像波段均包括可见光波段、红外波段和紫外波段;所述第一组光源控制器10-1和所述第二组光源控制器10-2控制照明光源和背景光源的驱动电流为600mA,曝光频率为8KHz,曝光占空比为50%;所述第一组线扫描相机6-1和第二组线扫描相机6-2的曝光时间为62.5微秒。
前述实施例的工作原理为:
***运行过程中,所述进料输送机3的高速输送带工作于5m/s的线速度,物料14(如烟叶)由进料口2进入输送带,由进料输送机3的高速输送带对其进行加速,同时通过离心通风机15产生的气流辅助物料与高速输送带一起运动且没有翻滚现象,与高速输送带一同加速到输送带的线速度,加速后的物料从出料口平抛飞出,通过检测窗口时由视频单元4进行检测。
当物料在图像检测窗口运动过程中,***高速对其成像并进行检测。
检测方式如下:由第一组光源控制器10-1控制第一组照明光源7-1和第一组背景光源8-1,以恒流的方式点亮进行曝光,同时输出同步触发信号给第一组线扫描相机6-1和第一组图像采集卡11-1,控制其采集图像后,最后关闭第一组照明光源7-1和第一组背景光源8-1;
由第二组照明控制器10-2控制第二组照明光源7-2和第二组背景光源8-2,以恒流的方式点亮进行曝光,同时输出同步触发信号给第二组线扫描相机6-2和第二组图像采集卡11-2,控制其采集图像后,最后关闭第二组照明光源7-2和第二组背景光源8-2;
所述第一组光源控制器10-1和所述第二组光源控制器10-2轮流工作,分别控制两组光源和相机交叉曝光成像,使曝光和图像采集连续。
在运行过程中,第一组光源控制器10-1和第二组光源控制器10-2采用高速恒流电路,同步驱动第一组照明光源7-1、第二组照明光源7-2、第一组背景光源8-1和第二组背景光源8-2,可实现LED横流驱动,其峰值驱动电流、曝光频率、曝光占空比全方位可调,其中驱动电流600mA,曝光频率8KHz,曝光占空比50%,驱动响应时间3微秒,第一组线扫描相机6-1和第二组线扫描相机6-2的曝光时间为62.5微秒。第一组光源控制器10-1和第二组光源控制器10-2同步输出曝光信号给第一组图像采集卡11-1、第二组图像采集卡11-2、第一组线扫描相机6-1和第二组线扫描相机6-2,控制相机同步曝光,采集物料的图像。其中,两组光源分时曝光,两组相机同步交叉成像,有效的避免了物料比较薄的情况下,光源透光引起的颜色失真现象。且减小了两组光源间,因为玻璃反光导致的浮光,使得成像不够锐利,影响检测识别。
物料经过检测窗口后进入气流平衡柜,进行气流和物料分离,物料进入下一个生产工序;通过第一组图像采集卡11-1和第二组图像采集卡11-2对采集图像进行收集和检测识别,并输出异物剔除信息给阀门控制器16,阀门控制器16控制气动电磁阀12动作,剔除异物。
如上所述,尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明,但其不得解释为对本发明自身的限制。在本发明权利要求解释的精神和范围前提下,可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (10)
1.一种分时曝光和多光谱成像的除杂机,包括电控单元(1)、送料单元、视频单元(4)和气流平衡柜(5),其特征在于:所述电控单元(1)控制整个机组的运行;所述送料单元包括进料输送机(3)和离心通风机(15),所述进料输送机(3)输送带的一端与进料口(2)相连,另一端与出料口连接;所述离心通风机(15)的输出端设置在进料口(2)处,离心通风机(15)输出的气流辅助物料与高速的输送带一起运动,并在检测窗口位置平抛飞出,进入气流平衡柜(5);
所述视频单元(4)由沿出料口处的图像检测窗口两侧依次对称设置的两片透光玻璃(9)以及第一组照明光源(7-1)和第二组照明光源(7-2)、第一组背景光源(8-1)和第二组背景光源(8-2)、第一组光源控制器(10-1)和第二组光源控制器(10-2)、第一组线扫描相机(6-1)和第二组线扫描相机(6-2)、第一组图像采集卡(11-1)和第二组图像采集卡(11-2)组成;
所述第一组光源控制器(10-1)控制第一组照明光源(7-1)和第一组背景光源(8-1)以恒流的方式点亮,同时输出同步触发信号给第一组线扫描相机(6-1)和第一组图像采集卡(11-1),控制其采集图像,最后关闭第一组照明光源(7-1)和第一组背景光源(8-1);所述第二组光源控制器(10-2)控制第二组照明光源(7-2)和第二组背景光源(8-2)以恒流的方式点亮,同时输出同步触发信号给第二组线扫描相机(6-2)和第二组图像采集卡(11-2),控制其采集图像,最后关闭第二组照明光源(7-2)和第二组背景光源(8-2);所述第一组光源控制器(10-1)和所述第二组光源控制器(10-2)轮流工作,分别控制两组光源和相机交叉曝光成像;
所述气流平衡柜(5)用于气流和物料的分离,由阀门控制器(16)和气动电磁阀(12)控制;所述第一图像采集卡(11-1)和第二组图像采集卡(11-2)对采集的图像进行收集和检测识别,并输出异物剔除信息给所述阀门控制器(16),控制所述气动电磁阀(12)动作,剔除异物。
2.根据权利要求1所述的分时曝光和多光谱成像的除杂机,其特征在于:所述第一组照明光源(7-1)、第二组照明光源(7-2)、第一组背景光源(8-1)和第二组背景光源(8-2)为包含可见光波段、红外波段、紫外波段的LED光源。
3.根据权利要求1所述的分时曝光和多光谱成像的除杂机,其特征在于:所述第一组线扫描相机(6-1)和第二组线扫描相机(6-2)均包含1~4个相机,每个相机的成像波段均包括可见光波段、红外波段和紫外波段。
4.根据权利要求1所述的分时曝光和多光谱成像的除杂机,其特征在于:所述图像检测窗口两侧为沿物料水平平抛的上下两侧或物料垂直下落的左右两侧。
5.根据权利要求1所述的分时曝光和多光谱成像的除杂机,其特征在于:所述第一组光源控制器(10-1)和所述第二组光源控制器(10-2)控制照明光源和背景光源的驱动电流为5mA-1A,曝光频率为200Hz-100KHz,曝光占空比为5-100%;所述第一组线扫描相机(6-1)和第二组线扫描相机(6-2)的曝光时间为5微秒-2500微秒。
6.根据权利要求5所述的分时曝光和多光谱成像的除杂机,其特征在于:所述第一组光源控制器(10-1)和所述第二组光源控制器(10-2)控制照明光源和背景光源的驱动电流为600mA,曝光频率为8KHz,曝光占空比为50%;所述第一组线扫描相机(6-1)和第二组线扫描相机(6-2)的曝光时间为62.5微秒。
7.一种基于权利要求1所述分时曝光和多光谱成像除杂机的除杂方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将物料送入进料口,由进料输送机的高速输送带对其进行加速,同时通过离心通风机产生的气流辅助物料与高速输送带一起运动且没有翻滚现象;
(2)加速后的物料从出料口平抛飞出,通过检测窗口时由视频单元进行如下检测:
由第一组光源控制器控制第一组照明光源和第一组背景光源,以恒流的方式点亮进行曝光,同时输出同步触发信号给第一组线扫描相机和第一组图像采集卡,控制其采集图像后,最后关闭第一组照明光源和第一组背景光源;
由第二组照明控制器控制第二组照明光源和第二组背景光源,以恒流的方式点亮进行曝光,同时输出同步触发信号给第二组线扫描相机和第二组图像采集卡,控制其采集图像后,最后关闭第二组照明光源和第二组背景光源;
所述第一组光源控制器和所述第二组光源控制器轮流工作,分别控制两组光源和相机交叉曝光成像,使曝光和图像采集连续;
(3)物料经过检测窗口后进入气流平衡柜,进行气流和物料分离,物料进入下一个生产工序;通过第一组图像采集卡和第二组图像采集卡对采集图像进行收集和检测识别,并输出异物剔除信息给阀门控制器,阀门控制器控制气动电磁阀动作,剔除异物。
8.根据权利要求7所述的除杂方法,其特征在于:步骤(1)中对物料加速至5m/s。
9.根据权利要求7所述的除杂方法,其特征在于:所述第一组光源控制器(10-1)和所述第二组光源控制器(10-2)控制照明光源和背景光源的驱动电流为5mA-1A,曝光频率为200Hz-100KHz,曝光占空比为5-100%;每组线扫描相机的曝光时间为5微秒-2500微秒。
10.根据权利要求7所述的除杂方法,其特征在于:所述第一组光源控制器(10-1)和所述第二组光源控制器(10-2)控制照明光源和背景光源的驱动电流为600mA,曝光频率为8KHz,曝光占空比为50%;所述第一组线扫描相机(6-1)和第二组线扫描相机(6-2)的曝光时间为62.5微秒。
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