CN110053827A - 一种烟包三维外观视觉检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟包外观三维视觉检测方法及装置，属于卷烟检测领域，所述的装置包括烟包运输带、右侧导向钢丝、左侧导向钢丝、右下侧导向板、左下侧导向板、光源、前相机、后相机、触发传感器Ⅰ、触发传感器Ⅱ、视差相机组、三维视觉处理器、控制器、剔除单元、透镜组、成像元件，本发明采用双相机同时对烟包视差拍摄、视差三维视觉处理，得出烟包的三维测量数据和检测结果，有效提高烟包检测和测量精度，明显减少不合格烟包遗漏检测及剔除，减少合格烟包误剔除。

Description

一种烟包三维外观视觉检测方法及装置

技术领域

本发明属于卷烟检测领域，更具体的说涉及一种烟包三维外观视觉检测方法及装置。

背景技术

目前的烟包外观视觉检测装置用相机拍摄二维图像，对获得的二维图像进行处理得出二维的检测及测量结果。但实际应用中烟包相对相机位置变化是在三维空间内变化，烟包与相机的相对位置变化量对检测及测量精度影响并不能忽略，用一个存在较大投影测量误差的二维工具对一个三维摆动的烟包检测，很难达到毫米级精度测量要求。

烟包的工艺标准有部分要求允许误差不超过1mm、甚至不超过0.5mm。烟包外观检测一般是安装在最终端的运输带上，对于烟包跳动和摆动只能设法减小，无法完全避免，虽然有二维软件定位修正部分二维摆动，但摆动是三维的，毫米级检测要求较高，或者是达不检测精度要求，或者是产生过多误剔除，失去其使用价值。

烟包摆动的两个主要原因：

1、有摆动空间:

a.工艺标准允许烟包的宽度有一定的误差，条包装整形前允许宽度误差可达3mm，为了保证尺寸稍大的烟包能顺利通过检测通道，右侧导向钢丝和左侧导向钢丝的间距、右下侧导向板和左下侧导向板的间距都必须比设计烟包尺寸宽，这样就给烟包的摆动留下空间。

b.破损等原因导致的烟包变宽太多，为了让变宽的烟包能够匀速进入检测区域，也要求检测通道宽度适当加宽，这也是给烟包留有摆动空间的最重要原因之一。

2、烟包摆动的主要动力来源于烟包运输带1振动。运输带振动只能设法减小，无法完全避免。

目前的烟包外观视觉检测装置采用二维检测及测量方式，但烟包相对相机位置变化是在三维空间内变化，用一个存在较大投影测量误差的二维工具对一个三维摆动的烟包检测，很难达到毫米级精度测量要求。

发明内容

本发明采用双相机同时对烟包视差拍摄、视差三维视觉处理，得出烟包的三维测量数据和检测结果，有效提高烟包检测和测量精度，明显减少不合格烟包遗漏检测及剔除，减少合格烟包误剔除。

为了实现上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：一种烟包三维外观视觉检测装置，其特征在于：所述的装置包括烟包运输带1、上导向钢丝、下导向板、光源6、触发传感器Ⅰ10、触发传感器Ⅱ11、视差相机组12、三维视觉处理器13、控制器14、剔除单元15；

触发传感器Ⅰ10、触发传感器Ⅱ11与控制器14连接，视差相机组12与三维视觉处理器13连接，三维视觉处理器13与控制器14连接，控制器14输出端与光源6和剔除单元15连接；

光源6用于拍摄时照明；视差相机组12，用于拍摄烟包，获得烟包图像；

触发传感器Ⅰ10、触发传感器Ⅱ11安装于烟包运输到两侧用于检测烟包是否到达拍摄位置；三维视觉处理器13用于对视差相机组12输入的图像处理并对烟包三维重建。

所述的方法包括以下步骤：

步骤1.获取烟包视差图像；

步骤2.图像匹配；

步骤3.计算多个自定义点的第三维坐标；

步骤4.烟包三维重建；

步骤5.烟包三维定位；

步骤6.计算要求测量对象的三维数值；

步骤7.比较得出检测结果，判断烟包是否合格。

优选的，所述的视差相机组12包括前相机8、后相机9，视差相机组12拍摄对象为同一个烟包的一个面或者一个局部。

优选的，所述的视差相机组12中的前相机8和后相机9同时拍摄。

优选的，所述的视差相机组12中的前相机8和后相机9的拍摄角度有一定的视差。

优选的，所述的上导向钢丝由右侧导向钢丝2和左侧导向钢丝3组成，用于烟包运输导向；下导向板由右下侧导向板4和左下侧导向板5组成，用于对烟包运输下侧导向，上导向钢丝安装于烟包运输带1上部两侧，下导向板安装于烟包运输带1底部两侧。

优选的，所述的步骤1.获取烟包视差图像；当触发传感器Ⅰ10、触发传感器Ⅱ11检测到有烟包到达检测位置时，由控制器14向视差相机组12发出拍摄信号，视差相机组12拍摄得到检测烟包图像并输出；

步骤2.图像匹配；将一图上面的自定义点，相应地往另一相机拍摄所得的一图像中找出与第一幅图中自定义点对应的目标点，称作同名像点，得出两个同名点二维坐标。在此过程中对两幅图像的匹配程度分析，当匹配度达不到要求时发出报警并启动再次匹配等程序模块；

步骤3.计算多个自定义点的第三维坐标；由两幅图像中的同名点二维坐标、两相机光轴距离b、组合物镜焦距f，计算出其第三维坐标。

优选的，所述的步骤4.烟包三维重建：由多个自定义点的三维坐标值建立烟包的轮廓线、面等检测所需关键元素的三维数值；

步骤5.烟包三维定位：根据算法设定选择关键点、线面作为参考点、参考线或参考面，并查找或计算其三维位置数值；

步骤6.计算要求测量对象的三维数值：以动态的定位点、线或面作为参考，和需要测量和检测的点、线或面等检测对象，计算出所需的三维数值。

优选的，所述的步骤7.比较得出检测结果，判断烟包是否合格；测量值与相应设置的门限值比较得出检测结果合格与否，如果结果不合格，通过控制器14向剔除单元15发出剔除信号，进入下一检测循。

本发明有益效果：

本发明采用双相机同时对烟包视差拍摄、视差三维视觉处理，得出烟包的三维测量数据和检测结果，有效提高烟包检测和测量精度，明显减少不合格烟包遗漏检测及剔除，减少合格烟包误剔除。

附图说明

图1为本发明双相机烟包三维外观视觉检测装置示意图；

图2为本发明双相机烟包三维外观视觉检测装置结构示意图；

图3为二维烟包外观视觉检测装置示意图；

图4为二维条件下相等线段的投影测量误差示意图；

图5为二维视觉检测误差范围为±0.3mm时的数轴示意图；

图6为烟包三维视差测距方法示意图；

图中，1-烟包运输带、2-右侧导向钢丝、3-左侧导向钢丝、4-右下侧导向板、5-左下侧导向板、6-光源、7-烟包、8-前相机、9-后相机、10-触发传感器Ⅰ、11-触发传感器Ⅱ、12-视差相机组、13-三维视觉处理器、14-控制器、15-剔除单元、16-透镜组、17-成像元件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属本发明保护范围。

图1为本发明双相机烟包三维外观视觉检测装置示意图、图2为本发明双相机三维视觉烟包外观检测装置结构示意图，由烟包运输带1、上导向钢丝、下导向板、光源6、触发传感器、视差相机组12、三维视觉处理器13、剔除单元15组成。烟包运输带1用于匀速运输烟包。

上导向钢丝由右侧导向钢丝2和左侧导向钢丝3组成，用于烟包运输导向。下导向板由右下侧导向板4和左下侧导向板5组成，用于对烟包的运输下侧导向。下导向板能压紧运输带，减小运输带上下方向上跳动，从而减小烟包的跳动。

上导向钢丝及下导向板，两者对烟包都有机械限位作用，减小烟包非运输方向上的摆动。上导向钢丝及下导向板，两者都减小相机拍摄遮挡面积，并且采用避让方法不遮挡检测关键位置。

光源6用于拍摄时照明。视差相机组12，用于拍摄烟包，获得视差烟包图像。触发传感器用于检测烟包是否到达拍摄位置。三维视觉处理器13用于对视差相机组12输入的图像处理并对烟包三维重建，得出三维的测量数据，判断被检测烟包是否合格。

当烟包到达触发传感器时向视差相机组12发出拍摄信号，接收三维视觉处理器13的判断结果，如果检测烟包不合格，控制器14向剔除单元15发出剔除信号。剔除单元15用于剔除不合格的烟包。

烟包的全部六个面或部分重要面可选用三维检测方法。视差相机组12由前相机8和后相机9共两个相机组成，其拍摄的对像为同一烟包的一个面或一个局部。视差相机组12的两个相机同时拍摄，两个相机拍摄角度有一定视角差。

三维视觉处理器13，采用视觉角差原理，对输入的两幅存在视差的烟包图像处理，得出三维的烟包信息。三维视觉处理器13，内有三维视觉处理程序及其处理三维视觉处理方法及步骤，并且内有二维图形处理算法。

三维视觉处方法步骤，包含以下步骤：

A.获取烟包视差图像：当触发传感器检测到有烟包到达检测位置时，由控制器14向视差相机组12发出拍摄信号，视差相机组12拍摄得到检测烟包图像并输出；

B. 图像匹配：将一图上的自定义点，相应地往另一相机拍摄所得的一图像中找出与第一幅图中自定义点对应的目标点，称作同名像点，得出两个同名点二维坐标。在此过程中对两幅图像的匹配程度分析，当匹配度达不到要求时发出报警并启动再次匹配等程序模块；

C.计算多个自定义点的第三维坐标：由两幅图像中的同名点二维坐标、两相机光轴距离b、组合物镜焦距f，计算出其第三维坐标；

图6为烟包三维视差测距方法示意图，由两幅图像中的同名点二维坐标，可计分别计算出X轴方向其与所在相机光轴的距离x1、x2，

b：两相机光轴距离；

f：组合透镜焦距；

x1、x2：两个同名点分别与所在相机光轴的距离；

z1：z轴方向同名点与相机组合透镜的距离。

上式由图6中相似三角形推导而得。再根据z1和参考坐标得出此自定义点第三维坐标值。用相同的方法处理其它自定义点的三维坐标。

D.烟包三维重建：由多个自定义点的三维坐标值建立烟包的轮廓线、面等检测所需关键元素的三维数值；

E.烟包三维定位：根据算法设定选择关键点、线面作为参考点、参考线或参考面，并查找或计算其三维位置数值；

F. 计算要求测量对象的三维数值：以动态的定位点、线或面作为参考，和需要测量和检测的点、线或面等检测对象，计算出所需的三维数值。

G.比较得出检测结果：测量值与相应设置的门限值比较得出检测结果合格与否；

H.如果结果不合格，通过控制器14向剔除单元15发出剔除信号。

本装置及方法可检测的烟包种类可为：软包、软包硬化、硬包，以及各种烟支直径和长度不同的烟包。

如图1为本发明烟包三维外观视觉检测装置示意图，图6为三维视差测距方法示意图，由于相机距离烟包很近，相机获取烟包图像有较好的放大作用，通过烟包的三维重建、三维定位、三维测量，消除因烟包摆动、烟包形状变化影响烟包检测表面相对相机的距离和角度导致的投影测量误差后，其检测精度误差小于等于0.1mm，检测误差占用工艺标准允许误比例小，有效提高烟包检测和测量精度，明显减少不合格烟包遗漏检测及剔除，减少合格烟包误剔除率。

由上所述烟包的摆动是无法避免的。烟包摆动、烟包形状变化影响烟包检测表面相对相机的距离和角度，如图4为二维条件下相等线段在成像元件17上的投影测量误差示意图，目前工业数码相机的成像元件17大部分是CCD或者CMOS，图4中Q为一等长线段，通过透镜组16投影到成像元件17上，（a）为线段Q与相机的成像元件17表面平行时的投影；（b）为线段Q出现歪斜但中心距离不变时投影减短；（c）为线段Q出现距离远时投影减短，反之投影加长。所以距离和角度变化影响将引起其在相机的成像元件17上的投影测量误差，导致测量和检测误差。

例如软件包的封签的长短允许误差范围为±1mm，优化二维软件定位，适当牺牲烟包通过性的条件下，减小烟包的摆动，从而减小二维外观视觉检测投影测量误差范围，即在较好的实验条件下检测误差的范围可为±0.3mm，图5为二维外观视觉检测误差范围为±0.3mm时的数轴示意图，工艺标准允许误差范围减去检测误差范围为剩余允许误差范围为±0.7，类似于减小了允许误差，检测误差的占用范围共为0.6mm，可见检测误差的占用范围比例很大，检测误差更大时其范围更大，造成大量的误剔除，失去检测使用价值；反之如果为了减小误剔除数量，加宽允许范围，不仅有违工艺要求，大量不合格烟包将流入成品库。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种烟包三维外观视觉检测装置，其特征在于：所述的装置包括烟包运输带（1）、上导向钢丝、下导向板、光源(6)、触发传感器Ⅰ(10)、触发传感器Ⅱ(11)、视差相机组(12)、三维视觉处理器(13)、控制器(14)、剔除单元(15)；

触发传感器Ⅰ(10)、触发传感器Ⅱ(11)与控制器(14)连接，视差相机组(12)与三维视觉处理器(13)连接，三维视觉处理器(13)与控制器(14)连接，控制器(14)输出端与光源(6)和剔除单元(15)连接；

光源(6)用于拍摄时照明；视差相机组(12)，用于拍摄烟包，获得烟包图像；

触发传感器Ⅰ(10)、触发传感器Ⅱ(11)安装于烟包运输到两侧用于检测烟包是否到达拍摄位置；三维视觉处理器(13)用于对视差相机组(12)输入的图像处理并对烟包三维重建。

2.一种烟包三维外观视觉检测方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：

步骤1.获取烟包视差图像；

步骤2.图像匹配；

步骤3.计算多个自定义点的第三维坐标；

步骤4.烟包三维重建；

步骤5.烟包三维定位；

步骤6.计算要求测量对象的三维数值；

步骤7.比较得出检测结果，判断烟包是否合格。

3.根据权利要求1所述的一种烟包三维外观视觉检测装置，其特征在于：所述的视差相机组(12)包括前相机(8)、后相机(9)，视差相机组(12)拍摄对象为同一个烟包的一个面或者一个局部。

4.根据权利要求1所述的一种烟包三维外观视觉检测装置，其特征在于：所述的视差相机组(12)中的前相机(8)和后相机(9)同时拍摄。

5.根据权利要求3、4中任意一条权利要求所述的一种烟包三维外观视觉检测装置，其特征在于：所述的视差相机组(12)中的前相机(8)和后相机(9)的拍摄角度有一定的视差。

6.根据权利要求1所述的一种烟包三维外观视觉检测装置，其特征在于:所述的上导向钢丝由右侧导向钢丝(2)和左侧导向钢丝(3)组成，用于烟包运输导向；下导向板由右下侧导向板(4)和左下侧导向板(5)组成，用于对烟包运输下侧导向，上导向钢丝安装于烟包运输带1上部两侧，下导向板安装于烟包运输带1底部两侧。

7.根据权利要求2所述的一种烟包三维外观视觉检测方法，其特征是：所述的步骤1.获取烟包视差图像；当触发传感器Ⅰ(10)、触发传感器Ⅱ(11)检测到有烟包到达检测位置时，由控制器(14)向视差相机组(12)发出拍摄信号，视差相机组(12)拍摄得到检测烟包图像并输出；

步骤2.图像匹配；将一图上面的自定义点，相应地往另一相机拍摄所得的一图像中找出与第一幅图中自定义点对应的目标点，称作同名像点，得出两个同名点二维坐标；在此过程中对两幅图像的匹配程度分析，当匹配度达不到要求时发出报警并启动再次匹配等程序模块；

步骤3.计算多个自定义点的第三维坐标；由两幅图像中的同名点二维坐标、两相机光轴距离b、组合物镜焦距f，计算出其第三维坐标。

8.根据权利要求2所述的一种烟包三维外观视觉检测方法，其特征是：所述的步骤4.烟包三维重建：由多个自定义点的三维坐标值建立烟包的轮廓线、面等检测所需关键元素的三维数值；

步骤5.烟包三维定位：根据算法设定选择关键点、线面作为参考点、参考线或参考面，并查找或计算其三维位置数值；

步骤6.计算要求测量对象的三维数值：以动态的定位点、线或面作为参考，和需要测量和检测的点、线或面等检测对象，计算出所需的三维数值。

9.根据权利要求2所述的一种烟包三维外观视觉检测方法，其特征是：所述的步骤7.比较得出检测结果，判断烟包是否合格；测量值与相应设置的门限值比较得出检测结果合格与否，如果结果不合格，通过控制器(14)向剔除单元(15)发出剔除信号，进入下一检测循。