专利名称：基于图像处理的卷尺刻度在线自动检测系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种巻尺表面刻度在线自动检测系统及方法，特别采用获取巻尺表面图像进 行数字图像处理来检测巻尺质量，高效，准确，自动化程度高。
背景技术：
我国是钢巻尺生产大国，年产超过10亿多米，钢巻尺的生产是用滚动模板把规定精度 的线纹连续地印在钢带上，由于印刷设备等客观原因，如何准确的对钢巻尺印刷进行质量检 测成为巻尺生产过程中一个重要的环节。目前我国所采取的质量检测手段还比较原始，质量 检测设备比较简陋，主要是通过人工抽样检测，劳动强度大，漏检率高，检测精度低，可靠 性差，无法自动记录检测结果。随着科技的发展，计算机处理速度快，自动化程度高的优势 被越来越多的应用到检测设备中，而其中计算机数字图像处理成为质量检测的一个重要手段。
工业生产过程中首先采用CCD获取产品的表面图像，然后利用计算机对图像进行识别， 变换，切割，分离等各种处理分析后，最后将结果输送出来，根据结果自动对产品质量进行 检测。目前利用产品表面图像进行质量检测技术已经开始应用到其他产品检测中，例如利用 6个CCD摄像机对烟盒各个面的包装质量进行自动检测和基于视频的棉结及杂志在线检测系 统。在巻尺的生产过程中，部分工艺也已经开始采用数字图像处理来简化工作流程，利用两 台CCD摄像机对巻尺长度进行自动化检测。用机械手或人工将巻尺零点对正，2个摄像头分 别对正要求长度标记区，采集图像后用图像处理、模式识别等方法自动检测出标记长度是否 在误差范围内，极大的提高了检测速度和精度。然而由于巻尺表面的复杂性，巻尺刻度紧密 细小化，以及巻尺检测要求的高精度性，对巻尺表面印刷质量的检测一直停留在原始阶段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动，准确，高速的基于图像处理的巻尺刻度在线自动检测 系统及方法。本发明利用巻尺表面刻度的规律性，采用CCD摄像机获取表面图像进行处理， 判断，从而实现在线，实时对巻尺表面印刷质量进行检测。
为达到上述目的，本实用新型采用下述技术方案
一种基于图像处理的巻尺刻度在线自动检测系统，包括一台CCD摄像机， 一台装配有图 像采集卡的计算机和一个流水线操作平台，其特征是所述流水线操作平台台面上装有引导 巻尺的两个巻尺卡槽和一个屏蔽装置，所述CCD摄像机固定于巻尺正上方的屏蔽装置上，视场对准巻尺表面， 一个直接环状落射光源环绕固定于所述CCD摄像机上， 一个侧面LED光 源固定于CCD摄像机下方旁侧的屏蔽装置上，巻尺能从操作平台上两个卡槽穿过；所述计算 机通过其图像采集卡与所述CCD摄像机连接并通过输出终端与报警警铃连接，计算机内设有 一套根据巻尺表面特征编译的一个表面印刷检测程序；将不同的巻尺表面抽象为一组系统参 数，通过CCD摄像机获取巻尺表面图像，利用计算机通过编译程序对巻尺表面图像进行分析 处理。
系统主要部件的作用-直接环状落射光源环状落射光源可以提供均匀，低反射的光照。 一方面给封闭 拍摄场景提供光源，另一方面可以防止光照不均影响图像质量。 侧面LED光源由于巻尺表面可能出现气泡，所以利用侧面光源让气泡反光， 进而通过CCD来获取气泡图像进行分析。
巻尺卡槽防止由于巻尺材料柔性强，细长，以及外侧内巻而引起巻尺幅度形变，
从而影响拍摄到巻尺表面的效果，而增加检测的难度和误差。
屏蔽装置由于CCD摄像机对于光照非常的敏感，屏蔽可以防止外界光照引起
图像像素的不稳定性。
一种基于图像处理的巻尺刻度在线自动检测系统及方法，采用上述的系统进行检测，其
特征在于先在线巻尺在传送带的带动下以特定的均匀速率通过平台中的卡槽，然后慢慢的
进入CCD摄像机视野内，经过装配图像采集卡的计算机对图像的采集，图像的处理，特征的
提�。约巴枷袷莸呐卸虾涂刂疲钪盏慕峁ü涑錾璞阜⑺偷奖ň逯校佣� 现自动化，客观，无接触，高精度的在线检测系统。
计算机对巻尺表面图像处理程序步骤如下
1) 预处理
(1) 读入一帧图像，
(2) 图像增强，
(3) 图像二值化，颜色转换，
(4) 图像滤波
2) 米尺刻度检测，
3) 米尺数字检测，
4) 英尺检测。
重复步骤1)~4)，实现在线流水线检测。本发明系统及方法与现有巻尺表面检测方法相比较，具有如下显而易见的突出实质性特 点和显著优点
1. 使用摄像机作为传感器，从而取代肉眼获取巻尺表面，真正实现了自动化检测。
2. 由于CCD可以距离摄像，所以可以实现非接触式检测，从而防止滑擦巻尺表面。
3. 运用各种图像处理算法，对图像序列中的单帧图像进行刻度和数字检测。
4. 具有较强的适应性。对不同的巻尺抽象为一组巻尺参数，通过简单的修改环境参数可
以适应不同的巻尺检测，使系统的应用范围变广。
5. 检测精度高，速率快，实时性好。本系统利用CCD摄像机获取图像，通过计算机分 析，处理和判断，所有操作都是自动化过程，从而能够实现实时，快速，准确检测 判断。
图1是本实用性发明系统的整体结构示意图。 图2是图1示例的巻尺表面分析判断程序的流程图。
具体实施例方式
本发明的一个优选实施例结合附图详述如下
参见图l，本基于图像处理的巻尺刻度在线自动检测系统，包括一台CCD摄像机1， 一 台装配有图像采集卡的计算机8和一个流水线操作平台6，所述流水线操作平台6台面上装 有引导巻尺5的两个巻尺卡槽7和一个屏蔽装置4，所述CCD摄像机1固定于巻尺正上方的 屏蔽装置4上，视场对准巻尺表面， 一个直接环状落射光源2环绕固定于所述CCD摄像机1 上， 一个侧面LED光源3固定于CCD摄像机下方旁侧的屏蔽装置4上，巻尺5能从操作平 台6上两个卡槽7穿过；所述计算机8通过其图像采集卡与所述CCD摄像机1连接并通过输 出终端与报警警铃9连接，计算机8内设有一套根据巻尺表面特征编译的一个表面印刷检测 程序；将不同的巻尺表面抽象为一组系统参数，通过CCD摄像机1获取巻尺表面图像，利用 计算机8通过编译程序对巻尺表面图像进行分析处理。
参见图2，本实施例的基于图像处理的巻尺刻度在线自动检测方法采用上述系统进行检 测。计算机图像处理分析机器视觉系统中，视觉信息的处理技术主要依赖于图像处理方法, 包括图像图像增强，，平滑，边缘锐化，分割，特征提�。枷袷侗鹩肜斫獾饶谌荨＞庑� 处理后，输出图像的质量得到改善，便于计算机对图像进行进一步的分析，处理和识别，判
断。计算机对巻尺表面图像处理程序步骤(如图2):1)预处理。
(1) 系统CCD摄像机是以帧/场的方式采集的，鉴于生产线产品质量的要求(误差1/4 毫米之内，速率每秒5-6米)，和摄像机CCD硬件(分辨率像素768巧76，帧率100/ 秒)的基�。低矯CD摄像机单帧获取巻尺的长度为10cm。
(2) 图像增强，由于巻尺表面刻度的密集，必须对需要的像素进行增强。本系统采用的 是空域增强技术，利用线性平滑技术将需要检测的刻度，数字进行增强。
(3) 图像二值化，从彩色CCD摄相机中获取的图像都是RGB图像，有红(R)绿(G) 蓝(B)三个成分确定空间中一个点的颜色值。但这些色差不同于人眼的感觉，即 使很小的噪声，或者光照的影响都会改变空间中位置的RGB值。基于上述原因，本 系统将RGB空间像素值转化为相对较稳定的HIS颜色空间模式，其中H(色调)，S
(色饱和度)和亮度(l)。转换公式(如式1)，然后用H，S，I与给定的三个阈值比 较，将彩色转化为黑(需检测颜色)和白(背景颜色)两种颜色。二值化提高了图 像的对比度，从而便于下一步的检测和处理。 ,/ = (/ + (7 + 5)/3; ^/f = {90—arctan(F/V^)+(0,G><S;180,G<5)}/360; 劝 S = l-min(i ，G,5)〃；
(4) 图像滤波，由于巻尺表面的刻度是竖直方向，像素以竖线为主，所以本系统采用了 均值滤波算子，其中模板(如式R)，提高了滤波的效果。
R =
1 3 1 1 3 1 1 3 1
/(2，2)='=' "3 ,3-其中k(i,j)是模板权值。
'■=1 J'=l
2)刻度检测.
巻尺表面的图案主要有有刻度和数字组成。巻尺表面的上半部分是英尺标准，下半部分 是米尺标准。本系统检测以10cm米尺为基准来单帧检测，从而实现快速的连续检测。
确定单帧检测基准点，在CCD图像中找出前一帧检测10cm后结束点(即长刻度点)， 然后根据刻度的分布特征，逐条检测刻度。由于CCD获取图像后，刻度会变得歪曲，间断， 所以CCD必须容许这样的误差，所以本系统采用如下图所示搜索模板进行搜索。A g i
e d f
b a c
基点
以像素基准点(即黑色)为起点，然后按照3^>11的顺序开始搜索刻度像素(黑
色)，当一旦搜索到刻度像素(例如f)，停止搜索，基点移动到新的刻度像素点(f),重新搜
索，当搜索高度超过刻度线时，说明刻度线是完整的。相同原理，进而可以判断10cm刻度 线的完整性。
3) 数字检测
系统在搜索判断lcm时，确定lcm的基准点，然后搜索以基准点作为相对位置的数字矩 形区域，与数字数据库中已存的相应数字数据进行匹对，最后算出匹配度，根据匹配度与阈 值的大小比较，最终判断数字的完整性。
4) 英尺
标准巻尺的上半部分的英尺检测根据下半部分的米尺相对位置来确定检测范围的，刻度 与数字的检测与米尺的检测原理是相同的。
系统通过CCD摄像机获取连续的单帧图像，经过单帧采集，单帧处理，单帧判断，从而实现 对巻尺表面的实时，快速，高效，准确的自动化检测。
权利要求
1. 一种基于图像处理的卷尺刻度在线自动检测系统，包括一台CCD摄像机(1)，一台装配有图像采集卡的计算机(8)和一个流水线操作平台(6)，其特征是所述流水线操作平台(6)台面上装有引导卷尺(5)的两个卷尺卡槽(7)和一个屏蔽装置(4)，所述CCD摄像机(1)固定于卷尺正上方的屏蔽装置(4)上，视场对准卷尺表面，一个直接环状落射光源(2)环绕固定于所述CCD摄像机(1)上，一个侧面LED光源(3)固定于CCD摄像机下方旁侧的屏蔽装置(4)上，卷尺(5)能从操作平台(6)上两个卡槽(7)穿过；所述计算机(8)通过其图像采集卡与所述CCD摄像机(1)连接并通过输出终端与报警警铃(9)连接，计算机(8)内设有一套根据卷尺表面特征编译的一个表面印刷检测程序；将不同的卷尺表面抽象为一组系统参数，通过CCD摄像机(1)获取卷尺表面图像，利用计算机(8)通过编译程序对卷尺表面图像进行分析处理。
2. —种基于图像处理的巻尺刻度在线自动检测方法，采用根据权利要求1所述的基于图像处 理的巻尺刻度自动检测系统进行检测，其特征在于首先在线巻尺(5)在传送带的带动下 以均匀速率通过操作平台(6)上的巻尺卡槽(7)，然后慢慢的进入CCD摄像机(1)视 野内，摄取的图像经图像采集卡输入计算机(8)，随后由计算机(8)对图像的采集，图 像的处理，特征的提�。约巴枷袷莸呐卸虾涂刂疲钪战峁ü涑錾璞阜⑺偷奖� 警警铃(9);计算机(8)对巻尺表面图像处理程序步骤如下a. 预处理i. 读入一帧图像，ii. 图像增强，iii. 图像二值化，颜色转换，iv. 图像滤波b. 米尺刻度检测，c. 米尺数字检测，d. 英尺检测。 重复步骤a b，实现在线流水线检测。
全文摘要
本发明涉及了一种基于图像处理的卷尺刻度在线自动检测系统及其方法，本系统由一台CCD摄像机，两个光源设备(直接环状落射光源和侧面LED光源)，一台装配有图像采集卡的计算机，一个配有卡槽和屏蔽装置的操作平台，以及一个报警警铃构成主要框架。本方法通过CCD摄像机获取的流水线动态卷尺表面图像，经过计算机处理判断卷尺表面刻度，标记和数字是否完整准确，进而通过警铃监控。本实用系统可以对卷尺表面印刷质量进行实时自动化检测，检测精度高，准确性好。
文档编号G01B3/02GK101424514SQ200810204000
公开日2009年5月6日 申请日期2008年12月4日 优先权日2008年12月4日
发明者庄克成, 张之江, 丹 曾, 赵庆祥, 陶江良 申请人:上海大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
