系統(tǒng)采用線性光源以產生照明能量集中场恬、光強分布均勻的一條光帶翠柄；采用多個相機對條盒需要檢測的各個面進行拍照，以保證檢測的全面性吝寒；采用外觸發(fā)模式使各個面的圖像分通道進入圖像采集單元皿完；經過處理單元對各通道的圖像進行復雜的表面檢測運算，如果發(fā)現任何一個通道的圖像存在表面質量缺陷办煞，則對下位機給出控制信號狈馏，使執(zhí)行單元在該不合格條盒通過時將其剔除；系統(tǒng)顯示器實時顯示各通道圖像及其檢測結果害恋，并給出缺陷的分析結果缘说。


系統(tǒng)的圖像采集單元包括圖像采集卡、D/A轉換卡赎丢、光源劣零、CCD相機，工業(yè)控制計算機作為圖像處理單元福压，以PLC控制系統(tǒng)控制執(zhí)行單元掏秩。
3． 圖像采集
圖像的獲取實際上是將被測物體的可視化圖像和內在特征轉化成能被計算機處理的數據，它直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性隧膏。一般利用光源哗讥、光學系統(tǒng)嚷那，相機胞枕、圖像采集卡、圖像處理單元獲取被測物體的圖像魏宽。
光源是影響機器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素腐泻，因為它直接影響輸入數據的質量和至少30%的應用效果。條盒的外包裝透明紙對光的反射队询、折射效果都很強派桩，所以系統(tǒng)的照明系統(tǒng)采用多種型號的LED條形光源組合構成，照明方式為反射式照明蚌斩，為延長光源的使用壽命铆惑，保持光源的高亮度、高穩(wěn)定性送膳，相機拍照時采用頻閃光员魏，頻閃速度與相機的掃描速度同步。
在機器視覺中，CCD攝像機以其體積小巧乌换、性能可靠稿棚、清晰度高等特點得到了廣泛應用。按照其所用的CCD器件可分為線陣式和面陣式兩大類取阳。線陣式攝像機一次只能獲得圖像的一行信息采缎，被拍攝的物體必須以直線形式從攝像機前移過，才能獲得完整的圖像灌罐，而面陣式攝像機則可以一次獲得整幅圖像的信息敌菩。在條盒包裝質量檢測系統(tǒng)中需要一次取得條盒外包裝五個面的圖像，設計中采用四個面陣式CCD攝像機同步拍照坡循。
圖像采集卡是控制攝像機拍照喷总、完成圖像采集和數字化、協(xié)調整個系統(tǒng)的重要設備植西。它一般具有以下模塊：1.A/D轉換模塊2.時序及采集控制模塊3.圖像處理模塊4.PCI總線接口及控制模塊5.相機控制模塊6.數字輸入/輸出模塊柳卒。系統(tǒng)設計采用外觸發(fā)模式對條盒進行拍照，圖像采集卡通過TTL信號與外部裝置（傳感器宫屠、光源頻閃控制器列疗、PLC等）進行通信，用于響應頻閃浪蹂、拍照和給出剔除信號抵栈。

4． 圖像的分析處理
目前卷煙條盒包裝主要存在破損、翹邊坤次、反包古劲、包裝錯位、封簽（偏移缰猴、疊角产艾、缺失）等缺陷，在圖像處理單元利用圖像定位滑绒、邊緣檢測闷堡、斑點分析等算法，對各個通道的圖像進行分析疑故，以確定產品包裝是否存在質量缺陷杠览。
4.1定位配準（Locator）
定位配準是圖像與標準模板進行缺陷檢測的必要條件，定位準確與否直接關系到整個視覺系統(tǒng)的成敗昵乾。傳統(tǒng)的物體定位技術通過尋找統(tǒng)計模板（參考圖像）與物體（產品圖像）間的灰度級相關度的方法來決定物體的X牺缰、Y坐標，本系統(tǒng)定位采用幾何特征匹配歼取，通過設置興趣域并學習興趣域內物體的幾何特征醋咒，然后在圖像內尋找相似形狀的物體寂齐，不依賴于特殊的像素灰度，提高了定位物體的能力尺笼，在改變物體角度肃逐、尺寸、明暗度等條件的情況下仍能精確定位物體林下。應用中的特點：
·基于圖像中條盒輪廓或邊緣找尋和定位條盒袄肩；
·設定模板后，所有查找都基于模板操作腋芜；
·對于相似的模板進行加權處理再副，能自動去模糊化（二意性）；
·容許陰影花炭、對比度低躬拢、邊緣不清或背景噪音；
·定位器返回找到條盒特征的X见间、Y坐標聊闯。
4.2邊緣檢測（Edge）
邊緣是指圖像局部亮度變化最顯著的部分，主要存在于目標與目標米诉、目標與背景菱蔬、區(qū)域與區(qū)域（包括不同色彩）之間。圖像中被查找的邊緣被標記為從全暗至全亮或從全亮至全暗范圍內的灰度值變化史侣，邊緣工具從圖像中去除常量或變化緩慢的背景拴泌，保留作為圖像特征的邊緣，并計算邊緣的幅度和角度惊橱。邊緣的幅度指穿過邊緣時灰度值的變化量蚪腐；邊緣的角度是指邊緣與垂直方向的夾角。下圖為兩個三角形税朴。其中回季，箭頭的方向表示邊緣的角度，箭頭的大小表示邊緣的幅度掉房。每一三角形具有同樣的邊緣角度茧跋，但由于背景的灰度值不同昏个，左邊三角形的幅度大于右方三角形蟋扩。


大多數由真實圖像產生出的邊緣幅度圖像包含虛假的或噪聲邊緣像素，這些邊緣像素是視頻噪聲乃屈、反射或其它圖像缺陷所造成的南翻。通過在邊緣幅度圖像中設置閥值，可消除這些虛假像素兼英。設置閥值在消除虛假邊緣的同時绵布，還常會消除真正的邊緣。因為真正的邊緣常由一些鄰近像素的集合構成。通過在邊緣圖像中設置邊緣滯后閥值肪禾，可在消除虛假邊緣的同時贪焊，保留真正的邊緣。邊緣滯后閥值消除了一些像素袁羔，這些像素的灰度較那些與其它邊緣像素不相鄰的像素低一定的幅度惦肴，較邊緣幅度圖像高一定的幅度。這一方法保留了形成真正邊緣的連續(xù)邊緣像素挠疲，而消除了由噪聲或其它圖像缺陷而形成的邊緣像素耳标。
系統(tǒng)的設計中通過在邊緣工具中設置邊緣滯后閥值和幅度范圍來檢測條盒邊緣及透明紙褶皺的缺陷。
4.3斑點分析（Blob Analysis）
Blob分析可為視覺系統(tǒng)提供圖像中斑點的數量邑跪、位置次坡、形狀和方向，還可提供相關斑點間的拓撲結構画畅，其是一種對閉合目標形狀進行分析處理的基本方法砸琅。
Blob分析從場景的灰度圖象著手進行分析，在進行分析以前轴踱，利用二值化（Bilinear Interpolation）把圖像分割為構成斑點（Blob）和局部背景的像素集合明棍，典型的目標像素被賦值為1，背景像素被賦值為0寇僧。分割時設定了兩種方法固定閥值分割（Hard Threshold）和動態(tài)閥值分割（Soft Threshold）摊腋。
當圖像被分割為目標像素和背景像素后，進行連通性分析嘁傀，在圖像中尋找一個或多個相似灰度的“斑點”,并將這些“斑點”按照四鄰域或者八鄰域方式進行連通性分析兴蒸，將目標像素聚合為目標像素或斑點的連接體，就形成了一個Blob單元细办。通過對Blob單元進行圖形特征分析间歌，可以將單純的圖案灰度信息迅速轉化為圖案的形狀信息，包括圖形的質心认施、面積鹅址、周長等。使用Blob分析多蜕，通過多級分類器的過濾妨谦，在一定程度上可滿足對條盒透明紙破損、反包嘀回、盒皮印刷等缺陷的檢測需求显而。

5．系統(tǒng)的總體開發(fā)
在條盒外包裝質量檢測系統(tǒng)中，采用的處理方式是基于PC機的檢測處理系統(tǒng)蜜裸。開發(fā)時綜合考慮了系統(tǒng)與相機楷芝、采集卡檩耕、外部PLC、以及PC本身外設的連接與通信控制裕砖，提供了友好的人機界面和可靠歷史記錄存儲數據庫蜒鸣；檢測到質量缺陷時，提示缺陷類別鸵隧，對執(zhí)行單元給出剔除信號桐愉。
執(zhí)行單元是系統(tǒng)的一個關鍵環(huán)節(jié)，其作用就是響應上位機給出的剔除指令掰派，準確無誤地剔除不合格的條盒从诲。在生產流水線運行的高峰時期，速度可達到8條/s靡羡，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性系洛，設計中電控系統(tǒng)采用西門子的S7-200 PLC，執(zhí)行機構中應用高速的電磁閥組和噴吹腔體略步，使其能夠對剔除信號給出快速響應描扯。
6．結束語
本文探討了基于機器視覺的條盒包裝質量檢測系統(tǒng)設計中的各項相關技術，介紹了機器視覺和機器視覺系統(tǒng)的基本概念趟薄，通過對系統(tǒng)開發(fā)的介紹绽诚，列舉和闡述了在表面缺陷檢測中常用到的定位、邊緣檢測及Blob分析等算法杭煎。
機器視覺的誕生和應用恩够，極大地解放了人類生產力，提高了生產自動化水平枝徙，其應用前景極為廣闊檬撒。隨著煙草行業(yè)提質降耗工程的全面實施，它也將越來越多地應用于煙草生產質量的檢測和監(jiān)控饺焕，為提升煙草企業(yè)的市場競爭力做出更大的貢獻促军。

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