基于图像处理的瓶装杂质检测系统设计毕业设计论文.doc
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1、 技术论文论文题目: 基于图像处理的瓶装杂质检测系统设计(附程序) 完成时间:2015年6月16日摘 要 随着图像处理技术的快速发展,该技术已经被应用于军事,航空,医疗与工业等很多领域。在医药生产厂与饮料制造厂相关领域有着广阔的发展前景并且意义深远,目前很多厂家尤其国内相关行业的产品杂质检测还停留于人工检测阶段,即用肉眼识别,这种传统方法耗时耗力。若采用图像处理技术来实现杂质检测的自动化,可以大大节约费用开支,减少工人工作量。本文对瓶装液体的杂质检测进行了相关研究,提出了检测液体杂质的算法,并搭建了硬件平台。整体系统实现预期效果,为后续的实际应用奠定了基础。本文通过软件算法与硬件结构的配合,实
2、现了模拟流水线作业的瓶装液体杂质检测系统。其中,软件部分识别算法主要用OpenCV开源库实现该功能,分别用到了滤波、二值化、图像形态学处理、轮廓检测、轮廓绘制等系列函数体,通过恰当的搭配与参数的设置,完成较好的效果;电脑界面部分用MFC编制而成,实现人机交流并能显示检测效果与实时报警。硬件平台的搭建主要是位置的安排与结构的设计等,为配合软件算法的实现,设计出适应本系统的硬件相关设备。用一台黑白CMOS工业摄像头作为采集设备,图像信息传输到电脑。并且通过FPGA采集红外对管信号,通过串口发送和接收数据,来实现摄像头的自动抓拍,并且FPGA驱动小液晶屏实现报警功能。通过这几者的结合,完成该功能的设
3、计并达到预期目标。本文对实现杂质检测的算法进行了研究,提出了集中检测的方法和相关的实验效果图,正文中将对此进行详细叙述。对硬件光照等结构也进行了相关的调研与研究,最后确定一套切实可行的方案。所以,基于本套系统,可以开发出适用于各种涉及到检测的厂商流水线车间,大大提高生产效率。尤其硬件部分有很大提升的空间,如在瓶子下部加入急速旋停电机来让杂质在液体中间部分漂浮,提高光源质量使摄像头识别杂质更加清晰,以及较好的设备固定与角度测量可以让硬件的功能充分发挥,都可以使得该系统精度大大提升。在将来的规划中,可以把算法程序移植入FPGA中,并且配有显示屏,这样可以减小系统的体积,更加方便安装与转移。关键字:
4、OpenCV、机器视觉、图像处理、轮廓提取AbstractAlong with the imagery processing technology fast development, this technology is already applied in the military, the aviation, the medical service and the industry and so on very many domains.Has the broad prospects for development in the medicine plant and the drink f
5、actory correlation domain and the significance is profound, at present the very many factory especially domestic correlation profession product impurity examination also pauses in the manual examination stage, namely with the recognition by eye, this traditional method consumes time expends effort.I
6、f uses the imagery processing technology to realize the impurity examination automation, may cut down on the expense expenditures greatly, reduces the worker work load.This article has conducted the correlation research to the bottled liquid impurity examination, proposed the examination liquid impu
7、rity algorithm, and has built the hardware platform.The integrated system realization anticipated effect, has established foundation this article for the following practical application through the software algorithm and the hardware architecture coordination, has realized the simulation assembly li
8、ne work bottled liquid impurity examination system.Among them, the software part recognition algorithm mainly opens the source storehouse with OpenCV to realize this function, separately used series function bodies and so on the filter, binaryzation, image morphology processing, outline examination,
9、 outline plan, through appropriate matching and the parameter establishment, completed the good effect; The computer contact surface part establishes with MFC becomes, the realization man-machine exchange and can demonstrate the examination effect and real-time reports to the police.The hardware pla
10、tform build mainly is the position arrangement and the structure design and so on, for coordinates the software algorithm the realization, designs adapts this system hardware related equipment.Gathers the equipment with a black and white CMOS industry camera achievement, the pictorial information tr
11、ansmits the computer.And gathers infrared through FPGA to the tube signal, through the serial port transmission and the receive data, realizes the camera automatic snapshot, and FPGA actuates the small liquid crystal box realization to report to the police the function.Through these unions, complete
12、s this function the design and achieves the anticipated target. This article to realized the impurity examination algorithm to conduct the research, proposed the centralism examination method and the correlation experimental effect chart, in the main text regarding this will carry on the detailed na
13、rration.Has also carried on the related investigation and study and the research to the hardware illumination isostructuralism, finally determines set of practical and feasible plans. Therefore, based on this set of systems, may develop is suitable involves in each kind to the examination manufactur
14、er assembly line workshop, enhances the production efficiency greatly.The hardware part has the very big promotion space especially, if joins lower part the jar turns on lathe rapidly stops the electrical machinery to let the impurity in the liquid middle part float, improves the photosource quality
15、 to cause the camera recognition impurity to be clearer, as well as the good equipment fixes with the measurement of angle may let the hardware the function full display, all may cause this system precision big promotion.In the future plan, might transplant into the algorithm procedure in FPGA, and
16、will have the display monitor, like this might reduce the system the volume, more convenient installment and shift. Key words: OpenCV, machine vision, imagery processing, outline extraction第1章 绪论1.1研究背景及意义众所周知,对于瓶装液体是否含有杂质有关食品与医药安全问题。当今国家高度重视食品安全问题,严格把控食品生产过程中的卫生,保证民用饮食的安全。然而现如今,国内大部分企业和产品生产车间采用传统的肉
17、眼识别,这种识别方法速度慢,可靠性差,并且检测人员容易疲劳。所以,对于机器视觉的开发与应用,有很大的开发潜力。这种系统可以高效,廉价的自动化完成相关功能,来取代用人成本。此类系统的研发也是市场中很多企业期望的要求。所以,本团队在导师的指导下,开发出此套系统。图像处理是指将图像的信号转换成电脑可以处理的数字信号,并基于此信号,进行一系列图像处理与分析的一项技术。此技术发展于20世纪60年代初期,用计算机进行对图像的处理和美化等功能。如今,该技术已经运用于生活中很多的领域,如交通管理,车牌照识别,违章识别,等等。所以,不论从实用性还是发展趋势来看,用图像处理的方法来对食品进行检测,是很意义深远的。
18、1.2国内外研究现状食品或医用品生产规模不断扩大,图像处理在检测中的作用也越来越重要。对于容积较大的液体体积检测有超声检测,光电检测和机械浮子检测。如Thermo Electron Corporation(热电公司)开发的X射线影像检测装置,检测精度较高。国外机器视觉的应用主要体现在半导体及电子行业,如PCB印刷电路,或者电子生产与加工设备中。我国的机器视觉与图像处理技术开始于90年代,由于起步晚,所以很多企业还依赖于国外的设备。目前很多高校与科研单位正在弥补这一领域的空白,并且国内市场有此方面的需求,需求带动科研,国内科研人员对于开发基于图像处理技术的液体杂质检测技术也逐渐重视起来。1.3本
19、文所做的工作与整体规划本文对我们团队所开发设计的系统进行了详细的阐述,并且多各种方法进行了实验,通过分析相关效果,来验证每一步骤的合理性。预期的目的为模拟流水线,在瓶装液体通过时进行自动识别检测并且拍照,如果有杂质,系统自动报警。并且在检测模拟流水线上几个瓶子后,自动在电脑上保存统计文档,对生产产品整体合格率进行计算。目前已经实现预期功能。本文工作包括以下几个方面:(1)图像处理算法基于OpenCV开源图像库实现的,用Visual Studio软件进行编写程序。其中包括图像处理算子(如Roberts,Sobel等算子)的讲解与效果展示,和系统整体流程的设计;(2)图像的采集采用的黑白工业CMO
20、S摄像头,此摄像头可直接有USB连接电脑,不需要图像采集卡,方便实用。这也是未来摄像头发展的趋势。(3)用Visual Studio 软件编写上位机软件,用于信号的传输与报警显示,并且可以实时显示摄像头采集信息与处理信息。(4)用FPGA与光电对管实现对移动瓶子的检测。实现自动抓拍功能。信息通过串口传输到电脑中与检测算法进行融合。(5)硬件平台的搭建。其中包过硬件整体的选材与结构设计,使得该方案满足系统应用。(6)基于此系统的前景展望与预想的未来应用中如何良好的实现功能。 第2章 杂质检测系统方案设计2.1实验系统整体结构图2-1系统工作模块图如图所示,电脑主机作为主控模块。主机与摄像头之间互
21、相传递信号,进行电脑控制摄像头拍摄和摄像头传回图像,其用USB进行数据传输;透明瓶后面用漫反射光源进行照明;FPGA模块用来检测光电模块传输的信息,并传给电脑进行控制摄像头抓拍,并且把信号传递给液晶屏进行下位机报警;电脑主机通过电脑上位机界面显示实时信息与报警显示;同时PC机产生检测报表,显示处理信息以及产品合格率等相关信息。2.1.1摄像头采集模块相机为130万像素黑白工业相机,通过USB2.0与PC机连接。曝光方式为电子快门。USB供电,可编程控制图像尺寸、亮度、增益、曝光时间。自己编制上位机用来显示图像信息并进行图像处理或者录像视频处理。此款摄像头工作温度为0C70C。工作电压5V。可用
22、于工业视觉,工业检测等场所。CMOS摄像头采集图像可直接上传PC机,不需要图像采集卡,方便各种场所使用。加入镜头后可实现手动变焦,聚焦,改变光圈等功能,方便调试时使用。在调试过程中,摄像头安装在于水瓶平行位置,通过上位机界面编写来完成人机交互。其采集图像如下图所示。图2-22.1.2光源介绍经过查找资料,适合工业检测的光源有很多种类,多数为高密度LED点阵构成,并加入漫反射灯罩来形成平均光板。本设计对光源的要求是必须要亮度均匀无瑕疵,并且光板的面积足够大,可以平均照亮整个水瓶。其结构图如下。我们经过不断试验,发现用平行的三个日光灯管前面加入自制白纸板,也可以达到这样的效果,并且亮度大于LED。
23、所以,我们自制光源,作为检测光源放入灯箱中。具体如下。良好的光源效果是保证检测不失误的前提。图2-32.1.3光电检测模块光电检测模块为了方便流水线实现自动拍照功能,其硬件运用一对红外线对管,其中一个发射一个接收。其局部结构图如下。FPGA对光电信号进行采集,然后传入PC机进行控制摄像头。当水瓶移入对管中心线,把红外线挡住,信号转变。通过判断这个信号来识别水瓶是否在摄像头可识别位置。下图为红外线传感器硬件的接收管。2.1.4下位机报警模块通过PC机对摄像头图像进行处理识别,把结果发送到FPGA中,通过FPGA控制一片1602液晶,在液晶上显示处理结果。用此模块的意义在于可以不用看上位机显示频来
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