一種基于視覺檢測的空管復合濾棒段長測量方法技術

本發明專利技術公開了一種基于視覺檢測的空管復合濾棒段長測量方法，包括以下步驟：(1)圖像采集以及預處理；(2)濾棒區域粗定位：通過固定閾值分割、水平方向累加、自適應閾值分割得到濾棒區域的上下限；(3)濾棒區域精確定位；(4)使用濾棒區域內歸一化水平近鄰差分響應均值構造稀疏矩陣，并在復合濾棒的不同區域選擇種子線配合稀疏矩陣構造線性方程組，通過線性方程組的解對濾棒區域進行段標記，找出段標記的分界線位置；(5)在上一步找出的段分界處選取一小段圖像重復上一步操作，尋找新的段準分界線位置；(6)確定的最終的分界線位置；本發明專利技術測量速度快，精度高，對樣品無損傷且照明和安裝方式簡單，可輕松集成于現有濾棒生產線之上。

Method for measuring length of air duct composite filter rod based on visual inspection

The invention discloses a hollow composite filter based on visual inspection rod long measurement method, which comprises the following steps: (1) the image acquisition and pretreatment; (2) filter rod region coarse localization: through fixed threshold segmentation, adaptive threshold segmentation, the cumulative horizontal direction obtained upper and lower filter rod region (3); the filter area accurately positioning; (4) the use of filter stick area normalization level neighbor difference response mean structure of sparse matrix, and the composite filter stick with sparse matrix linear equations in different regions of the seed selection line, through the solution of linear equations of section marking on the filter area, find out the position of boundary between segment marks; (5) segment boundaries found in the previous step to select a short repeat image on the step of the operation, to find a new section of the quasi separatrix position; (6) to determine the final boundary location; the invention of fast measuring speed The utility model has the advantages of high accuracy, no damage to the sample, simple lighting and installation method, and easy integration on the existing filter rod production line.

【技術實現步驟摘要】
一種基于視覺檢測的空管復合濾棒段長測量方法
本專利技術屬于視覺測量領域，特別涉及一種基于視覺檢測的空管復合濾棒段長測量方法。
技術介紹
香煙中的過濾嘴可以降低煙草對吸煙者健康的影響，因此，煙草公司在過濾嘴上投入的研發成本也隨著煙民健康意識的強化而不斷地增加，各種各樣的過濾嘴也層出不窮，如醋纖濾嘴、紙濾嘴、紙醋濾嘴、空管復合濾嘴等。濾棒是濾嘴生產的中間產品，是指以過濾材料(如煙用纖維絲束等)為原料，加工卷制而成的具有過濾性能并有一定長度(如100mm)的圓形棒材，主要技術指標有長度、圓周、吸阻、硬度、圓度、含水率及部分外觀指標。復合濾棒是兩種或兩種以上濾材，按照不同的規格和結構組合而成的濾棒，一般都具有高吸附力，能有效的過濾煙氣中焦油和煙堿，同時減少醋纖絲束的用量。段長是復合濾棒最關鍵的技術指標之一，在產品質量控制上起著非常重要的作用。因此，濾棒生產企業都會通過抽樣測量的方式對產品質量進行評估。目前主要使用的方式有切割后手工測量和切割后激光測量兩種方式，但都屬于有損測量的范疇，無法實現在線全檢或無損傷抽檢。而且，手工測量的誤差大，效率低，對產品質量控制來說隨意性太大。
技術實現思路
本專利技術提供了一種基于視覺檢測的空管復合濾棒段長測量方法，其目的在于克服現有技術中光測量和人工測量方法中對產品有損的問題，通過可見光成像加圖像處理分析的方法，在實現了在線測量、提高了測量精度的情況下，大大提高了測量效率。一種基于視覺檢測的空管復合濾棒段長測量方法，包括以下步驟：步驟1：采集空管復合濾棒在藍色背光照明下的原始圖像，并對原始圖像進行濾波處理；步驟2：對經步驟1濾波后的濾波圖像進行二值化處理，在垂直方向上粗定位空管復合濾棒所在二值化圖像中的垂直坐標區間[y1,y2]；步驟3：獲取原始圖像中濾棒區的旋轉角度，并進行相應的旋轉矯正；從經步驟1濾波后的濾波圖像Io中取出垂直坐標區間[y1,y2]對應的第一精定位子圖I01，并對第一精定位子圖進行邊緣點提取，利用提取的邊緣點進行直線擬合，獲取擬合直線與水平軸的夾角，并對濾波圖像Io進行反向夾角旋轉矯正，獲得旋轉矯正圖Iro；步驟4：從旋轉矯正圖像Iro中定位空管復合濾棒上邊界和下邊界；從旋轉矯正圖像Iro中分別在垂直坐標區間[y1-(y2-y1)/2,y2-(y2-y1)/2]和[y1+(y2-y1)/2,y2+(y2-y1)/2]的空管復合濾棒上邊界和下邊界區域子圖Ir1和Ir2，并在空管復合濾棒上邊界和下邊界區域子圖Ir1和Ir2圖中計算縱向Sobel邊緣響應并進行水平方向累積，提取累積最大值位置作為空管復合濾棒上邊界和下邊界步驟5：從濾波圖像Io中提取垂直坐標區間的第二精定位子圖Ilr，并利用積分函數的二階差分響應極值求取第二精定位子圖Ilr中空管復合濾棒的左邊界和右邊界步驟6：以空管復合濾棒的上、下、左、右邊界從濾波圖像Io中提取空管復合濾棒區域Idc，并對空管復合濾棒區域進行初始段標記；以空管復合濾棒區域內每一列像素的歸一化水平近鄰差分響應均值構造稀疏矩陣，并在空管復合濾棒的不同區域隨機選擇種子線配合稀疏矩陣構造線性方程組；以種子線在圖Idc中的列號p在線性方程組的解的第p個位置處插入零，形成行向量Xm，m為種子線編號，將所有Xm按順序寫入標記矩陣Mar中，標記矩陣Mar的大小為S為種子線數量；在標記矩陣Mar中求每一列的最大值，記錄最大值所在的行號為flag(i)；取flag的躍變點所對應的圖像上橫坐標位置作為第一次分界位置；以第一次分界位置對空管復合濾棒區域進行初始段標記；步驟7：構建準分界線矩陣；以第一次分界位置兩側等寬區域內每一列的歸一化水平近鄰差分響應均值重新構造稀疏矩陣，并結合區域兩側邊界為新的種子線構造線性方程組，求解線性方程組在第一次分界位置兩側分別獲得兩個新的準分界位置，作為第二次分界位置，以第一次分界位置和第二次分界位置，構建準分界線矩陣；步驟8：在準分界線矩陣中，從同一列的準分界線位置中選取近鄰塊差分絕對值最大的位置作為精準分界線位置，完成對空管復合濾棒的精準段標記，并獲得各段的長度測量值。進一步地，所述以列像素的歸一化水平鄰近差分響應均值構造的稀疏矩陣M如下：其中，稀疏矩陣大小為n×n，n為濾棒區域寬度；F(j)為圖像中第j列像素的水平近鄰差分均值，F*(j)是F(j)歸一化值，Fe(j)是F*(j)的指數化值；λ為指數化縮放因子，取值為10；min(F)和max(F)分別是所有F(j)中的最小值和最大值；Idc(i,j)表示空管復合濾棒區域Idc中像素點(i,j)的像素值；n表示空管復合濾棒區域Idc中像素列數；Fe(j)＝exp(-F*(j)λ)，進一步地，所述利用種子線和稀疏矩陣構造線性方程組過程如下：首先，獲取所有種子線所在圖像中的列號值p；其次，依次將稀疏矩陣M中的第p行和第p列刪除，得到線性方程組的系數矩陣Q；最后，依次將稀疏矩陣中位于第p行、第p列中的元素刪除，得到線性方程組的常數項部分b，完成線性方程組Qx＝b的構造；其中，xm是線性方程組解向量中的第m個待求的相關性向量元素。進一步地，所述精準分界線位置的求解具體過程如下：步驟A：按照以下公式計算每個準分界位置處的大面積差分DifG|Loc＝Dema(i,j)：其中，Radius為差分半徑，Dema(i,j)表示準分界線矩陣中位于第i行、第j列的元素，Idc(x,y)表示空管復合濾棒區域Idc中像素點(x,y)的像素值；步驟B：在準分界線矩陣的每一列中，取能使大面積差分值最大的分界位置，作為最終的精準分界位置Dema*(i)；Dema*(i)＝Dema(LocY(max(abs({DifG|Loc＝Dema(i,j)})))),j＝1,2,3；其中，abs表示取絕對值，max表示取最大值，LocY表示其括號中所取元素所在行號。進一步地，所述空管復合濾棒各段的長度測量值按如下公式計算：LenSect(2)＝Presion*(Dema*(2)-Dema*(1))LenSect(3)＝Presion*(Dema*(3)-Dema*(2))LenSect(4)＝Presion*(Dema*(4)-Dema*(3))其中，Presion是像素精度，是物理長度和像素長度的比值。Presion用于將圖像中檢出的段長值(單位：像素)轉換為物理段長長度。進一步地，所述空管復合濾棒所在二值化圖像中的垂直坐標區間[y1,y2]的獲取過程如下：首先，計算二值化后的圖像中每行的像素累加值Ay(j)：其次，在Ay上進行基于均值聚類方法的自適應閾值提取，當相鄰兩次提取的閾值變化小于1時停止，Ay表示所有行的像素累加值的集合：其中，取Width為圖像寬，card表示取集合中元素的個數，Ay(j)中大于的元素組成集合小于的元素組成集合和由在Ay內確定，和由在Ay內確定；最后，使用自適應閾值將Ay二值化到0和1上，提取最寬的明區間作為濾棒或濾棒夾持孔所在y方向上的區間[y1,y2]。進一步地，在步驟3中，對第一精定位子圖進行邊緣點提取前，使用1行Width/10列的結構元素對第一精定位子圖進行一次灰度形態學閉操作處理，并對處理結果采用縱向Sobel算子進行邊緣提取，以縱向Sobel算子響應圖像中每一列中的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于視覺檢測的空管復合濾棒段長測量方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：采集空管復合濾棒在藍色背光照明下的原始圖像，并對原始圖像進行濾波處理；步驟2：對經步驟1濾波后的濾波圖像進行二值化處理，在垂直方向上粗定位空管復合濾棒所在二值化圖像中的垂直坐標區間[y

【技術特征摘要】
1.一種基于視覺檢測的空管復合濾棒段長測量方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：采集空管復合濾棒在藍色背光照明下的原始圖像，并對原始圖像進行濾波處理；步驟2：對經步驟1濾波后的濾波圖像進行二值化處理，在垂直方向上粗定位空管復合濾棒所在二值化圖像中的垂直坐標區間[y1,y2]；步驟3：獲取原始圖像中濾棒區的旋轉角度，并進行相應的旋轉矯正；從經步驟1濾波后的濾波圖像Io中取出垂直坐標區間[y1,y2]對應的第一精定位子圖I01，并對第一精定位子圖進行邊緣點提取，利用提取的邊緣點進行直線擬合，獲取擬合直線與水平軸的夾角，并對濾波圖像Io進行反向夾角旋轉矯正，獲得旋轉矯正圖Iro；步驟4：從旋轉矯正圖像Iro中定位空管復合濾棒上邊界和下邊界；從旋轉矯正圖像Iro中分別在垂直坐標區間[y1-(y2-y1)/2,y2-(y2-y1)/2]和[y1+(y2-y1)/2,y2+(y2-y1)/2]的空管復合濾棒上邊界和下邊界區域子圖Ir1和Ir2，并在空管復合濾棒上邊界和下邊界區域子圖Ir1和Ir2圖中計算縱向Sobel邊緣響應并進行水平方向累積，提取累積最大值位置作為空管復合濾棒上邊界和下邊界步驟5：從濾波圖像Io中提取垂直坐標區間的第二精定位子圖Ilr，并利用積分函數的二階差分響應極值求取第二精定位子圖Ilr中空管復合濾棒的左邊界和右邊界步驟6：以空管復合濾棒的上、下、左、右邊界從濾波圖像Io中提取空管復合濾棒區域Idc，并對空管復合濾棒區域進行初始段標記；以空管復合濾棒區域內每一列像素的歸一化水平近鄰差分響應均值構造稀疏矩陣，并在空管復合濾棒的不同區域隨機選擇種子線配合稀疏矩陣構造線性方程組；以種子線在圖Idc中的列號p在線性方程組的解的第p個位置處插入零，形成行向量Xm，m為種子線編號，將所有Xm按順序寫入標記矩陣Mar中，標記矩陣Mar的大小為S為種子線數量；在標記矩陣Mar中求每一列的最大值，記錄最大值所在的行號為flag(i)；取flag的躍變點所對應的圖像上橫坐標位置作為第一次分界位置；以第一次分界位置對空管復合濾棒區域進行初始段標記；步驟7：構建準分界線矩陣；以第一次分界位置兩側等寬區域內每一列的歸一化水平近鄰差分響應均值重新構造稀疏矩陣，并結合區域兩側邊界為新的種子線構造線性方程組，求解線性方程組在第一次分界位置兩側分別獲得兩個新的準分界位置，作為第二次分界位置，以第一次分界位置和第二次分界位置，構建準分界線矩陣；步驟8：在準分界線矩陣中，從同一列的準分界線位置中選取近鄰塊差分絕對值最大的位置作為精準分界線位置，完成對空管復合濾棒的精準段標記，并獲得各段的長度測量值。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述以列像素的歸一化水平鄰近差分響應均值構造的稀疏矩陣M如下：其中，稀疏矩陣大小為n×n，n為濾棒區域寬度；F(j)為圖像中第j列像素的水平近鄰差分均值，F*(j)是F(j)歸一化值，Fe(j)是F*(j)的指數化值；λ為指數化縮放因子，取值為10；min(F)和max(F)分別是所有F(j)中的最小值和最大值；Idc(i,j)表示空管復合濾棒區域Idc中像素點(i,j)的像素值；n表示空管復合濾棒區域Idc中像素列數；Fe(j)＝exp(-F*(j)λ)，3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用種子線和稀疏矩陣構造線性方程組過程如下：首先，獲取所有種子線所在圖像中的列號值p；其次，依次將稀疏矩陣M中的第p行和第p列刪除，得到線性方程組的系數矩陣Q；最后，依次將稀疏矩陣中位于第p行、第p列中的元素刪除，得到線性方程組的常數項部分b，完成線性方程組Qx＝b的構造；其中，xm是線性方程組解向量中的第m個待求的相關性向量元素。4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述精準分界線位置的求解具體過程如下：步驟A：按照以下公式計算每個準分界位置處的大面積差分Dif...

【專利技術屬性】
技術研發人員：毛建旭，張耀，王耀南，劉彩蘋，吳成中，楊鵬，鐘杭，劉俊陽，
申請(專利權)人：湖南大學，
類型：發明
國別省市：湖南,43