一種棉花異纖剔除裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術涉及紡織自動化儀器技術領域中的一種棉花異纖剔除裝置，包括多個面陣CCD相機組成的圖像采集單元（8），CPU+GPU異構系統組成的圖像處理單元（9）及雜質剔除執行單元（10）和其他輔助單元。通過采用多個面陣CCD相機組成的陣列既滿足了對雜質分辨率的要求同時又降低了相機的成本，相機接口更簡單；采用CPU+GPU異構系統組成的圖像處理單元，GPU并行進行圖像數據的處理，而CPU負責輔助GPU完成運算以及其他顯示和控制方面的任務，這樣使CPU和GPU各自發揮自己的優勢，使整個裝置能夠滿足工業現場對實時性的嚴格要求。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及光電一體化及自動化領域，具體涉及一種采用CCD面陣相機陣列及GPU并行處理技術的棉花異纖剔除裝置。
技術介紹
棉花在采摘、晾曬、扎花及運輸過程中不可避免的會混入諸如頭發絲、麻絲、羽毛、紙片等異性纖維(俗稱“三絲”)，異纖纖維的混入造成棉紡制品的質量下降，給企業造成巨大的損失，故棉花異性纖維的清除是紡織品工藝中不可或缺的步驟。隨著機器視覺及自動化檢測技術的發展，棉花自動異纖清除裝置也隨之產生。現有的基于機器視覺的棉花異纖剔除裝置絕大部分采用的都是線陣CCD相機，線陣相機價格昂貴、需要專有的圖像采集卡及電源，同時線陣相機的鏡頭體積很大、價格昂貴且鏡頭焦距較大使得物距很遠從而使圖像采集單元占用很大的空間；其次圖像處理部分單元或采用專用的硬件方式來實現圖像處理(典型的是DSP及FPGA)，這勢必造成開發難度的加大，或采用降低棉流運動速度及簡化圖像處理算法的方式來滿足在線檢測的需求，這都不太滿足工業生產的需求。
技術實現思路
針對現有棉花異纖剔除裝置的不足，本技術對現有棉花異纖剔除裝置進行了一些改進，采用多個面陣CCD相機陣列作為圖像采集單元，采用CPU+GPU異構系統作為圖像處理單元，其中GPU負責圖像算法的運算，而CPU則輔助GPU完成運算及完成圖像采集、顯示等控制相關的操作，GPU和CPU各自做它們擅長的事情，使圖像處理速度及處理效果都能滿足工業現場的需求。本技術是通過以下技術方案實現的:包括檢測通道、圖像采集單元、圖像處理單元、執行單元和電磁閥；圖像采集單元由面陣CCD相機陣列、前向照明光源、背向照明光源組成；前向照明光源與面陣相機陣列位于檢測通道的同一側，背向照明光源位于檢測通道的另一側且正對著相機陣列；前向照明光源由上下兩部分組成且與檢測通道的軸向成四十五度角設置，前向照明光源和背向照明光源都由四根高亮的高頻熒光燈組成；面陣相機陣列位于前向照明光源上下兩部分的正中間；采集到的圖像數據通過USB線傳送至圖像處理單元中；圖像處理單元將圖像處理結果輸出相應的控制數據經USB傳送給執行單元的單片機，單片機控制相應電磁閥的開啟與關閉。面陣CCD相機陣列通過螺栓固定在相機固定底座鋼板上，相機固定底座鋼板上設有兩條與螺母等寬度的縫隙，面陣CCD相機在縫隙中自由移動；相機固定底座鋼板通過螺栓安裝在高度自由調整的鋼條支架上，這樣相機陣列能夠根據需要拍攝的面積靈活調整左右位置及上下高度，同時選用可變焦的面陣相機鏡頭，使每個相機拍攝到的圖像面積能根據需要靈活的調整，這樣能非常方便的使相鄰相機拍攝的視場剛好相交，不致于產生重疊。為了能同時拍攝檢測通道兩個表面的圖像，在檢測通道的兩邊都安裝了圖像采集單元。采集到的圖像數據直接通過USB線傳送至圖像處理單元中。圖像處理單元采用CPU+GPU異構系統作為圖像處理單元，GPU處理圖像數據的算法，CPU輔助GPU完成運算及控制。圖像處理單元通過在普通工控機里安裝高性能的顯卡組成，采用CPU+GPU異構系統并行的處理采集到的圖像數據，極大地縮短圖像處理時間，滿足工業現場在線高速檢測的要求。本技術的有益效果如下:1、本技術的相機采用面陣(XD相機陣列，相機成本低，相機只需通過USB與PC機就可進行數據傳輸，不需要額外配置電源，且面陣相機的鏡頭體積小、價格便宜、焦距小可使相機離拍攝面很近，使得整個圖像采集單元的成本及占用的空間都顯著下降。2、本技術的圖像處理單元采用CPU+GPU異構系統的構架，GPU通過并行處理圖像數據，大大縮短了圖像處理算法的時間，CPU能更專注于控制方面的內容，使裝置既滿足實時性的要求又能滿足異纖雜質識別率的要求。附圖說明圖1是本技術的裝置結構示意圖。圖2是本技術的相機陣列安裝結構圖。圖3是本技術的相機陣列拍攝視場示意圖。圖4是本技術的裝置工作框圖。圖5是本技術的CPU+GPU異構系統的示意圖。圖中，1，入棉口 ；2，檢測通道；3，剔除區域；4，出棉口 ；5，棉流管道；6，背向照明光源；7，前向照明光源；8，面陣CCD相機陣列；9，圖像處理單元；10，執行單元；11，電磁閥；12，高壓儲氣罐；13，異纖收集箱；14，風機；15，相機固定底座鋼板；16，安裝縫隙；17，底座鋼板安裝螺孔；18，面陣相機；19，相機鏡頭；20，相機底座；21，相機固定螺孔。具體實施方式從圖1可以看出本技術的具體工作過程。本技術的工作過程如下:含有異性纖維的棉花首先經過開松后，形成約10_厚的棉層從入棉口 I進入棉花異纖檢測通道5中，在牽引風機14的作用下棉層高速通過檢測區域2，面陣CCD相機陣列8在高亮度照明光源6和7的照射下拍攝棉流圖像，圖像數據通過USB線送到由CPU+GPU異構系統組成的圖像處理單元9中，經9中的高性能GPU快速并行處理后，再將檢測到的異纖雜質結果通過USB接口傳送到噴嘴控制電路10的單片機中，單片機根據檢測區與除雜區的距離和棉流運動速度經過一定延時后，控制對應的電磁閥11開啟一段時間，高壓儲氣罐12中的高壓氣體噴出將對應位置的異性纖維清除，異性纖維被吹入雜質搜集箱13中，當雜質收集箱13中的異性纖維達到一定量后再被一同清理掉，而不含異纖纖維的棉花則從出棉口 4進入下一道工序，從而完成棉花異性纖維的在線快速自動清除。本技術的圖像采集單元采用面陣C⑶相機陣列8，為滿足工業現場幅寬及異纖雜質分辨率的要求，一般需要4個面陣相機橫向排列。由圖2的面陣CCD相機陣列8的相機陣列安裝結構圖可以看出:相機固定底座鋼板15和兩個狹長的安裝縫隙16，這樣面陣相機18在安裝的過程中就可以根據現場的實際情況進行左右的移動實現拍攝寬度的調整，相機通過相機底座20的相機固定螺孔21經安裝縫隙16由螺絲固定在相機固定底座鋼板15上，這樣就實現了安裝時的靈活調試以及工作時的穩定牢固，相機鏡頭19選用焦距較小的可變焦鏡頭實現拍攝區域大小的調整，而整個底座鋼板通過四周的底座鋼板安裝螺孔17由螺絲固定在高度可調的支架上，實現對不同環境的靈活調整，滿足不同條件的需要。相機拍攝的圖像區域示意圖如圖3所示，使每個相機的拍攝區域緊密相接，避免漏拍的現象發生。如圖4所示，當棉流高速地從圖像采集窗口流過時，高速的面陣(XD相機采集棉花圖像，這里假設面陣相機為640*480個像素點，拍攝寬度為2(T30cm，為滿足工業現場1.2m幅寬的需求，采用4個面陣相機并排組合的方式如圖2所示，這樣4個相機同時將1.2m寬的棉流圖像采集到，然后經USB線將圖像數據傳輸到PC機內存中，由于面陣相機一次就完成一幀圖像的采集，所以對光照的均勻性及亮度均提出了很高的要求；每一幀圖像所拍攝的高度也是有要求的，假設面陣相機每秒能夠采集60幀的圖像數據，則每幀圖像花費平均時間為1/60=16.7ms,設棉流的速度為10m/s,為了使棉花不出現漏拍的情況,則每巾貞圖像所拍攝棉花的高度至少為16.7cm,由于相機的像素為640*480，為滿足比例關系，當拍攝的寬度為30cm時高度為22.5cm，可通過適當減小寬度使拍攝圖像的高度在17cm左右，這樣就能夠滿足棉流拍攝的連續性而不出現漏拍的現象，且相鄰上下幀圖像只出現小部分的重疊區域。由于每幀圖像數據產生的時間間隔平均本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種棉花異纖剔除裝置，其特征在于，包括檢測通道（2）、圖像采集單元、圖像處理單元、執行單元（10）和電磁閥（11）；圖像采集單元由面陣CCD相機陣列（8）、前向照明光源（7）、背向照明光源（6）組成；前向照明光源（7）與面陣CCD相機陣列（8）位于檢測通道（2）的同一側，背向照明光源（6）位于檢測通道（2）的另一側且正對著面陣CCD相機陣列（8）；前向照明光源（7）由上下兩部分組成且與檢測通道的軸向成四十五度角設置，前向照明光源（7）和背向照明光源（6）都由四根高亮的高頻熒光燈組成；面陣CCD相機陣列（8）位于前向照明光源（7）上下兩部分的正中間；采集到的圖像數據通過USB線傳送至圖像處理單元（9）中；圖像處理單元（9）將圖像處理結果輸出相應的控制數據經USB傳送給執行單元（10）的單片機，單片機控制相應電磁閥（11）的開啟與關閉。

【技術特征摘要】
1.一種棉花異纖剔除裝置，其特征在于，包括檢測通道(2)、圖像采集單元、圖像處理單元、執行單元(10)和電磁閥(11);圖像采集單元由面陣C⑶相機陣列(8)、前向照明光源(7)、背向照明光源(6)組成；前向照明光源(7)與面陣C⑶相機陣列(8)位于檢測通道(2)的同一側，背向照明光源(6)位于檢測通道(2)的另一側且正對著面陣C⑶相機陣列(8)；前向照明光源(7)由上下兩部分組成且與檢測通道的軸向成四十五度角設置，前向照明光源(7)和背向照明光源(6)都由四根高亮的高頻熒光燈組成；面陣CCD相機陣列(8)位于前向照明光源(7)上下兩部分的正中間；采集到的圖像數據通過USB線傳送至圖像處理單元(9)中；圖像處理單元(9)將圖...

【專利技術屬性】
技術研發人員：熊湘，張榮標，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：實用新型
國別省市：