基于圖像處理的型坯直徑非接觸測量方法研究

1、基于圖像處理的型坯直徑非接觸測量方法研究擠出吹塑成型是一種生產(chǎn)塑料容器的加工過程，型坯的成型是擠出吹塑中一個(gè)相當(dāng)重要的階段。型坯成型對吹塑制品的性能與成本均有很大影響，若能在這個(gè)階段在線檢測出型坯吹脹前的尺寸，則可用最少的原料消耗獲得所要求的制品性能。目前，國內(nèi)外較先進(jìn)的型坯壁厚的控制也只是按照型坯在長度方向上的位置查表得出厚度設(shè)定值，然后用等設(shè)備舉行(開環(huán))程序控制，并不能形成閉環(huán)控制，而且要經(jīng)過不斷地嘗試才干獲得愜意的設(shè)定值。為了實(shí)現(xiàn)型坯壁厚的閉環(huán)控制，就必需對型坯的直徑分布和壁厚分布舉行在線測量，這是目前尚未很好解決的問題。本文針對型坯直徑分布的在線檢測問題，通過攝像機(jī)挺直拍攝型坯輪廓圖

2、像，運(yùn)用數(shù)字圖像處理技術(shù)對采集到的圖像舉行處理和分析，實(shí)時(shí)提取目標(biāo)的幾何特征，即型坯的直徑分布，實(shí)現(xiàn)型坯直徑的實(shí)時(shí)在線檢測。這將為實(shí)現(xiàn)擠出吹塑成型加工過程質(zhì)量的實(shí)時(shí)閉環(huán)控制提供條件。2 測量機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與安裝擠出吹塑成型中擠出機(jī)使原料熔融，并從機(jī)頭擠出型坯，圖1是現(xiàn)場拍攝的機(jī)頭及擠出型坯圖像。因?yàn)樾团鳒囟雀哌_(dá)200左右，且型坯是熔融狀態(tài)，采納接觸式測量是幾乎不行能的。然而，擠出型坯是半透亮管狀的并且外輪廓清楚可辨。因此，本文提出基于圖像處理技術(shù)的非接觸測量辦法。挑選合適的照明計(jì)劃是數(shù)字圖像處理的關(guān)鍵步驟。假如光源配置恰到益處，攝像機(jī)就能夠拍攝到對照度高、背景與目標(biāo)物體簡單區(qū)別的圖像，這對下一步的

3、圖像處理將起到事半功倍的作用。從圖1可以看出，型坯背后是擠出機(jī)并且擠出型坯是半透亮管狀，這打算了不適合采納背部光源照明，由于型坯的透光性使獲得的圖像對照度不高，不利于圖像的處理。需要解釋的是，為了更簡單區(qū)別目標(biāo)物體與背景，試驗(yàn)中用法黑色材料做為背景。本文采納正面散射光照明方式。散射光照耀物體正面，光芒比較嚴(yán)厲，沒有方向性，對型坯表面能削減強(qiáng)光，光源的安裝易于實(shí)現(xiàn)；但是部分邊緣可能產(chǎn)生含糊。光源和攝像機(jī)的安裝位置2所示，攝像機(jī)安裝于左右光源的中間，能夠拍攝到的型坯長度大約為250ram。相應(yīng)硬件設(shè)備的挑選設(shè)計(jì)如下：1)光源：采納日光燈做為光源，得到的效果較為愜意。假如要獲得更好的效果，可采納平面

4、光源，但是將加大運(yùn)行成本。2)光學(xué)鏡頭：采納6倍變焦鏡頭。其技術(shù)指標(biāo)為：視角是31355。、焦距是8551mm、光圈是f1216c。3)ccd 攝像機(jī)：采納臺灣mintron的ms-2821c黑白工業(yè)攝像機(jī)。辨別率是795(h)×596(v)，ccd尺寸為l/2英寸，最小照度為 002lux/ f12。在型坯輪廓圖像的處理中，拍攝的型坯長度約為250mm，最長直徑約為45mm。因?yàn)閏cd攝像機(jī)的水平像素為795，可得 250mm/795031447mm/像素，所以長度為45mm的直徑大約用143個(gè)像素來表示。如果有一個(gè)像素的測量誤差，直徑的誤差將為1 /14307。可見，圖像辨別率是

5、制約檢測精度的關(guān)鍵因素，挑選高辨別率的圖像采集設(shè)備則是提高測量精度的有效途徑。4)圖像采集卡：采納基于pci的ok系列圖像采集卡，ok系列圖像采集卡因?yàn)椴杉{了高精度gen lock技術(shù)和線性箝位技術(shù)，所采集的圖像點(diǎn)陣位置精度高，a/d轉(zhuǎn)換后的數(shù)字視頻信號誤差小，采樣點(diǎn)的顫動不大于3ns，高檔卡可達(dá)ins，傳輸速度最高可達(dá)132mhz。因?yàn)椴杉{了匹配式的高速傳輸方式，加上完美的軟硬件中斷處理，在向內(nèi)存采集圖像的同時(shí)，cpu可以自立做其它圖像處理工作，這種圖像采集與cpu圖像處理的共享總線技術(shù)為并行圖像處理提供了技術(shù)基礎(chǔ)，使cpu獲得了大量的時(shí)光用于處理。因?yàn)橥ㄟ^高速pci總線可實(shí)現(xiàn)挺直采集圖像到

6、vga顯存或主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存，而不必像傳統(tǒng)at總線的采集卡必需自帶幀存。這不僅可以使圖像挺直采集到vga，實(shí)現(xiàn)單屏工作方式，而且可以利用pc機(jī)內(nèi)存的可擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)所需數(shù)量的序列圖像逐幀延續(xù)采集，舉行序列圖像處理分析。此外，因?yàn)閳D像可挺直采集到主機(jī)內(nèi)存，圖像處理可挺直在內(nèi)存中舉行，因此圖像處理的速度隨cpu速度的不斷提高而得到提高，因而使得對主機(jī)內(nèi)存的圖像舉行并行實(shí)時(shí)處理成為可能。本文所采納的圖像采集卡是ok-c80m。它是基于pci總線，多路復(fù)合視頻輸入的實(shí)時(shí)采集卡。ok-c80m是可32位彩色格式采集和8位黑白格式采集的彩色黑白兩用采集卡，且metoer兼容。 ok-c80m適用于圖像處理、工業(yè)

7、監(jiān)控和多媒體的壓縮、處理等討論開發(fā)和工程應(yīng)用領(lǐng)域。3 型坯直徑測量的實(shí)現(xiàn)31 圖像采集與處理1)安裝圖像檢測設(shè)備。調(diào)節(jié)ccd攝像機(jī)與型坯之間的距離；保證ccd攝像機(jī)位于水平位置上，使得ccd芯片垂直方向上的列像素與型坯軸線共面，這樣可以削減計(jì)算型坯外徑像素?cái)?shù)的誤差。2)圖像的采集。攝像機(jī)輸出的模擬視頻信號銜接到計(jì)算機(jī)pci插槽上的圖像采集卡，設(shè)置圖像采集卡參數(shù)，用軟件拍攝型坯圖像，并存儲到計(jì)算機(jī)內(nèi)存或硬盤里面，作為下一步的圖像處理用法。3)圖像預(yù)處理。對采集到的型坯圖像舉行平滑處理，盡可能消退噪聲的干擾，充實(shí)圖像質(zhì)量，削減噪聲對測量精度的影響。4)邊緣提取和圖像分割。對平滑后的圖像運(yùn)用邊緣檢測

8、算子或灰度閾值分割法提取型坯外輪廓的邊緣圖像。5)邊緣曲線的跟蹤和銜接。由邊緣提取所得到邊緣圖像含有干擾小線段，為了檢測出實(shí)用的目標(biāo)邊緣曲線，需對型坯邊緣曲線舉行跟蹤和銜接，去除干擾小線段。6) 型坯直徑的檢測。對終于得到的型坯外輪廓邊緣圖像自下向上行掃描，得到型坯左邊緣點(diǎn)坐標(biāo)為，右邊緣點(diǎn)坐標(biāo)為，則通過容易計(jì)算可以得到型坯直徑分布。32 型坯直徑的檢測辦法型坯直徑的測量是通過對型坯輪廓圖像的邊緣檢測來實(shí)現(xiàn)的。邊緣檢測有兩種基本辦法：一種是采納邊緣檢測算子舉行邊緣提取，另一種是采納灰度閾值分割法舉行邊緣提取。從roberts算子、 sobel算子、log算子、canny算子和灰度閾值分割法所得到

9、的檢測結(jié)果可知，灰度閾值分割辦法其算法效率高、檢測結(jié)果較好，最適合于型坯輪廓邊緣的檢測。由型坯輪廓邊緣二值圖像求取型坯直徑很簡單實(shí)現(xiàn)的。假設(shè)擠出的型坯其軸線是垂直于水平面的，某一小段型坯的直徑可以看成是水平直線與輪廓邊緣的兩個(gè)交點(diǎn)之間的距離。實(shí)現(xiàn)辦法為：1)按行掃描邊緣二值圖像，若該行像素點(diǎn)灰度值全為0，則檢測下一行，否則執(zhí)行下一步。2)若檢測到某像素點(diǎn)灰度值為255，則推斷其右邊像素點(diǎn)灰度值是否為255。若是，則跳過該行不檢測，繼續(xù)檢測下一行；否則，執(zhí)行下一步。3)已經(jīng)檢測到左邊緣點(diǎn)的坐標(biāo)，繼續(xù)該行的檢測，掃描右邊緣點(diǎn)。假如檢測到，則計(jì)算兩邊緣點(diǎn)問的距離并保存，繼續(xù)檢測下一行；否則挺直繼續(xù)檢測下一行。圖3是對邊緣二值圖像舉行直徑檢測的結(jié)果，檢測的點(diǎn)間隔為10個(gè)像素，型坯長度約為630個(gè)像素。其中，圖3(a)是對灰度閾值分割法得到的邊緣輪廓舉行處理的結(jié)果，圖3(b)是對canny算子檢測到的邊緣輪廓舉行處理的結(jié)果。兩種算法得到的直徑分布基本全都。4 結(jié)論通過攝像機(jī)挺直拍攝型坯輪廓圖像，運(yùn)用數(shù)字圖像處理技術(shù)對采