CN105574845A - 一种多相机阵列烟标叠层数量测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多相机阵列烟标叠层数量测量方法及装置，该方法的步骤为：(1)设置、调节成像装置；(2)获取烟标叠层扫描图像：利用相机阵列获取多幅具有足够重叠区域的毗邻叠层端面图像，采集到的图像传送到计数模块；(3)各部分重叠毗邻图像经图像校正、最大窄条方向场线检测和点线对偶图像拼接等处理，实现完整叠层端面图像重构，最后经垂直截线抽样统计完成烟标总数测量。本发明具有测量精度高、实时性强、适用范围广、操作简便优点。

Description

一种多相机阵列烟标叠层数量测量方法及装置

技术领域

本发明主要涉及印刷与包装行业印后分装计数领域，特指一种多相机阵列烟标叠层数量测量方法及装置。

背景技术

烟标是烟草制品的包装盒，属于高端印刷产品。烟标在印刷完成后，需要对批量产品进行精确计数和分装，这既是对存货量的控制，也是为了实现与下一工序的衔接。传统机械或气动计数装置存在损坏纸张、形成划痕等风险，所以较少应用于烟标计数。基于机器视觉的方法由于无损耗、误差低等优点得到了广泛的运用。其中无损、高叠层烟标实时数量检测装置有着迫切的需求。但是普通单一相机无法在高分辨率与大测量范围间平衡，无法实现对超高叠层烟标图像的采集工作，所以单一相机无法完成高叠层纸张的计数任务。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种多相机阵列烟标叠层数量测量方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多相机阵列烟标叠层数量测量方法，包括以下步骤：

1)根据烟标厚度改变相机焦距，保证采集的图像清晰可辨，并调节相机位置水平放置，调节毗邻相机视场，使毗邻相机视场首尾端存在五分之一重叠区域；

2)利用多相机获取毗邻叠层纸张图像，形成毗邻图像序列；

3)对所述毗邻图像序列经过图像校正、最大窄条方向场线检测、点线对偶图像拼接和截线抽样统计计数处理，得到多相机阵列烟标叠层数量。

本发明图像校正的方法为：利用成像槽明显特征确定图像位置信息，将两幅图像分别以整幅图像正中间位置作为中心旋转±10°的角度，使两幅图像对齐到同一个二维坐标平面上，从而实现对毗邻图像序列进行初步校正。

本发明采用最大窄条方向场线检测进行直线检测：其特征在于，采用最大窄条方向场线检测对初步校正后的图像进行线检测：采用固定长度、方向各异的线段来近似图像边缘，这种线段即窄条，通过窄条，根据初步校正后的图像的纸张端面条纹和间隙具有不同灰度线性的特征，构造方向各异的方向场，即通过方向各异的窄条对初步校正后的图像进行滤波并选取窄条领域中强度最大方向构造方向场，并根据方向场的一致性和流线跟踪长度确定检测到的初步校正后的图像的直线，局部区域方向场最大窄条所在位置就是检测到的直线。

本发明采用点线对偶的图像拼接方法对最大窄条方向场线检测后的图像进行图像拼接：首先把(x-y)图像空间的直线通过radon变换转化为(θ-ρ)对偶空间的点，然后把(θ-ρ)空间中欧氏距离不大于1的对偶点进行合并融合，将邻近的对偶点融合为一个单独的对偶点，从而毗邻图像中的模板图像和目标图像中的对偶点分别形成模板对偶点集和目标对偶点集；最后分别在旋转空间和平移空间中计算模板对偶点集和目标对偶点集中相似度最高的对应点对，并根据对应点对找到对应的直线对，从而完成图像拼接，得到二值单像素条纹图像。

本发明截取所述二值单像素条纹图像的若干行进行遍历抽样，计算截取的行计数结果中出现频率最高的数，即众数，所得众数的值就是最终的计数结果。

本发明还提供了一种实现上述方法的装置，包括底板；所述底板上安装有支架、光源、工控机和光敏传感器；所述光敏传感器上固定有用于放置被测烟标叠层的支撑平台；所述光源面对所述被测烟标叠层；所述支架上安装有相机阵列。

所述支架上设有多个用于安装相机的安装位。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明进行模块化图像拼接，满足不同高度叠层纸张计数任务；采用先进的图像处理算法，精度高、实时性强、稳定性好、满足多种类产品检测的需求，能实现对超高叠层烟标图像的采集工作；使用方法简单、用户友好，可以在嵌入式环境下、移动端中实现。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是是具体实施例中毗邻相机重叠区域示意图；

图3是具体实施例中采集的单幅叠层纸张图像的示意图；

图4a、图4b分别是校正前毗邻两张图像，图4c、图4d分别是对应的校正图像；

图5是具体实施例中的窄条模板示意图；

图6是具体实施例中最大窄条形成的方向场示意图；

图7是具体实施例中单幅图像线检测结果示意图；

图8a、图8b、图8c、图8d分别是重叠区域若干直线、直线对应对偶点、临近对偶点迭代融合、融合后对应的直线；

图9a和图9b分别为毗邻图像重叠区域对应的直线匹配对；

图10a是毗邻图像线检测结果图；图10b是拼接结果示意图；

图11是具体实施例中截线抽样统计计数示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明多相机阵列烟标叠层纸张计数方法的流程：

(1)设置、调节成像装置：调节多相机阵列安装位置，并使得多相机视野范围存在足够的重叠区域，并根据当前批次产品的类别和叠层厚度对成像装置进行调节，主要包括相机位置移动、镜头对焦、光圈调整。

(2)获取多相机阵列扫描烟标叠层侧面图像：通过支撑平台放置烟标叠层，获取多幅带有重叠区域的扫描图像，采集到的图像直接送往直线检测和图像拼接模块。

(3)各相机采集的图像经图像校正、最大窄条方向场线检测、点线对偶图像拼接和截线抽样统计计数等处理，完成计数。

(4)完成计数后，计数结果直接送人机界面显示，用户可交互选择保存当前计数结果或退出系统。默认情况下，系统将循环往复运行，执行实时检测。

如图1所示，本发明的检测装置包括底板1、工控机7及位于被测烟标10侧面的相机采集装置、LED条形光源6，其中相机采集装置包括相机支架2以及水平同向方向垂直安装的相机3、镜头和光圈4，其中5表示其他多相机，机械加工以保证相机阵列光轴方向与成像窗口中心对齐以及多相机水平平行并存在固定的重叠区域。被测叠层烟标9放置于支撑平台8上，该支撑平台8下方安装有光敏传感器10，光敏传感器10经螺钉安装于支撑平台下方，它利用被测烟标的挪动控制LED条形光源6的开启。

本发明采用多相机阵列的方式对烟标高叠层纸张进行计数，利用多相机阵列采集存在足够重叠区域的图像序列。并对图像序列进行线特征图像拼接，相邻相机采集图像的重叠区域示意图如图2所示.

图3为具体采集的单幅图像，所采集图像的分辨率是2048×1536，灰度等级为0～255。

通过人工调节相机安装后虽然可以保证相机拍摄方向与叠层端面垂直，但相机阵列的安装角度却不能准确对齐导致图像序列错位，利用成像槽明显特征确定图像位置信息，获取图像序列旋转角度，得到偏转校正后的图像，图4a、图4b分别是校正前毗邻两张图像，图4c、图4d分别是对应校正图像。

如图5所示，为具体实施例中最大窄条方向场线检测中窄条模板的示意图，最大窄条方向场采用固定长度、方向各异的线段来近似图像边缘，这种线段称为“窄条(sticks)”，通过窄条根据纸张端面条纹和间隙具有不同灰度表现构造方向各异的方向场。方向场如图6所示，并根据方向场强弱来确定检测到的直线，局部区域中方向场最大窄条所在位置就是检测到的直线。图7即为单幅图像检测出直线的示意图，并将部分区域进行放大以便查看。

通过最大窄条方向场线检测提取出图像的直线，然后对毗邻图像进行点线对偶图像拼接，首先进行对偶点的获取,首先把(x-y)图像空间的直线通过radon变换转化为(θ-ρ)对偶空间的点。然后进行对偶点的合并融合，在(x-y)图像空间中直线由于可能噪声、污染、遮挡会出现断裂。这些断裂的直线段对应的对偶点在(θ-ρ)空间非常靠近，将欧氏距离小于一个单位长度的对偶点作为临近对偶点，通过对(θ-ρ)对偶空间中的临近对偶点进行合并融合，就得到了全新的对偶点集。图8a、图8b、图8c、图8d分别是重叠区域若干直线、直线对应对偶点、临近对偶点迭代融合、融合后对应的直线。迭代融合对偶点减少了对偶点数量，而且也提高了稳定性。最后分别在旋转空间和平移空间计算毗邻点集的变换参数，计算模板对偶点集和目标对偶点集中相似度最高的对应点对。找到对应点对也就是找到了对应直线对。图9a和图9b两幅图像分别为毗邻图像重叠区域对应的直线匹配对。并在图中标上数字以便对应查看。根据对应的直线匹配对对毗邻图像进行拼接。从而实现毗邻图像序列的拼接。

图10a是毗邻图像线检测结果图，并使用白框表示重叠区域；图10b是拼接结果示意图，并将重叠区域放大以便查看。线检测拼接后得到了二值单像素条纹图像，但仍可能存在局部间断、毛刺干扰等情况，为了使结果更加准确，本发明采用截线抽样统计计数算法计算直线总数。如图11所示，对得到的条纹图像进行截取若干行进行遍历抽样，计算截取行计数结果中出现频率最高的值即众数(mode)。所得众数即为最终的结果。

Claims (7)

1.一种多相机阵列烟标叠层数量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据烟标厚度改变相机焦距，保证采集的图像清晰可辨，并调节相机位置水平放置，调节毗邻相机视场，使毗邻相机视场首尾端存在五分之一的重叠区域；

2)利用多个相机获取毗邻叠层纸张图像，形成毗邻图像序列；

3)对所述毗邻图像序列经过图像校正、最大窄条方向场线检测、点线对偶图像拼接和截线抽样统计计数处理，得到多相机阵列烟标叠层数量。

2.根据权利要求1所述的多相机阵列烟标叠层数量测量方法，其特征在于，图像校正的方法为：将两幅图像分别以各自的图像正中间位置作为中心，旋转±10°，使两幅图像对齐到同一个二维坐标平面上，从而实现对毗邻图像序列进行初步校正。

3.根据权利要求2所述的多相机阵列烟标叠层数量测量方法，其特征在于，采用最大窄条方向场线检测对初步校正后的图像进行线检测：采用固定长度、方向各异的线段来近似图像边缘，这种线段即窄条，通过窄条，根据初步校正后的图像的纸张端面条纹和间隙具有不同灰度线性的特征，构造方向各异的方向场，即通过方向各异的窄条对初步校正后的图像进行滤波并选取窄条领域中强度最大方向构造方向场，并根据方向场的一致性和流线跟踪长度确定检测到的初步校正后的图像的直线，局部区域方向场最大窄条所在位置就是检测到的直线。

4.根据权利要求3所述的多相机阵列烟标叠层数量测量方法，其特征在于，采用点线对偶的图像拼接方法对最大窄条方向场线检测后的图像进行图像拼接：首先把(x-y)图像空间的直线通过radon变换转化为(θ-ρ)对偶空间的点，然后把(θ-ρ)空间中欧氏距离不大于1的对偶点进行合并融合，将邻近的对偶点融合为一个单独的对偶点，从而毗邻图像中的模板图像和目标图像中的对偶点分别形成模板对偶点集和目标对偶点集，最后分别在旋转空间和平移空间中计算模板对偶点集和目标对偶点集中相似度最高的对应点对，并根据相似度最高的对应点对找到对应的直线对，从而完成图像拼接，得到二值单像素条纹图像。

5.根据权利要求3所述的多相机阵列烟标叠层数量测量方法，其特征在于，截取所述二值单像素条纹图像的若干行进行遍历抽样，计算截取的行计数结果中出现频率最高的数，即众数，所得众数的值就是最终的多相机阵列烟标叠层数量。

6.一种实现权利要求1～5之一所述方法的装置，其特征在于，包括底板(1)；所述底板(1)上安装有支架(2)、光源(6)、工控机(7)和光敏传感器(10)；所述光敏传感器(10)上固定有用于放置被测烟标叠层(9)的支撑平台(8)；所述光源(6)面对所述被测烟标叠层(9)；所述支架(2)上安装有相机阵列(3)。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述支架(2)上设有多个用于安装相机的安装位(5)。