专利名称：非接触式竹丝正反面辨识系统及辨识方法
技术领域：
本发明涉及到一种竹编加工装置，尤其涉及到一种辨识准确度高的非接触式竹丝正反面辨识系统及辨识方法。
背景技术：
竹编制品作为绿色环保产品，得到了广泛的应用，作为竹编制品原料的竹丝，在投入机械编织时，正确快速的判断竹丝正反面则存在一定的难度，为了方便送丝工人在操作过程中能直接通过手指触感来区分竹丝的正反面，拉丝厂为竹丝设计了显著的外形差异，竹丝正面表面光滑平整，两边缘呈直角或锐角状，触摸上具有显著的棱角感，而竹丝反面表 面起伏，边缘一般呈弧状曲面，中间带有明显凹槽，现在一般都采用人工作业，通过人手对竹丝表面的触摸，来判断竹丝的正反面，劳动强度大、准确率低，而且工人容易生产疲劳感，降低产品质量和产量；光电传感器作为现代工业机电一体化设备中的一个重要的检测部件，广泛应用在位置定位、色彩识别和材料分析领域，通过光电器件对物体表面反射光线的接收和分析，可对物体进行定位、识别和分析，如中国专利号为CN201120195262. X的、名称为一种辨识竹丝正反面接触式光电传感器的实用新型专利，包括左传感器和右传感器，左传感器或右传感器包括基体若干组辨识单元和电路板，基体为不透光材料制成，每组辨识单元包括一对光电发射器件和光电接收器件，光电发射器件和光电接收器件分别与电路板电连接，竹丝夹在左传感器和右传感器之间，通过在竹丝正反面对称设置传感器，可同时对竹丝的正反表面进行检测比较；但该实用新型通过接触式光电检测，对环境光线的要求较高，容易造成检测数据失真，灵敏度和准确率不高，同时，竹丝表面也容易产生划痕，影响产品的质量。
发明内容
本发明主要解决人工检测劳动强度大、准确率低，而接触式光电检测容易受环境光线影响造成灵敏度和准确率不高的技术问题；提供了一种准确率高的非接触式竹丝正反面辨识系统及辨识方法。为了解决上述存在的技术问题，本发明主要是采用下述技术方案
本发明的非接触式竹丝正反面辨识系统，作用于竹丝的正反表面辨识，
所述竹丝的正面平整光滑，而反面的中间设有凹槽，所述辨识系统包括
底板，呈平板状，用于安装送丝装置、图像采集装置及辅助光装置；
送丝装置，用于将竹丝夹持并送至图像采集装置处，包括推拉气缸、与推拉气缸连接的夹持机构和导轨，所述夹持机构设在导轨上并可沿导轨滑动，夹持机构夹持竹丝平行于底板并使竹丝正反面垂直于底板表面；
图像采集装置，包括图像传感器，正对竹丝表面，用于将竹丝表面特征采集并进行分析，图像传感器包括壳体、设在壳体内的内置摄像头和图像处理芯片，所述壳体上设有与竹丝夹持高度相一致的小孔，所述内置摄像头的镜头设在所述小孔处，内置摄像头采集到的图像信息经处理后通过数据线发送至主控制器上；
辅助光源装置，用于在竹丝表面产生强烈对比的明暗线条，包括固定在底板上的支架、与支架顶部连接的光源固定座和置于光源固定座内的光源。作为优选，所述壳体的小孔处设有透光玻璃，所述壳体呈密封状，传感器所有的关键部件均密封于壳体中，竹丝图像通过透光玻璃进入镜头中，防止外部的尘埃和湿气影响精密的摄像部件。作为优选，所述图像采集装置上还设有吹气装置，吹气气流对准所述小孔处，吹气装置可将附着在透光玻璃上的灰尘和水雾除去，提高图像的成像效果。 作为优选，所述光源为LED，所述LED呈白色或彩色，采用LED灯既节能又能提高辅助光源的使用寿命。作为优选，所述光源固定座为条状腔体结构，所述腔体内设有直线排列的若干点状LED，腔体底部设有与竹丝平行的窄缝，点状的LED光线穿过窄缝形成线状光线并投射到竹丝表面，使竹丝表面形成强烈的明暗光带，光线与竹丝表面形成一入射角α，若干点状的LED光源穿过腔体底部的窄缝，形成类似线状光源的效果，投射到竹丝上的光线呈近似平行光，可以在竹丝表面造成强烈的明暗状态，提高图像辨识的准确度，一定的入射角度容易将竹丝反面的凹槽在图像中形成明显暗带，便于图像传感器的辨识处理。作为优选，所述入射角α为30° 60°。一种非接触式竹丝正反面辨识方法，其步骤如下
Α.竹丝夹持机构夹取竹丝,使竹丝平行于底板表面,而竹丝正反面垂直于底板表面；
B.推拉气缸动作，带动夹持机构沿导轨滑动，使竹丝一端进入传感器的摄像镜头取景范围之内；
C.主控制器通过数据线向传感器发出“辨识”指令；
D.图像传感器进入“辨识”状态，辅助光源被点亮，图像传感器内置摄像头拍摄竹丝表面的图片；
Ε.经过图像处理算法计算后，图像传感器辨识并判断竹丝的正反面；
F.图像传感器将辨识结果通过数据线传送回主控制器；
G.辨识完成，关闭辅助光源，推拉气缸回缩将夹持机构拉回原位，夹持机构松开竹丝，完成一次竹丝的辨识过程；
H.重复A G步骤，进行下一根竹丝的正反面辨识。一种图像处理算法，其流程如下
Α.采集竹丝表面图像，得到分辨率为M行L列的原始图像；
B.采用图像分块技术将竹丝表面图像沿纵向均分为K等份，则可得到K块大小且均为M行N列的图像小块，其中N=L/K，每个图像小块包含一小段竹丝的图像信息；
C.采用图像向量化技术将M行N列的小块图像转化为长度为M的总和向量；
D.采用向量辨识技术分别识别每小块图像，得到K份相互独立的辨识结果；E.采用投票表决技术得出最终判别结果。由于竹丝本身可能存在如霉点或裂痕等缺陷，因此如果将整根竹丝进行一次性判另O，缺陷部分带来的干扰将会被分散至整根竹丝上，继而影响竹丝的识别效果，为了将缺陷部分的影响限制在局部范围内，尽可能降低担缺陷部分对竹丝辨识的整体影响，采用竹丝图像分块技术和辨识结果投票表决技术来克服，将竹丝图像分解成若干小块，并保证每一小块图像仍为一幅较窄的竹丝图像，分别对每小块竹丝图像进行独立辨识，得到与小块数量相同个数的辨识结果，再将所有的小块辨识结果进行投票表决，若结果为正面的票数较多，则最终结果判定为正面；如结果为反面的票数较多，则判定为反面；如结果为“无竹丝”的票数较多，则最终结果判定为“无竹丝”。作为优选，所述图像向量化技术转化方法如下
a)首先将图像矩阵的第一列作为总和向量的初始值；
b)将图像矩阵的后一列与当前总和向量相加，并将其结果作为新的总和向量的值；·
c)重复上一步操作，直到图像矩阵的全部N列都被加在总和向量中，此时的向量即为最终的总和向量；
d)此时的总和向量反映了竹丝上下方向的亮度信息。作为优选，所述向量辨识技术方法如下
a)通过求取向量中元素的平均值，将两端低于平均值的暗色背景像素点除去，剩余像素即代表竹丝的图像部分，若剩余像素的元素值均分布在平均值附近且亮度值很低，则表明镜头取景范围内不存在竹丝；反之，则剩余像素对应竹丝表面的亮度，表明镜头取景范围内存在竹丝；
b)在判断存在竹丝的情况下，在剩余像素的元素值中取得中间处元素的向量值，若该值显著低于剩余像素值两端元素的向量值，则表明竹丝图像中间位置存在暗带，对应该段竹丝反面的凹槽中，即判断此为竹丝反面，否则，判断该段竹丝表面为正面。本发明的有益效果是采用图像识别技术来达到非接触辨识竹丝的正反面，保证竹丝表面在辨识过程中不易划伤，提高竹丝的质量，系统使用寿命长，同时，采用图像处理的向量化技术和向量辨识技术，辨识准确率高，克服了竹丝本身存在的如霉点或裂痕等缺陷对辨识结果的影响。
图I是本发明的系统结构示意图。图2是图I的侧视图。图3是辅助光源固定座结构示意图。图4是辅助光线投射示意图。图5是竹丝正面图像。图6是竹丝反面图像。图7是分割后的竹丝正面图像。图8是分割后的竹丝反面图像。图中I.竹丝，2.凹槽，3.底板，4.气缸，5.夹持机构，6.导轨，7.图像传感器，8.小孔，9.支架，10.光源固定座，11.光源，12.窄缝。
具体实施例方式下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例本实施例的非接触式竹丝正反面辨识系统，如图I和图2所示，作用于竹丝的正反表面辨识，竹丝的正面平整光滑，而反面中间设有凹槽，辨识系统包括
底板，呈平板状，用于安装送丝装置、图像采集装置及辅助光装置；
送丝装置，用于将竹丝夹持并送至图像采集装置处，包括推拉气缸、与推拉气缸连接的夹持机构和导轨，夹持机构安装在导轨上并可沿导轨滑动，夹持机构夹持竹丝平行于底板 表面并使竹丝正反面垂直于底板表面；
图像采集装置，包括图像传感器，正对竹丝表面，用于将竹丝表面特征采集并进行分析，图像传感器包括密封的壳体、安装在壳体内的内置摄像头和图像处理芯片，在壳体上设计有与竹丝夹持高度相一致的小孔，内置摄像头的镜头安装在小孔处，在小孔上设计有透光玻璃，内置摄像头通过透光玻璃采集竹丝表面图像信息并经图像处理芯片处理后通过数据线发送至主控制器上，在小孔处还设计有吹气装置，吹气气流对准小孔上的透光玻璃；辅助光源装置，用于在竹丝表面产生强烈对比的明暗线条，包括固定在底板上的支架、与支架顶部连接的光源固定座和置于光源固定座内的光源，光源为白色的LED,光源固定座为条状腔体结构，如图3所示，在腔体内设计有直线排列的数个LED，腔体底部开有与竹丝平行的一条窄缝，点状的LED光线穿过窄缝形成线状光线并投射到竹丝表面，使竹丝表面形成强烈的明暗光带，光线与竹丝表面形成一入射角α，如图4所示，入射角α为30°。基于竹丝正反面辨识系统的辨识方法，其步骤如下
Α.竹丝夹持机构夹取竹丝,使竹丝平行于底板表面,竹丝正反面垂直于底板表面；
B.推拉气缸动作，带动夹持机构沿导轨滑动，使竹丝一端进入图像传感器的摄像镜头取景范围之内；
C.主控制器通过数据线向图像传感器发出“辨识”指令；
D.图像传感器进入“辨识”状态，辅助光源被点亮，图像传感器内置摄像头拍摄竹丝表面的图片；
Ε.图片经过图像处理算法计算后，图像传感器辨识并判断竹丝的正反面；
F.图像传感器将辨识结果通过数据线传送回主控制器；
G.辨识完成，关闭辅助光源，推拉气缸回缩将夹持机构拉回原位，夹持机构松开竹丝，完成一次竹丝的辨识过程；
H.重复A G步骤，进行下一根竹丝的正反面辨识。上述辨识方法中的图像处理算法，其流程如下
Α.采集竹丝表面图像，如图5或图6所示，得到分辨率为320行240列的原始图像；
B.采用图像分块技术将竹丝表面图像沿纵向均分为10等份，则可得到10块大小且均为320行24列的图像小块，每个图像小块包含一小段竹丝的图像信息；
C.采用图像向量化技术将320行24列的小块图像转化为长度为320的总和向量，相当于将图像小块压缩成320行I列的细线；D.采用向量辨识技术识别每小块图像，得到10份相互独立的竹丝正反面的辨识结果；
E.采用投票表决技术得出最终判别结果。以上图像处理算法中的图像向量化技术转化方法如下
a)首先将图像矩阵的第一列作为总和向量的初始值；
b)将图像矩阵的后一列与当前总和向量相加，并将其结果作为新的总和向量的值；
c)重复上一步操作，直到图像矩阵的全部24列都被加在总和向量中，此时的向量即为最终的总和向量；
d)此时的总和向量反映了竹丝图片上下方向的亮度信息。以上图像处理算法中的向量辨识技术方法如下
a)通过求取向量中元素的平均值，将两端低于平均值的暗色背景像素点除去，剩余像素即代表竹丝的图像部分，若剩余像素的元素值均分布在平均值附近且亮度值很低，则表明镜头取景范围内不存在竹丝；反之，则剩余像素对应竹丝表面的亮度，表明镜头取景范围内存在竹丝；
b)在判断存在竹丝的情况下，在剩余像素的元素值中取得中间处元素的向量值，若该值显著低于剩余像素值两端元素的向量值，则表明竹丝图像中间位置存在暗带，对应该段竹丝反面的凹槽中，即判断此为竹丝反面，否则，判断该段竹丝表面为正面。以上说明并非对本发明作了限制，本发明也不仅限于上述说明的举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、增添或替换，都应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.ー种非接触式竹丝正反面辨识系统，作用于竹丝(I)的正反表面辨识，所述竹丝的正面平整光滑，而背面中间设有凹槽(2)，其特征在于 所述辨识系统包括 底板(3)，呈平板状，用于安装送丝装置、图像采集装置及辅助光装置； 送丝装置，用于将竹丝夹持并送至图像采集装置处，包括推拉气缸(4)、与推拉气缸连接的夹持机构(5)和导轨(6)，所述夹持机构设在导轨上并可沿导轨滑动，夹持机构夹持竹丝平行于底板并使竹丝正反面垂直于底板表面； 图像采集装置，包括图像传感器(7)，正对竹丝表面，用于将竹丝表面特征采集并进行分析，所述图像传感器包括壳体、设在壳体内的内置摄像头和图像处理芯片，所述壳体上设有与竹丝夹持高度相一致的小孔(8)，所述内置摄像头的镜头设在所述小孔处，内置摄像头采集到的图像信息经处理后通过数据线发送至主控制器上； 辅助光源装置，用于在竹丝表面产生强烈对比的明暗线条，包括固定在底板上的支架(9)、与支架顶部连接的光源固定座(10)和置于光源固定座内的光源(U)。
2.根据权利要求I所述的非接触式竹丝正反面辨识系统，其特征在于所述传感器(7)的小孔(8)处设有透光玻璃，所述壳体呈密封状。
3.根据权利要求I或2所述的非接触式竹丝正反面辨识系统，其特征在于所述图像采集装置上还设有吹气装置，吹气气流对准所述小孔(8 )处。
4.根据权利要求I所述的非接触式竹丝正反面辨识系统，其特征在于所述光源(11)为LED，所述LED呈白色或彩色。
5.根据权利要求I所述的非接触式竹丝正反面辨识系统，其特征在于所述光源固定座(10)为条状腔体结构，所述腔体内设有直线排列的若干点状LED (11)，腔体底部设有与竹丝平行的窄缝(12)，点状的LED光线穿过窄缝形成线状光线并投射到竹丝表面，使竹丝表面形成強烈的明暗光带，光线与竹丝表面形成一入射角a。
6.根据权利要求5所述的非接触式竹丝正反面辨识系统，其特征在干所述入射角a为 30° 60°。
7.基于权利要求I的非接触式竹丝正反面辨识方法，其步骤如下 竹丝夹持机构夹取竹丝，使竹丝平行于底板，竹丝正反表面垂直于底板表面； 推拉气缸动作，带动夹持机构沿导轨滑动，使竹丝一端进入传感器的摄像镜头取景范围之内； 主控制器通过数据线向图像传感器发出“辨识”指令； 图像传感器进入“辨识”状态，辅助光源被点亮，图像传感器内置摄像头拍摄竹丝表面的图片； 图片经过图像处理算法计算后，图像传感器辨识并判断竹丝的正反面； 图像传感器将辨识结果通过数据线传送回主控制器； 辨识完成，关闭辅助光源，推拉气缸回缩将夹持机构拉回原位，夹持机构松开竹丝，完成一次竹丝的辨识过程； 重复A G步骤，进行下一根竹丝的正反面辨识。
8.基于权利要求7的ー种图像处理算法，其流程如下 采集竹丝表面图像，得到分辨率为M行L列的原始图像；采用图像分块技术将竹丝表面图像沿纵向均分为K等份，则可得到K块大小且均为M行N列的图像小块，其中N=L/K，每个图像小块包含一小段竹丝的图像信息； 采用图像向量化技术将M行N列的小块图像转化为长度为M的总和向量； 采用向量辨识技术分别识别每小块图像，得到K份相互独立的辨识结果； 采用投票表决技术得出最終判别結果。
9.根据权利要求8所述的ー种图像处理算法，其中图像向量化技术转化方法如下 首先将小块图像矩阵的第一列作为总和向量的初始值； 将图像矩阵的后一列与当前总和向量相加，并将其结果作为新的总和向量的值；重复上一歩操作，直到图像矩阵的全部N列都被加在总和向量中，此时的向量即为最 终的总和向量； 此时的总和向量反映了每ー小块图像上下方向的亮度信息。
10.根据权利要求8所述的ー种图像处理算法，其中向量辨识技术方法如下 通过求取向量中元素的平均值，将两端低于平均值的暗色背景像素点除去，剰余像素即代表竹丝的图像部分，若剰余像素的元素值均分布在平均值附近且亮度值很低，则表明镜头取景范围内不存在竹丝；反之，则剩余像素对应竹丝表面的亮度，表明镜头取景范围内存在竹丝； 在判断存在竹丝的情况下，在剰余像素的元素值中取得中间处元素的向量值，若该值显著低于剩余像素值两端元素的向量值，则表明竹丝图像中间位置存在暗帯，对应该段竹丝反面的凹槽中，即判断此为竹丝反面，否则，判断该段竹丝表面为正面。
全文摘要
本发明公开了一种非接触式竹丝正反面辨识系统及辨识方法，辨识系统包括底板、送丝装置、图像采集装置和辅助光源装置，送丝装置包括推拉气缸、夹持机构和导轨，图像装置包括图像传感器，由壳体、设在壳体内的内置摄像头和图像处理芯片组成，辅助光装置包括支架、与支架连接的光源固定座和光源，本发明通过采集竹丝表面特征的图像信息，达到非接触辨识竹丝的正反面，保证竹丝表面在辨识过程中不易划伤，提高竹丝的质量，使用寿命长，同时，采用向量化技术和向量辨识技术，图像辨识的准确率高，克服了竹丝本身存在的如霉点或裂痕等缺陷对辨识结果的影响。
文档编号G01B11/30GK102853785SQ201210123349
公开日2013年1月2日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者张国宏, 赖众程, 金大伟, 王世杰, 刘妹琴, 翁勤 申请人:浙江大学