一种无纺布口罩缺陷视觉检测系统及方法与流程

本发明涉及机器视觉图像检测与模式识别技术领域，尤其涉及一种无纺布口罩缺陷视觉检测系统及方法。

背景技术：

近年来，随着图像处理与模式识别技术的飞速发展，利用图像处理算法解决实际问题的工程项目越来越多，例如对工件产品进行尺寸测量、分类和识别，产品表面缺陷检测，车牌号码识别，条形码识别等。随着经济水平的不断提高，城市汽车用量越来越多，排放的尾气形成了严重的雾霾，在雾霾天气中口罩是人民生活的必须品，在医院，医生、护士、病人都离不开口罩产品，目前绝大多数口罩都是采用无纺布来生产，无纺布口罩在生产过程中会产生耳带焊接不良、鼻条未安装、耳带鼻条长短不一、口罩重叠焊接在一起、口罩本体上染上了生产设备的黑点和油污等各种缺陷，这些缺陷可能导致口罩不能良好的固定在使用者脸上，有些甚至会影响到使用者的身体健康，目前这些无纺布口罩产品的缺陷是通过人工检测识别出来的，这种人工缺陷检测效率低、成本高，如果人工在生产线在线检测的话，也有一定的安全风险，而且人工长时间检测存在漏检的现象。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对上述现有技术中无纺布口罩产品人工检测生产效率低、成本高、不安全性的问题，提供一种无纺布口罩缺陷视觉检测系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种无纺布口罩缺陷视觉检测系统，包括：

图像采集装置，用于采集待检测的无纺布口罩产品图像；

检测底座，用于承托所述无纺布口罩产品，所述检测底座位于所述图像采集装置下方；

安装在所述检测底座上的光电传感器，用于检测所述无纺布口罩产品是否到位；

ng处理装置，用于按照预设程序将所述无纺布口罩产品处理至预设位置；

气缸，用于驱动所述ng处理装置将所述无纺布口罩产品处理至预设位置，固定连接于所述ng处理装置；

分别设置于所述无纺布口罩产品两侧的第一皮带及第二皮带，用于带动所述无纺布口罩产品在所述检测底座上运动；

电机，用于驱动所述第一皮带及第二皮带；

电机驱动器，用于驱动所述电机带动所述第一皮带及第二皮带运动，电性连接于所述电机；

工控机，分别连接于所述图像采集装置、所述气缸、所述光电传感器及所述电机驱动器。

在本发明所述的无纺布口罩缺陷视觉检测系统中，还包括：

led光源，用于为所述无纺布口罩产品补光，设置于所述检测底座下侧，电性连接于所述工控机。

在本发明所述的无纺布口罩缺陷视觉检测系统中，还包括：

竖直支架；

水平支架，所述水平支架的一端固定连接于所述竖直支架，另一端固定连接于所述图像采集装置。

在本发明所述的无纺布口罩缺陷视觉检测系统中，所述图像采集装置包括：

工业相机，所述工业相机的侧面开设有开口，所述水平支架穿设于所述开口以固定所述工业相机，所述工业相机电性连接于所述工控机；

工业镜头，设置于所述工业相机的下表面以对准所述无纺布口罩产品。

在本发明所述的无纺布口罩缺陷视觉检测系统中，所述无纺布口罩产品与所述检测底座的中心位于同一条中轴线上。

在本发明所述的无纺布口罩缺陷视觉检测系统中，所述工控机包括：

千兆网接口，连接至所述图像采集装置以传输所述无纺布口罩产品的图像数据；

i/o控制接口，连接至所述光电传感器及所述气缸；

rs232接口，连接至所述电机驱动器；

vga接口，连接至预设的显示器。

在本发明所述的无纺布口罩缺陷视觉检测系统中，所述工控机包括：

数字光源控制接口，连接至所述led光源。

另一方面，提供一种无纺布口罩缺陷视觉检测方法，提供上述的无纺布口罩缺陷视觉检测系统，包括：

藉由所述图像采集装置采集无纺布口罩产品的图像，并将所述图像传送至所述工控机；

藉由所述工控机将所述图像转换为灰度图，并计算所述灰度图与预设的标准无纺布口罩产品的偏差，通过轮廓提取算法及最小外接四边形算法获取所述无纺布口罩产品的定位信息；

依据所述定位信息判断所述无纺布口罩产品是否存在缺陷；

控制所述ng处理装置按照预设程序将所述无纺布口罩产品处理至预设位置。

在本发明所述的无纺布口罩缺陷视觉检测方法中，所述藉由所述工控机将所述图像转换为灰度图，并计算所述灰度图与预设的标准无纺布口罩产品的偏差，通过轮廓提取算法及最小外接四边形算法获取所述无纺布口罩产品的定位信息，包括：

藉由所述工控机将所述图像转换为灰度图，并将所述灰度图做二值化处理；

计算二值化处理后的灰度图与预设的标准无纺布口罩产品的差值，并取所述差值的绝对值以获取所述差值图像；

对所述差值图像进行图像避位区域处理以获取避位图像，其中，图像避位区域处理包括：遍历所述差值图像的像素值，将预设位置的像素值设为0或255，其余像素不变；

采用轮廓提取算法对所述避位图像进行图像轮廓检测，并对面积最大的轮廓采用最小外接四边形算法进行外接四边形拟合处理，从而得到外接四边形四个顶点的坐标。

在本发明所述的无纺布口罩缺陷视觉检测方法中，所述依据所述定位信息判断所述无纺布口罩产品是否存在缺陷，包括：

判断所述无纺布口罩产品是否存在口罩本体脏污缺陷：通过定位信息获取口罩本体，对所述口罩本体内图像进行固定阈值二值化处理，计算非零点像素的口罩像素总数，判断所述口罩像素总数是否处于预设的第一阈值范围内，若是，则判断为无口罩本体脏污缺陷，若否，则判断为存在口罩本体脏污缺陷；

判断所述无纺布口罩产品是否存在耳带缺陷：通过定位信息获取耳带区域，将所述耳带区域连接所述口罩本体的连接点设置为四个固定区域，对四个所述固定区域进行固定阈值二值化处理，采用连通域提取算法获取面积最大的连通区域，计算若干个所述连通区域的特征参数，判断所述特征参数是否处于预设的第二阈值范围内，若是，则判断为无耳带缺陷，若否，则判断为耳带缺陷；

判断所述无纺布口罩产品是否存在产品重叠缺陷：通过所述定位信息获取所述口罩本体中的鼻条区域，对所述鼻条区域进行固定阈值二值化处理，计算非零点像素的鼻条像素总数，判断所述鼻条像素总数是否处于预设的第三阈值范围内，若是，则判断为产品重叠缺陷，若否，则判断为无产品重叠缺陷；

判断所述无纺布口罩产品是否存在鼻条缺陷：对所述袋体区域内图像进行自适应阈值二值化处理及腐蚀运算，采用连通域提取算法得到所述袋体区域内所有的连通区域，计算所述连通区域的总特征参数，判断所述总特征参数是否处于预设的第四阈值范围内，若是，则判断为无鼻条缺陷，若否，则判断为鼻条缺陷。

上述公开的一种无纺布口罩缺陷视觉检测系统及方法具有以下有益效果：解决了无纺布口罩缺陷人工检测生产效率低、成本高、不安全性等问题，解决了人工漏检的问题，提高产品的合格率，降低出厂产品的质量风险；充分利用图像处理与模式识别技术识别无纺布口罩缺陷，代替了人工检测，降低了企业生产成本，提高了企业生产效率，提升了企业的经济效益。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种无纺布口罩缺陷视觉检测系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的图像处理软件平台的结构框图；

图3为本发明一实施例提供的一种无纺布口罩缺陷视觉检测方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种无纺布口罩缺陷视觉检测系统及方法，其目的在于，解决了无纺布口罩缺陷人工检测生产效率低、成本高、不安全性等问题，解决了人工漏检的问题，提高产品的合格率，降低出厂产品的质量风险；充分利用图像处理与模式识别技术识别无纺布口罩缺陷，代替了人工检测，降低了企业生产成本，提高了企业生产效率，提升了企业的经济效益。

参见图1，图1为本发明一实施例提供的一种无纺布口罩缺陷视觉检测系统的结构示意图，所述无纺布口罩缺陷视觉检测系统包括图像采集装置、检测底座5、光电传感器8、ng处理装置102、气缸101、第一皮带6及第二皮带7、电机19、电机驱动器18、工控机9、led光源3、竖直支架及水平支架。

图像采集装置用于采集待检测的无纺布口罩产品4图像；所述图像采集装置包括工业相机1及工业镜头2，所述工业相机1的侧面开设有开口，所述水平支架穿设于所述开口以固定所述工业相机1，所述工业相机1电性连接于所述工控机9；工业镜头2设置于所述工业相机1的下表面以对准所述无纺布口罩产品4。

检测底座5用于承托所述无纺布口罩产品4，所述检测底座5位于所述图像采集装置下方；所述无纺布口罩产品4与所述检测底座5的中心位于同一条中轴线上。

安装在所述检测底座5上的光电传感器8，用于检测所述无纺布口罩产品4是否到位；

ng处理装置102用于按照预设程序将所述无纺布口罩产品4处理至预设位置；

气缸101用于驱动所述ng处理装置102将所述无纺布口罩产品4处理至预设位置，固定连接于所述ng处理装置102；气缸101为引导活塞在缸内进行直线往复运动的圆筒形金属机件。空气在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。涡轮机、旋转活塞式发动机等的壳体通常也称“气缸”。

分别设置于所述无纺布口罩产品4两侧的第一皮带6及第二皮带7，用于带动所述无纺布口罩产品4在所述检测底座5上运动；

电机19用于驱动所述第一皮带6及第二皮带7；

电机驱动器18用于驱动所述电机19带动所述第一皮带6及第二皮带7运动，电性连接于所述电机19；

工控机9分别连接于所述图像采集装置、所述气缸101、所述光电传感器8及所述电机驱动器18。所述工控机9包括千兆网接口14、i/o控制接口10、rs232接口13、vga接口15及数字光源控制接口12。千兆网接口14连接至所述图像采集装置以传输所述无纺布口罩产品4的图像数据；i/o控制接口10连接至所述光电传感器8及所述气缸101；rs232接口13连接至所述电机驱动器18；vga接口15连接至预设的显示器17。数字光源控制接口12连接至所述led光源3。

led光源3，用于为所述无纺布口罩产品4补光，设置于所述检测底座5下侧，电性连接于所述工控机9。

所述水平支架20的一端固定连接于所述竖直支架21，另一端固定连接于所述图像采集装置。由水平支架20和竖直支架21组成的支架结构，水平支架20连接于竖直支架21上。工业相机1连接在水平支架20上，工业镜头2连接于工业相机1的下方，工业相机1和工业镜头2组合后用于采集待检测无纺布口罩产品4的图像数据。工业相机1连接工业镜头2采集图像数据，通过千兆网卡14传输至工控机9；检测底座5为透明材质底座，位于工业镜头2下方，检测底座5下方设置有led光源3；光电传感器8布置于检测底座5上用于检测无纺布口罩产品4是否到位；工控机9通过i/o控制接口10连接光电传感器8，工控机9通过i/o控制接口10连接气缸101，通过rs232接口13连接电机驱动器18，通过数字光源控制接口12连接led光源3，通过图像显示vga接口15连接显示器17，在工控机9中执行各种算法。电源16为工控机9供电。

该系统装置中，光电传感器8一直传输低电平信号至i/o控制接口10，此时不进行无纺布口罩缺陷检测；当检测到无纺布口罩产品4到位后，将无纺布口罩产品到位标志置为1，此时光电传感器8传输高电平信号至i/o控制接口10并且持续一段时间然后恢复低电平；工控机9中的图像处理软件每间隔一段时间读取一次i/o控制接口10信号，如果收到i/o控制接口10信号为高电平，立即对当前采集到的无纺布口罩产品图像进行缺陷算法检测，检测结果通过rs232接口13输出至电机驱动器18，电机驱动器18驱动电机19带动第一皮带6和第二皮带7带动无纺布口罩产品4在检测位置运动，无纺布口罩4运动时处于第一皮带6和第二皮带7之间，检测完成后，气缸101控制ng处理装置102将不良品运动到不良品位置，如果接收到信号是低电平，则工控机图像处理软件不进行缺陷检测。

在工控机9的cpu11中配置算法执行软件，如图2所示，图2为本发明一实施例提供的图像处理软件平台的结构框图，软件框架包括：控制区23(包括启停控制27、用户控制28、相机控制29、光源控制30、i/o控制31)、显示区24(包括图像显示32、结果显示33)、参数区25(包括图像参数34、硬件参数35、缺陷参数36、系统参数37)和消息区26(包括调试消息38、运行消息39、系统消息40、缺陷消息41)。启停控制27包括启动、停止系统的运行状态进行控制；用户控制28包括对用户帐户、密码和登录状态进行管理和控制；相机控制29包括使得相机开始采集图像工作的打开相机和使得相机结束采集图像工作的关闭相机；光源控制30包括使得led光源3开始工作的打开光源和使得led光源3结束工作的关闭光源，以及对光源亮度进行数字调节的控制功能；i/o控制31包括采集光电传感器8工作状态的i/o端口输入采集和使得气缸101工作的i/o端口输出开关控制。图像显示32用于显示相机采集到的图像；结果显示33用于显示图像算法识别处理后的图像，显示出具体缺陷在图像中的位置和缺陷的严重程度。图像参数34包括设置图像曝光时间、图像亮度、图像色度、图像对比度、图像增益、图像清晰度、伽玛校正等图像参数；硬件参数35包括设置相机的视频格式、帧速率等参数；缺陷参数36包括无纺布口罩缺陷视觉检测算法中需要的缺陷参数设置；系统参数37包括系统运行需要设置的参数进行设置。调试消息38用于显示系统运行中的各种调试信息，有助于开发人员跟踪和处理系统运行中出现的问题；运行消息39用于显示系统运行中软件处理的状态信息；系统消息40用于显示系统中硬件模块的状态信息；缺陷消息41用于显示各种缺陷的统计信息。

参见图3，图3为本发明一实施例提供的一种无纺布口罩缺陷视觉检测方法的流程图，该无纺布口罩缺陷视觉检测方法采用上述的无纺布口罩缺陷视觉检测系统实现，该无纺布口罩缺陷视觉检测方法包括步骤s1-s4：

s1、藉由所述图像采集装置采集无纺布口罩产品4的图像，并将所述图像传送至所述工控机9；采用与工控机9相连的工业相机1和工业镜头2实时采集待检测无纺布口罩产品4图像。

s2、藉由所述工控机9将所述图像转换为灰度图，并计算所述灰度图与预设的标准无纺布口罩产品4的偏差，通过轮廓提取算法及最小外接四边形算法获取所述无纺布口罩产品4的定位信息；所述步骤s2包括子步骤s21-s24：

s21、藉由所述工控机9将所述图像转换为灰度图，并将所述灰度图做二值化处理；

s22、计算二值化处理后的灰度图与预设的标准无纺布口罩产品4的差值，并取所述差值的绝对值以获取所述差值图像；

s23、对所述差值图像进行图像避位区域处理以获取避位图像，其中，图像避位区域处理包括：遍历所述差值图像的像素值，将预设位置的像素值设为0或255，其余像素不变；

s24、采用轮廓提取算法对所述避位图像进行图像轮廓检测，并对面积最大的轮廓采用最小外接四边形算法进行外接四边形拟合处理，从而得到外接四边形四个顶点的坐标。即利用轮廓提取算法和最小外接矩形算法对处理后图像进行口罩产品定位处理。定位不成功时，判断作为定位缺陷处理；否则对避位区域处理后图像进行图像平移和旋转变换，并将变换后的结果图像与标准产品图像进行差值运算和腐蚀及膨胀处理。

s3、依据所述定位信息判断所述无纺布口罩产品4是否存在缺陷；无纺布口罩缺陷可分成四类处理，第一类是口罩本体脏污缺陷，第二类是耳带缺陷，第三类是口罩产品重叠缺陷，第四类是鼻条缺陷，所述步骤s3包括子步骤s31-s34：

s31、判断所述无纺布口罩产品4是否存在口罩本体脏污缺陷：通过定位信息获取口罩本体，对所述口罩本体内图像进行固定阈值二值化处理，计算非零点像素的口罩像素总数，判断所述口罩像素总数是否处于预设的第一阈值范围内，若是，则判断为无口罩本体脏污缺陷，若否，则判断为存在口罩本体脏污缺陷；

s32、判断所述无纺布口罩产品4是否存在耳带缺陷：通过定位信息获取耳带区域，将所述耳带区域连接所述口罩本体的连接点设置为四个固定区域，对四个所述固定区域进行固定阈值二值化处理，采用连通域提取算法获取面积最大的连通区域，计算若干个所述连通区域的特征参数，判断所述特征参数是否处于预设的第二阈值范围内，若是，则判断为无耳带缺陷，若否，则判断为耳带缺陷；

s33、判断所述无纺布口罩产品4是否存在产品重叠缺陷：通过所述定位信息获取所述口罩本体中的鼻条区域，对所述鼻条区域进行固定阈值二值化处理，计算非零点像素的鼻条像素总数，判断所述鼻条像素总数是否处于预设的第三阈值范围内，若是，则判断为产品重叠缺陷，若否，则判断为无产品重叠缺陷；

s34、判断所述无纺布口罩产品4是否存在鼻条缺陷：对所述袋体区域内图像进行自适应阈值二值化处理及腐蚀运算，采用连通域提取算法得到所述袋体区域内所有的连通区域，计算所述连通区域的总特征参数，判断所述总特征参数是否处于预设的第四阈值范围内，若是，则判断为无鼻条缺陷，若否，则判断为鼻条缺陷。图像的连通区域的特征参数包括所述连通区域的形状、中心、面积、长度和圆形度指标。

s4、控制所述ng处理装置102按照预设程序将所述无纺布口罩产品4处理至预设位置。

以上就是无纺布口罩缺陷视觉检测的主要算法，口罩定位时间为30ms/个，口罩本体脏污缺陷检测速率为55ms/个，口罩耳带缺陷检测速率为30ms/个，口罩产品重叠缺陷检测速率为20ms/个，鼻条缺陷检测速率为25ms/个，四项都检测的检测速率为160ms/个，无纺布口罩缺陷平均检测精度达到98％以上，完全符合实际工业生产应用。

针对各类无纺布口罩缺陷的检测结果如下表所示：

本文提供了实施例的各种操作。在一个实施例中，所述的一个或操作可以构成一个或计算机可读介质上存储的计算机可读指令，其在被电子设备执行时将使得计算设备执行所述操作。描述一些或所有操作的顺序不应当被解释为暗示这些操作必需是顺序相关的。本领域技术人员将理解具有本说明书的益处的可替代的排序。而且，应当理解，不是所有操作必需在本文所提供的每个实施例中存在。

而且，本文所使用的词语“优选的”意指用作实例、示例或例证。奉文描述为“优选的”任意方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更有利。相反，词语“优选的”的使用旨在以具体方式提出概念。如本申请中所使用的术语“或”旨在意指包含的“或”而非排除的“或”。即，除非另外指定或从上下文中清楚，“x使用a或b”意指自然包括排列的任意一个。即，如果x使用a；x使用b；或x使用a和b二者，则“x使用a或b”在前述任一示例中得到满足。

而且，尽管已经相对于一个或实现方式示出并描述了本公开，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件(例如元件等)执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本公开的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本公开的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。

本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以多个或多个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或系统，可以执行相应方法实施例中的存储方法。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。