一种基于机器视觉的口杯酒瓶盖旋转角度测量与修正方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于机器视觉的口杯酒瓶盖旋转角度测量与修正方法。
【背景技术】
[0002] 激光打码常用于打印产品的生产日期、保质期、批次等，由于其具有无接触、高速 等特点，被广泛应用在工业制造生产线上。例如，在古岭神等口杯酒的生产线中便用到了激 光打码设备，将销售目的地、生产日期打印在口杯酒的顶端，快速、方便。但是，在实际生产 中，由于口杯酒容器类似于酒杯形状，且口杯酒瓶盖上设有对称的拉环，在压盖工序中盖子 会发生自旋，造成不同口杯酒的转动角度不同，而激光打码则要求口杯酒的旋转角度一致， 否则，将导致激光打码字体与酒盖上的商标角度的不一致，严重影响商标的品质。目前，常 用的解决方式为人工目测并旋转瓶盖的修正方式，但是该种方式作业人工数量多、长时间 不停歇作业易造成高度疲劳、重复劳动单调乏味、旋转角度无法达到精确一致，因此，给生 产企业带来了技术瓶颈，迫切寻找一种有效的解决途径。
【发明内容】
[0003] 本发明提出了一种基于机器视觉的口杯酒瓶盖旋转角度测量与修正方法，克服现 有技术中高速生产线上激光打印时瓶体旋转角不一致的问题，本发明所述方法能够有效计 算出口杯酒瓶盖的旋转角度，并将角度发送给旋瓶机构，当瓶体到达旋瓶机构位置时，瓶体 被精确旋转，保证激光打印时瓶体旋转角的一致性要求。
[0004] 一种基于机器视觉的口杯酒瓶盖旋转角度测量与修正方法，包括以下步骤：
[0005] 步骤1 :采集位于高速生产线上的口杯酒瓶盖图像，记作ImageO;
[0006] 步骤2 :对瓶盖图像ImageO进行二值化操作，得到二值图像Imagel;
[0007] 将口杯酒瓶盖从背景图像中分割出来，T1为设定二值化分割阈值，ImageO(x,y) 为图像中（x，y)位置像素的灰度值；
[0008]
[0009] 步骤3 :对二值图像Imagel进行连通域搜寻操作，寻找出面积最大的连通域Blob， 并对Blob进行孔洞填充；
[0010] 【口杯酒的瓶盖含有拉环、印字，且外形复杂，因此，简单的二值化操作无法保证连 通域Blob实心，而本发明中需要采用重心法对瓶盖位置进行粗定位，所以，为保证瓶盖定 位中心的准确性，需进行孔洞填充。】
[0011] 步骤4 :粗定位口杯酒瓶盖的圆环感兴趣区域RegionDiff;
[0012] 步骤4. 1 :采用重心法计算出填充最大连通域Blob的中心0(x。，y。），即为瓶盖的圆 心，M为Blob像素点总数，并计算出Blob的半径RBlc]b;
[0013]
[0014] _______ .
[0015] 步骤4. 2 :以0(Xc]，y。）为圆心，分别以R1、R2为半径绘制圆形区域C1、C2 ;
[0016]R1G(〇? 5RBlob，0? 6RBlob)，R2G(〇? 35RBlob，0? 45RBlob);
[0017]【其中，根据瓶盖实体的特征和实验结果得到，当R1 = 〇? 56RBklb，R2 = 0? 39RBlc]b时， 圆环区域分割效果较好。】
[0018] 步骤4. 3 :将两圆形区域作差，获得圆环感兴趣区域RegionDiff，RegionDiff= C1-C2 ；
[0019] 【至此，口杯酒图像中的圆环感兴趣区域已被分割出来，后续过程主要分析该区域 中白色不完整圆环RingO的特性，并根据拉环的弯曲方向，选出未被覆盖的圆形区域，计算 出瓶盖的竖直方向，即+90°或-90°方向；】
[0020] 步骤5 :对圆环感兴趣区域RegionDiff进行二值化操作，得到白色圆环二值图像 RegionDiff_Bin;
[0021]
[0022] 其中，G(x，y)为RegionDiff中的（x，y)位置处像素点灰度值，T2为能够将白色圆 环与背景分开的固定阈值；
[0023] 步骤6:对白色圆环二值图像进行搜寻连通域操作，得到连通域集合Blobs2,计 算出每个连通域的面积大小，从Blobs2中将面积小于ST的连通域移除，得到剩余连通域 Blobs2_ring；
[0024] 其中，ST为设定的连通域面积阈值；
[0025] 【目的是消除圆环周边复杂外形的干扰，则Blobs2中剩余的连通域Blobs2_ring 均来自图形中的白色圆环RingO;】
[0026] 步骤7 :对Blobs2_ring进行空洞填充，得到非空洞连通域集合Blobs2_fillup;
[0027]
[0028] 步骤8 :对Blobs2_fillup中所有连通域的求或操作，得到高精度感兴趣连通域 Blob3 ；
[0029] 步骤9 :通过最小二乘法计算Blob3的最小外接圆Circle_out，获得圆心 〇c(x0,y〇)，半径为Rout;
[0030] 步骤10 :以0c(x。，y。）为圆心，0? 85R。#为半径，绘制圆形连通域Circle_fit，并 将Blob3与Circle_fit作差，精确定位圆环感兴趣区域，得到特征增强的圆环感兴趣区域 Segment,Segment=Blob3-Circle_fit；
[0031] 其中，0. 851?_是根据具体分割要求获得的固定参数；
[0032]步骤11 :根据面积法，从特征增强感兴趣区域中找到面积最大的前两个区域
[0033] r 1^1'、1^2'后，根据重心法寻找两者的重心分别为01(~，71)'、02(知，乃)' ：
[0034] ?2' l;-[ / !；=lf
[0035]步骤12 :根据两重心坐标，计算出经过两点直线的倾斜角a，
倾斜角a即为口杯酒旋转角度。
[0036]【该种方法简单、快速，稳定性好。角度正确率达到100%。】
[0037] 所述步骤11中从特征增强感兴趣区域中找到面积最大的前两个区域、1?_2' 按照以下步骤获得：
[0038] 步骤1)从特征增强感兴趣区域中提取连通域；
[0039] 其中，连通域外弧角为钝角的区域作为拉环覆盖区域，连通域外弧角为锐角的区 域作为未被拉环覆盖区域；
[0040] 步骤2)利用特征增强感兴趣区域中的圆环的内部圆依次与拉环覆盖区域和未被 拉环覆盖区域作差，通过面积排序方法筛选出面积最大的两个连通域1?_1'。
[0041] 所述步骤1中采用图像采集的方式为触发式采集。
[0042]【当口杯酒接近光电开关时，光电开关即刻触发工业C⑶相机采集一帧图像；】
[0043] 采用高亮度漫反射光源进行图像采集，亮度范围为10000~200001UX。
[0044]【确保图像的高速采集。】
[0045] 所述光源为半径为6cm的穹顶漫反射光源。
[0046] 将口杯酒的旋转角度发送至控制器，控制器发出角度修正指令至旋瓶机构，当瓶 体到达旋瓶机构位置时，口杯酒瓶盖上的印刷图案被精确旋转，使得激光打码位于口杯酒 瓶盖上的印刷图像正下方。
[0047] 有益效果
[0048] 与现有技术相比，本发明的优点体现在以下几点：
[0049] (1)本发明采用了基于切割线弯曲方向为特征的有效区域判断方法，通过增强有 效区域，衰减无效区域的方法，有效测量出口杯酒的旋转角度，整体算法简单、高效，100% 检测出口杯酒的竖直方向；
[0050] (2)与传统模板匹配的方法相比，本发明提出的测量方法受干扰程度更低，因为拉 环模板、字体模板均受瓶盖外形、环境、光源影响较大，匹配度低，固定阈值无法满足批量检 测的需求；而本方法几乎不受上述因素的干扰，稳定性更好，速度更快；
[0051] (3)与现有人工方法相比，该检测算法具有检测精度高、速度快、重复性好等优势， 满足现有生产线实时在线检测、稳定可靠的需求。人工手工旋转无法精确纠正角度，造成激 光打印信息歪斜不一。
【附图说明】
[0052] 图1为本发明的流程图；
[0053] 图2为应用本发明所述方法处理口杯酒瓶盖图像过程原理图，其中，（a)为口杯 酒瓶盖结构组成示意图；(b)为口杯酒特征提取部位示意图；（c)为拉坏覆盖圆环区，截断 圆环示意图；（d)为被截断圆环被切割成四个区域示意图；(e)为采用内部圆切割圆环示意 图；（f)为特征增强后图像；（g)为口杯酒瓶盖旋转角度对应直线；
[0054] 图3为应用本发明所述方法对实例图像进行修正过程示意图，其中，（a)为待修正 的原始图像；(b)为（a)图的二值化图像；（c)为从（b)中提取的圆环感兴趣区域；（d)为 (c)的二值化图像；（e)为采用面积法对图（d)进行连通域筛选；（f)为特征增强的区域图 像；
[0055] (g)为最大的两个连通域；(h)为重心法寻找两区域中心点得到旋转角度对应直 线；（i)为依据旋转角度对（a)进行角度修正示意图。
【具体实施方式】
[0056] 下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0057] 在本实例中相机采用分辨率为1080*960的面阵千兆网C⑶相机（Baumer TXG12)，镜头为6mm宽视角Computar镜头，光源为半径为6cm的穹顶漫反射光源 (LTS-FM12030-WQ)；
[0058] 如图1所示，一种基于机器视觉的口杯酒瓶盖旋转角度测量与修正方法，包括以 下步骤：
[0059] 步骤1 :采集位于高速生产线上的口杯酒瓶盖图像，记作ImageO,如图3(a)所示；
[0060] 步骤2 :对瓶盖图像ImageO进行二值化操作，得到二值图像Imagel，如图3 (b)所 示；
[0061] 将口杯酒瓶盖从背景图像中分割出来，T1为设定二值化分割阈值，Image0(x,y) 为图像中（x，y)位置像素的灰度值；
[0062]
[0063] 步骤3 :对二值图像Imagel进行连通域搜寻操作，寻找出面积最大的连通域Blob， 并对Blob进行孔洞填充；
[0064] 【口杯酒的瓶盖含有拉环、印字，且外形复杂，因此，简单的二值化操作无法保证连 通域Blob实心，而本发明中需要采用重心法对瓶盖位置进行粗定位，所以，为保证瓶盖定 位中心的准确性，需进行孔洞填充。需要提取的部位如图2(b)所示；】
[0065] 步骤4 :粗定位口杯酒瓶盖的圆环感兴趣区域RegionDiff，如图3 (c)所示；
[0066]步骤4. 1 :采用重心法计算出填充最大连通域Blob的中心0(x。，y。），即为瓶盖的圆 心，M为Blob像素点总数，并计算出Blob的半径RBlc]b;
[0068][0069] 步骤4. 2 :以0(x。，y。）