一种基于可见光通信的玻璃瓶液位检测方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于可见光通信的玻璃瓶液位检测方法，用LED白色背光板照明玻璃瓶液位位置，用相机采集玻璃瓶图像，对图像进行中值滤波预处理，然后对预处理后的图像进行二值化处理，接着使用几何匹配方法匹配瓶盖，截取待测玻璃瓶图像的瓶盖侧面图，提取瓶盖的边缘作为几何匹配的模板；再次使用几何匹配方法匹配液位线，提取液位线的边缘作为几何匹配的模板，通过几何匹配如果合格区域内存在液位则匹配成功，判定为合格产品；利用可见光通信模块感知外界光线的变化，控制照射在瓶盖表面的LED白色背光板的亮暗。本发明通过可见光通信技术，解决了检测周围光对系统的影响，提高了检测的正确率和可靠性。
【专利说明】
一种基于可见光通信的玻璃瓶液位检测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种玻璃瓶液位检测方法，属于可见光通信领域。
【背景技术】
[0002] 饮料、啤酒等工业生产线中，大都采用人工目测的方法来检查瓶子是否合格。特别 是灌装生产中，瓶装饮料的液位是否一致，高度是否均匀，对企业在市场的影响是非常巨大 的。但人工检测有许多缺陷如速度慢、效率低，检测质量不稳定，常会出现漏检或者误检，造 成产品质量不稳定，一旦残次品被生产出来，会造成浪费。
[0003] 针对上述情况，目前已有的技术是采用一套基于机器视觉的在线检测研究，建立 一套光学成像、图像采集和数字图像处理及分析为平台的检测系统，不仅具有理论依据，而 且也有很大的经济价值，能够确保最大范围内减少和杜绝上述现象发生，提高产品品质。
[0004] 但是在液位检测方面，常常对周围的环境有较高要求，例如光的强弱对图像处理 的阈值有很大影响，在工厂中白天和晚上的自然光差别很大，直接影响检测算法中阈值的 设定。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于，在于克服人工检测存在的不足之处及玻璃瓶液位检测的局限 性，提供一种基于可见光通信的玻璃玻璃瓶液位检测方法。该方法通过可见光通信技术，解 决了检测周围光对系统的影响，大大的提高了检测的正确率和可靠性。本发明的技术方案 如下：
[0006] -种基于可见光通信的玻璃瓶液位检测方法，用LED白色背光板照明玻璃瓶液位 位置，用相机采集玻璃瓶图像，对图像进行中值滤波预处理，然后对预处理后的图像进行二 值化处理，接着使用几何匹配方法匹配瓶盖，截取玻璃瓶图像的瓶盖侧面图，提取瓶盖的边 缘作为几何匹配的模板，建立坐标系，并设定感兴趣区域R0I;再次使用几何匹配方法匹配 液位线，提取液位线的边缘作为几何匹配的模板，通过几何匹配如果合格区域内存在液位 则匹配成功，判定为合格产品，如果合格区域内没有液位，则判定为不合格，实现璃瓶液位 的在线检测，其特征在于，
[0007] 利用可见光通信模块感知外界光线的变化，控制照射在玻璃瓶表面的LED白色背 光板的亮暗，可见光通信模块包括可见光接收模块、可见光发生模块、可见光编码模块和可 见光控制模块，步骤如下：
[0008] (1)可见光接收模块感知外界可见光光线的变化并将此时的光信号采集；
[0009] (2)可见光发生模块接收可见光接收模块所传来的光信号，利用光敏传感器并采 用高电平信号与低电平信号将其转换为可见光数字信号；
[0010] (3)可见光编码模块接收可见光发生模块传来的可见光数字信号，并通过二进制 单位对可见光数字信号进行编码，得到编码后的可见光信号并传送给可见光控制模块；
[0011] (4)可见光控制模块将编码后的可见光信号与预设的光信号值进行对比，根据对 比结果将数字信号转换为光信号从而调节LED白色背光板的发光亮度。
[0012] 本发明的有益效果是:将可见光通信与机器视觉在线检测相结合，解决周围环境 对检测算法的影响，提高检测的准确率。其次，该方法受环境影响较小，即使环境变化大，也 可以保证二值化阈值保持不变，提高检测玻璃液位在线检测的准确率;本发明适用于自动 化生产中灌装后玻璃瓶液位的高速准确检测。
【附图说明】
[0013] 图1用于本发明的基于可见光通信对玻璃瓶液位检测的装置示意图。
[0014] 图2本发明中使用的可见光通信模块。
[0015] 图3基于LED亮度调节的可见光通信传输方法的流程图。
[0016] 图4可见光信号的编码方法流程图。
[0017] 图5信号与电平之间的关系示意图。
[0018] 图6可见光通信模块调节LED亮度的主界面。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明。
[0020] 本发明的玻璃瓶液位检测方法采用的装置的功能框图如图1所示，从功能上分6个 模块，即传送带1、图像采集模块2、光电触发器3、照明模块4、可见光通信模块5,图像处理与 识别6和输出控制装置。上述图像采集模块2使用120万像素 CCD相机，照明模块4使用LED白 色背光板，图像处理与识别模块6使用工控机。在可见光通信模块5调节好LED白色背光板亮 度的前提下，传送带1将待测瓶子输送到拍照工位，所述光电触发装置3用于检测瓶子是否 到达拍照位置，以便产生脉冲信号输送到工控机6,工控机发出信号触发相机2拍照;LED白 色背光板为相机拍照时提供照明以提高图像质量，(XD相机位于传送带1正上方，对背光板 前的玻璃瓶液位部分拍照，拍摄的图像被输送到工控机中进行处理。
[0021] 图2为本发明采用的可见光通信模块的结构框图。图3为本发明的基于LED亮度调 节的可见光通信传输方法的流程图，步骤如下：
[0022] (1)可见光接收模块A1用于感知外界大气环境中的可见光光线的变化并将此时的 光信号采集，输送到下一模块中，达到与外界光线的实时同步。
[0023] (2)可见光发生模块A2用来接收所述可见光接收模块A1所传来的光信号，并将待 传输的数据转换成可见光数字信号。在此过程中，可见光发生模块利用自带的光敏传感器 并采用高电平信号与低电平信号将其转换为数字信号。
[0024] (3)可见光编码模块A3用于接收所述可见光发生模块A2传来的可见光数字信号， 并对可见光数字信号进行编码。在此过程中，可见光编码模块通过二进制单位对待传输数 据进行编码。
[0025] (4)可见光发送模块A4将接收的编码后的可见光信号传送给可见光控制模块A5。
[0026] (5)可见光控制模块A5会将从所述可见光发送模块A4接收到的可见光信号与预设 的光信号进行对比，最后利用自带的电光转换器将数字信号转换为光信号从而调节LED白 色背光板A6的状态。所述LED白色背光光源A6的状态具体是指它的发光亮度，因为LED的发 光亮度会直接地影响检测到玻璃瓶液位的图像质量。
[0027] 参见图4,是本实施例采用的可见光信号的编码方法流程图，该编码方法包括：
[0028] 1)设置每个高电平的持续时间，以及每个低电平的持续时间。例如，设置每个高电 平的持续时间是2ms，每个低电平的持续时间是30ms。
[0029] 2)高电平组之间以低电平的延迟进行区分，各高电平组以高电平的个数表示信 号。例如:每个高电平持续时间为2ms，每组最多四个高电平，每组电平数表示2bit信号，四 组信号表示一个字节。即：当一组中高电平个数为1时，代表〇〇;当高电平个数为2个时，代表 信号01，当高电平信号个数为3时代表信号10;当高电平个数为4时，代表信号11。高电平个 数与代表的信号对应关系如表一所示：
[0030] 表一
[0032] 3)对各组的信号进行组合，获得编码数据。参见如图5所示信号与电平之间的关系 示意图，图5中的四组信号分别代表00、11、01、10，各信号之间的低电平延迟时间是30!118，组 合后的信号为一个字节二进制表示为:〇〇11〇11〇。
[0033] 4)该示例提供的编码方式，以高电平的个数表示信号，高电平组之间以低电平的 延迟时间来区分，简单方便。
[0034] 本发明采用的可见光通信模块可调节的光源亮度级别为0-255级可设，各个通道 以设定的亮度等级值输出，设置LED光源的亮度值为137，LED灯具在点亮时每秒闪烁百万 次，发出速度为10-15Gbits/s的光信号。
[0035] 总结上面所述内容，基于可见光通信的玻璃瓶液位的检测方法步骤如下：
[0036] (1)在可见光通信模块调节好LED白色背光板亮度的前提下，用LED白色背光板照 明待测玻璃瓶液位位置，相机采集玻璃瓶液位信息，调节相机和光源，使采集的玻璃瓶液位 与其下面饮料分离，从而得到一条清晰的液位线。
[0037] (2)瓶子通过传送带到达拍摄工位，光电传感器接收信号触发相机拍摄待测瓶子 液位图像，对图像进行中值滤波预处理，然后对预处理后的图像进行二值化处理，接着使用 几何匹配方法匹配瓶盖，截取待测玻璃瓶图像的瓶盖侧面图，提取瓶盖的边缘作为几何匹 配的模板，建立坐标系，并设定一个感兴趣区域R0I。
[0038] (3)再次使用几何匹配方法匹配液位线，截取液位线的一段较标准的部分，提取其 边缘作为几何匹配的模板。通过几何匹配如果合格区域内存在液位则匹配成功，判定为合 格产品，如果合格区域内没有液位，则判定为不合格。
【主权项】
1. 一种基于可见光通信的玻璃瓶液位检测方法，用LED白色背光板照明玻璃瓶液位位 置，用相机采集玻璃瓶图像，对图像进行中值滤波预处理，然后对预处理后的图像进行二值 化处理，接着使用几何匹配方法匹配瓶盖，截取玻璃瓶图像的瓶盖侧面图，提取瓶盖的边缘 作为几何匹配的模板，建立坐标系，并设定感兴趣区域ROI;再次使用几何匹配方法匹配液 位线，提取液位线的边缘作为几何匹配的模板，通过几何匹配如果合格区域内存在液位则 匹配成功，判定为合格产品，如果合格区域内没有液位，则判定为不合格，实现璃瓶液位的 在线检测，其特征在于， 利用可见光通信模块感知外界光线的变化，控制照射在玻璃瓶表面的LED白色背光板 的亮暗，可见光通信模块包括可见光接收模块、可见光发生模块、可见光编码模块和可见光 控制模块，步骤如下： (1) 可见光接收模块感知外界可见光光线的变化并将此时的光信号采集； (2) 可见光发生模块接收可见光接收模块所传来的光信号，利用光敏传感器并采用高 电平信号与低电平信号将其转换为可见光数字信号； (3) 可见光编码模块接收可见光发生模块传来的可见光数字信号，并通过二进制单位 对可见光数字信号进行编码，得到编码后的可见光信号并传送给可见光控制模块； (4) 可见光控制模块将编码后的可见光信号与预设的光信号值进行对比，根据对比结 果将数字信号转换为光信号从而调节LED白色背光板的发光亮度。2. 根据权利要求1所述的玻璃瓶液位检测方法，其特征在于，步骤(3)中，通过二进制单 位对可见光数字信号进行编码的编码原则为：高电平组之间以低电平的延迟进行区分，各 高电平组以高电平的个数表示信号。
【文档编号】G01F23/00GK105865569SQ201610315545
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】吕辰刚, 张帅, 鲍志强, 刘影, 高爽, 任畅, 郭玺, 李本萍
【申请人】天津大学