用于玻璃瓶液位在线检测的光源调节方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于玻璃瓶液位在线检测的光源调节方法，包括：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；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；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；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。本发明通过可见光通信技术，降低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】
用于玻璃瓶液位在线检测的光源调节方法
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，提供一种用于玻璃瓶液位在线检测的光源调节方法，以降低 周围环境对检测算法的影响，提高检测的准确率，本发明的技术方案如下：
[0006] -种用于玻璃瓶液位在线检测的光源调节方法，所应用的玻璃瓶液位在线检测系 统，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，通过图像处理实现玻 璃瓶液位在线检测，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，降低周围环境 对检测算法的影响，从而可以提高所应用的检测系统的在线检测的准确率。采用本发明之 后，在线检测算法受环境影响较小，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。
【附图说明】： 图1基于可见光通信对饮料瓶液位检测的装置示意图。 图2本发明中使用的可见光通信模块。 图3光源调节方法流程图。 图4可见光信号的编码方法流程图。 图5信号与电平之间的关系示意图。 图6调节LED亮度的主界面。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明。
[0014] 图1为本发明的应用场景，玻璃瓶液位检测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，CCD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。
[0015] 图2为本发明采用的可见光通信模块的结构框图。图3为基于LED亮度调节的可见 光通信传输方法的流程图，步骤如下：
[0016] (1)可见光接收模块Al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。
[0017] (2)可见光发生模块A2用来接收所述可见光接收模块Al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。
[0018] (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。
[0019] (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。
[0020] (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。
[0021] 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：
[0022] 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。
[0023] 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00;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：
[0024]表一
[0026] 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!11 8，组 合后的信号为一个字节二进制表示为:〇〇11〇11〇。
[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 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：
[0030] (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。
[0031] (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。
[0032] (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. 一种用于玻璃瓶液位在线检测的光源调节方法，所应用的玻璃瓶液位在线检测系 统，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，通过图像处理实现玻 璃瓶液位在线检测。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所述的光源调节方法，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】G01F23/00GK105890708SQ201610313251
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】吕辰刚, 张帅, 高爽, 鲍志强, 刘影, 任畅, 郭玺, 李本萍
【申请人】天津大学