专利名称：钢材计数系统及方法
技术领域：
本发明涉及钢材计数领域，具体涉及一种钢材计数系统及方法。
背景技术：
钢材是钢铁企业轧钢厂生产的一类主要产品，广泛用作建筑钢筋、机械制造金属原材料等。按照国际市场惯例，钢材必须准确按额定的支数打捆包装，按支数交易。支数不准属于包装不合格产品，如果出现少支，厂家不仅需要负责赔偿，承担经济损失，还将影响厂家的声誉。不能做到准确包装，厂家也无法从允许的负公差轧制中获得应有的盈材效益。因此，钢材在线计数成为保证标准化包装的一道重要工序。然而，目前我国众多轧钢厂中近百条钢材生产线基本上都是采用人工点支方式，工人需要长时间弯腰守候在传送链床旁，对炙热的棒材逐支手扳指点地计数，生产效率低，劳动强度大，工人极易疲劳，特别容易导致计数出错。经常性地停下链床反复清点，严重影响了连续作业生产效率，与自动化轧钢生产线的高装备水平极不相称。长期以来钢材生产中的计数问题一直困扰着各生产厂家，成为钢材自动化生产的瓶颈，各钢材厂都迫切需要解决准确点支计数问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢材计数系统，以解决现有人工点支钢材计数方式存在的生产效率低、计数不准确且劳动强度大的技术问题。本发明的另一目的在于提供一种钢材计数方法，以解决现有人工点支钢材计数方式存在的生产效率低、计数不准确且劳动强度大的技术问题。为达到上述目的，本发明提供一种钢材计数系统，包括图像采集装置、上位机模块和电源，图像采集装置与上位机模块连接，用以实时采集流水线上的钢材图像并发送至上位机模块；上位机模块用以对采集到的图像进行分析，得到钢材计数统计；电源分别与图像采集装置和上位机模块连接，用以为图像采集装置和上位机模块提供电力；其中，上位机模块进一步包括人机交互处理单元用以接受用户的操作，实现初始化工作及参数设置，并实时显示检测信息及检测结果；图像采集单元分别与人机交互处理单元和图像采集装置连接，用以根据人机交互处理单元接受的用户操作，驱动图像采集装置实时采集流水线上的钢材图像，并将采集到的图像发送至图像处理单元和人机交互处理单元；图像处理单元与图像采集单元连接，用以对接收到的图像进行分析处理，得出钢材轮廓信息并发送至统计处理单元；统计处理单元与图像处理单元连接，用以通过钢材轮廓信息，拟合钢材的边缘，得出每一根钢材的中心位置以及尺寸，记录钢材的数量，并统计一个批次的钢材数量以及对应的钢材的位置和尺寸信息发送至数据库和人机交互处理单元；以及，
数据库用以存储一个批次的钢材数量以及对应的钢材的位置和尺寸信息。
依照本发明较佳实施例所述的钢材计数系统，该图像采集装置采用CCD彩色相 机。
依照本发明较佳实施例所述的钢材计数系统，该统计处理单元以excel图表的形 式将统计的一个批次的钢材数量以及对应的钢材的位置和尺寸信息生成报表发送至数据 库和人机交互处理单元。
为达到上述目的，本发明还提供一种钢材计数方法，包括以下步骤
(I)接受用户的操作，实现初始化工作及参数设置；
(2)根据用户的操作，图像采集装置实时采集流水线上的钢材图像；
(3)采用图像分析方法对采集到的图像进行分析处理，得出钢材轮廓信息；
(4)根据钢材轮廓信息，拟合钢材的边缘，得出每一根钢材的中心位置以及尺寸， 记录钢材的数量，并统计一个批次的钢材数量以及对应的钢材的位置和尺寸信息；
(5)实时显示检测信息及统计结果，并存储统计结果。
依照本发明较佳实施例所述的钢材计数方法，步骤(I)中的参数设置具体包括 采集帧率、分割阈值、区域算子和拟合系数。
依照本发明较佳实施例所述的钢材计数方法，步骤(3)采用的图像分析方法具体 包括序贯加权平滑算法、模板匹配算法、轮廓曲线匹配算法和类圆形边缘集聚算法。
依照本发明较佳实施例所述的钢材计数方法，步骤(3)具体包括以下步骤
(31)采用序贯加权平滑算法实时估计内置参数，每个参数都有一个加权因子，通 过估计参数对图像进行平滑操作，减小随机噪声干扰；
(32)通过模板匹配算法对钢材的类圆形边缘轮廓进行特征匹配，提取钢材的轮廓 区域；
(33)采用轮廓曲线匹配算法根据步骤(32)获取的待选轮廓区域，通过边缘过滤操 作，提取相关钢材边缘轮廓线，并且连接细小的边缘断裂点。
依照本发明较佳实施例所述的钢材计数方法，步骤(4)具体为
采用类圆形边缘集聚算法对步骤(3)得到的边缘轮廓线进行收敛，得到每根钢材 的轮廓区域，提取轮廓的中心点作为钢材的圆心，计算钢材的拟合半径值，并统计钢材数 量。
依照本发明较佳实施例所述的钢材计数方法，图像采集装置采用CCD彩色相机。
依照本发明较佳实施例所述的钢材计数方法，步骤(4)还包括将统计的一个批 次的钢材数量以及对应的钢材的位置和尺寸信息以excel图表的形式生成报表。
本发明的钢材计数系统及方法运行速度快、计数准确。实现了自动统计钢材的数 量以及位置尺寸等信息，通过钢材图像的采集及图像分析、获取钢材的数量计算、钢材的位 置以及尺寸信息，实时显示检测信息及检测结果并将统计结果存储于数据库中。通过数 字图像分析处理，实现对链床上连续传送的成批钢材进行实时计数，在线计数准确率达到 99. 99%，测量精度高，大大降低了劳动强度，提高了生产效率。并且，本发明还通过数据库的 交互处理提供方便的查询处理，方便后续查询，进一步提高了准确性。因此，与现有技术相 比，本发明具有无需人工干扰、计数准确，精度高、生产效率高，降低劳动强度、实时性高、实 用性强的优点。
图1为本发明钢材计数系统的结构示意图；图2为本发明实施例统计得到的钢材各批次计数列表示意图；图3为本发明实施例统计得到的钢材直径列表示意图。
具体实施例方式以下结合附图，具体说明本发明。请参阅图1 一种钢材计数系统，包括图像采集装置1、上位机模块2和电源3，图像采集装置I采用CCD彩色相机，其与上位机模块2连接，用以实时采集流水线上的钢材图像并发送至上位机模块2。上位机模块2用以对采集到的图像进行分析，得到钢材计数统计。电源3分别与图像采集装置I和上位机模块2连接，用以为图像采集装置I和上位机模块2提供电力。其中，上位机模块2进一步包括人机交互处理单元21 :用以接受用户的操作，实现初始化工作及参数设置，并实时显示检测信息及检测结果。人机交互处理单元21主要完成系统的初始化工作、实现参数设置、接受用户的操作和显示各种数据等。其中，参数设置包括设置采集帧率、分割阈值、区域算子以及拟合系数等。图像采集单元22 :分别与人机交互处理单元21和图像采集装置I连接，用以根据人机交互处理单元21接受的用户操作，驱动图像采集装置I实时采集流水线上的钢材图像，并将采集到的图像发送至图像处理单元23和人机交互处理单元21。图像采集单元22驱动CCD彩色相机实时采集流水线上的钢材图像，并且可以根据用户的操作调整相机的曝光以及增益等参数。图像处理单元23 :与图像采集单元22连接，用以对接收到的图像进行分析处理，得出钢材轮廓信息并发送至统计处理单元24。图像处理单元23采用图像分析方法对采集到的图像进行分析处理，具体为采用序贯加权平滑算法实时估计内置参数，每个参数都有一个加权因子，通过估计参数对图像进行平滑操作，减小随机噪声干扰。通过模板匹配算法对钢材的类圆形边缘轮廓进行特征匹配，提取钢材的轮廓区域。采用轮廓曲线匹配算法根据获取的待选轮廓区域，通过边缘过滤操作，提取相关钢材边缘轮廓线，并且连接细小的边缘断裂点。统计处理单元24:与图像处理单元连接，用以通过钢材轮廓信息，拟合钢材的边缘，得出每一根钢材的中心位置以及尺寸，记录钢材的数量，并统计一个批次的钢材数量以及对应的钢材的位置和尺寸信息发送至数据库和人机交互处理单元。具体的，统计处理单元24采用类圆形边缘集聚算法对上述得到的边缘轮廓线进行收敛，得到每根钢材的轮廓区域，提取轮廓的中心点作为钢材的圆心，计算钢材的拟合半径值，得出每一根钢材的中心位置以及尺寸，并统计钢材数量。更进一步地，如图2、图3所示，统计处理单元24以excel图表的形式将统计的一个批次的钢材数量以及对应的钢材的位置和尺寸信息生成报表发送至数据库25和人机交 互处理单元21。
数据库25 :用以存储一个批次的钢材数量以及对应的钢材的位置和尺寸信息。
本发明能够完成流水线上的钢材图像的采集及处理，自动计算钢材的数量及对应 的位置和相关的尺寸，生成报表输入到对应数据库中，系统操作简单，方便易用，实用性强。
基于上述的系统，本发明还提供一种钢材计数方法，包括以下步骤
( I)接受用户的操作，实现初始化工作及参数设置。
人机交互处理单元完成系统的初始化工作，根据用户的操作实现参数设置，包括 设置采集帧率、分割阈值、区域算子以及拟合系数等。
(2)根据用户的操作，图像采集装置实时采集流水线上的钢材图像。
图像采集单元22驱动CCD彩色相机实时采集流水线上的钢材图像，并且可以根据 用户的操作调整相机的曝光以及增益等参数。
(3)采用图像分析方法对采集到的图像进行分析处理，得出钢材轮廓信息。
图像处理单元用以对接收到的图像进行分析处理，得出钢材轮廓信息。具体包括 以下步骤
(31)采用序贯加权平滑算法实时估计内置参数，每个参数都有一个加权因子，通 过估计参数对图像进行平滑操作，减小随机噪声干扰；
(32)通过模板匹配算法对钢材的类圆形边缘轮廓进行特征匹配，提取钢材的轮廓 区域；
(33)采用轮廓曲线匹配算法根据步骤(32)获取的待选轮廓区域，通过边缘过滤操 作，提取相关钢材边缘轮廓线，并且连接细小的边缘断裂点。
(4)根据钢材轮廓信息，拟合钢材的边缘，得出每一根钢材的中心位置以及尺寸， 记录钢材的数量，并统计一个批次的钢材数量以及对应的钢材的位置和尺寸信息。具体 为
统计处理单元采用类圆形边缘集聚算法对上述得到的边缘轮廓线进行收敛，得到 每根钢材的轮廓区域，提取轮廓的中心点作为钢材的圆心，计算钢材的拟合半径值，得出每 一根钢材的中心位置以及尺寸，并统计钢材数量。并且，将统计的一个批次的钢材数量以及 对应的钢材的位置和尺寸信息以excel图表的形式生成报表发送至人机交互处理单元和 数据库进行显示和存储。
(5)实时显示检测信息及统计结果，并存储统计结果。
人机交互处理单元对接收到的统计结果及报表进行显示，数据库存储统计结果， 以便后续查询。
本发明能够实时采集钢材图像并在线对图像的预处理分析，统计出钢材的数量以 及位置尺寸等信息，生成报表输入到对应数据库中。首先输入相关参数，包括采集帧率，分 割阈值，区域算子以及拟合系数等。之后，启动系统，开始实时采集流水线上的钢材图像并 实时分析钢材图像的识别结果，通过人机交互模块实时显示识别结果，待计数过程结束，生 成报表，生成一个批次的钢材的数量及对应的位置以及尺寸结果的excel图表，并导入到 相应的数据库中进行存储以及通过人机交互模块进行显示。
以上所述，仅是本发明的较佳实施实例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围。
权利要求
1.一种钢材计数系统，其特征在于，包括图像采集装置、上位机模块和电源，所述图像采集装置与所述上位机模块连接，用以实时采集流水线上的钢材图像并发送至所述上位机模块；所述上位机模块用以对采集到的图像进行分析，得到钢材计数统计；所述电源分别与所述图像采集装置和上位机模块连接，用以为所述图像采集装置和上位机模块提供电力；其中，所述上位机模块进一步包括人机交互处理单元用以接受用户的操作，实现初始化工作及参数设置，并实时显示检测信息及检测结果；图像采集单元分别与所述人机交互处理单元和图像采集装置连接，用以根据所述人机交互处理单元接受的用户操作，驱动图像采集装置实时采集流水线上的钢材图像，并将采集到的图像发送至图像处理单元和人机交互处理单元；图像处理单元与所述图像采集单元连接，用以对接收到的图像进行分析处理，得出钢材轮廓信息并发送至统计处理单元；统计处理单元与所述图像处理单元连接，用以通过钢材轮廓信息，拟合钢材的边缘，得出每一根钢材的中心位置以及尺寸，记录钢材的数量，并统计一个批次的钢材数量以及对应的钢材的位置和尺寸信息发送至数据库和人机交互处理单元；以及，数据库用以存储一个批次的钢材数量以及对应的钢材的位置和尺寸信息。
2.如权利要求1所述的钢材计数系统，其特征在于，所述图像采集装置采用CCD彩色相机。
3.如权利要求1所述的钢材计数系统，其特征在于，所述统计处理单元以excel图表的形式将统计的一个批次的钢材数量以及对应的钢材的位置和尺寸信息生成报表发送至所述数据库和人机交互处理单元。
4.一种钢材计数方法，其特征在于，包括以下步骤(1)接受用户的操作，实现初始化工作及参数设置；(2)根据用户的操作，图像采集装置实时采集流水线上的钢材图像；(3)采用图像分析方法对采集到的图像进行分析处理，得出钢材轮廓信息；(4)根据钢材轮廓信息，拟合钢材的边缘，得出每一根钢材的中心位置以及尺寸，记录钢材的数量，并统计一个批次的钢材数量以及对应的钢材的位置和尺寸信息；(5)实时显示检测信息及统计结果，并存储统计结果。
5.如权利要求4所述的钢材计数方法，其特征在于，步骤(I)中所述的参数设置具体包括采集帧率、分割阈值、区域算子和拟合系数。
6.如权利要求4所述的钢材计数方法，其特征在于，步骤(3)采用的图像分析方法具体包括序贯加权平滑算法、模板匹配算法、轮廓曲线匹配算法和类圆形边缘集聚算法。
7.如权利要求6所述的钢材计数方法，其特征在于，步骤(3)具体包括以下步骤(31)采用序贯加权平滑算法实时估计内置参数，每个参数都有一个加权因子，通过估计参数对图像进行平滑操作，减小随机噪声干扰；(32)通过模板匹配算法对钢材的类圆形边缘轮廓进行特征匹配，提取钢材的轮廓区域；(33)采用轮廓曲线匹配算法根据步骤(32)获取的待选轮廓区域，通过边缘过滤操作，提取相关钢材边缘轮廓线，并且连接细小的边缘断裂点。
8.如权利要求7所述的钢材计数方法，其特征在于，步骤(4)具体为采用类圆形边缘集聚算法对步骤(3)得到的边缘轮廓线进行收敛，得到每根钢材的轮廓区域，提取轮廓的中心点作为钢材的圆心，计算钢材的拟合半径值，并统计钢材数量。
9.如权利要求4所述的钢材计数方法，其特征在于，所述图像采集装置采用CCD彩色相机。
10.如权利要求4所述的钢材计数方法，其特征在于，步骤(4)还包括将统计的一个批次的钢材数量以及对应的钢材的位置和尺寸信息以excel图表的形式生成报表。
全文摘要
一种钢材计数系统及方法，该系统包括图像采集装置、上位机模块和电源，图像采集装置与上位机模块连接，用以实时采集流水线上的钢材图像并发送至上位机模块；上位机模块用以对采集到的图像进行分析，得到钢材计数统计；电源分别与图像采集装置和上位机模块连接，用以为图像采集装置和上位机模块提供电力。本发明实现了自动统计钢材的数量以及位置尺寸等信息，具有无需人工干扰、计数准确，精度高、生产效率高，降低劳动强度、实时性高、实用性强的优点。
文档编号G06T7/00GK102999451SQ20121045515
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者胡洁, 黄海清, 戚进, 谷朝臣, 刘超 申请人:上海交通大学