一种基于计算机视觉技术的智能物料计数方法与流程

本发明涉及图像处理领域，尤其是涉及自动计数系统中的基于计算机视觉技术的智能物料计数方法。

背景技术：

随着工业生产的自动化水平逐渐提高，自动计数系统在食品、药品和农业等行业中的使用也越来越广泛。自动计数系统能提供准确的计数，以便根据预设计数对物料进行打包，降低生产成本，提高生产效率。

目前市场上使用的自动计数系统，大多使用激光计数的方法，该方法成本高，使用上也有诸多限制。而其它少数使用计算机视觉的方法则使用线阵相机。这种方法成本也较高，计数准确率不高。因而需要一种新的基于面阵相机的智能计数技术，以降低使用成本，提高计数的准确率。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种基于计算机视觉技术的智能物料计数方法。能够提高自动计数系统的使用成本和计数的准确率。

为了实现本发明的目的，提出以下计数方案：

一种基于计算机视觉技术的智能物料计数方法，该方法使用一套光源和相机，物料在光源和相机之间从上方下落，摄像头实时拍摄物料下落过程，所述方法包括步骤：

1）固定相机和光源位置，使相机能够拍摄到整个光源区域；

2）在物料下落之前，记录当前拍摄的光源图像，并将该图像转换为灰度图并进行二值化，光源区域二值化为白色，其余则为黑色；

3）在物料下落阶段，对每一帧图像均转换为灰度图并进行二值化处理，光源区域为白色，物料区域为黑色；

4）通过设定噪声系数，判断噪声或者杂质，排除噪声或者杂质带来的干扰；

5）通过判断当前物料区域是否与光源顶部重叠，确定该物料为有效物料，否则为无效物料；记录该帧图像中的所有有效物料的面积和上下左右点位置信息；

6）根据前一帧记和当前帧记录的有效物料的上下左右点位置信息，判断物料位置关系，更新计数；

7）根据物料面积与标准物料面积的比值，判断物料重叠的关系，更新计数。

所述步骤4）中，判断噪声或者杂质的具体方法是：设实际观察到最大杂质的面积为p，标准物料面积为s，当前物料大小为m，nr为噪声系数，nr=p/s，当m/s≤nr时，则认为该物料为噪声或者杂质。

所述步骤5）中，判断当前物料为有效物料方法为：若m/s＞nr，判断当前物料区域与光源顶部重叠，则认为该物料为有效物料，并记录下来；否则为无效物料，丢弃。

所述步骤6）中，所述判断物料位置关系，更新计数的方法具体为：设前一帧记录的有效物料集合为a，当前帧记录的有效物料集合为b，设物料a为集合a中任一物料，b为集合b中任一物料，比较a和b的位置关系：如果a在b的正上方，则说明a落到了b的位置，计数不变；如果a在b的正下方，说明a已落下，更新计数；如果无法在集合b中找到位置在a正上方或正下方的物料，说明a已落下，更新计数。

所述步骤7）中，根据物料重叠的关系，更新计数的方法具体为：

当物料面积m=s时，我们认为该物料为1个物料，没有与其它物料重叠，计数加1；

当m/s＞1时，可以认为物料有重叠，进一步判定；

将m/s的比值划分为r1，r2，r3，…，rn个区间，并设定2＞r1＞1，3＞r2＞2，4＞r3＞3，…，n+1＞rn＞n，若m/s＜r1，则计数加1;若r1≤m/s＜r2，则计数加2；若r2≤m/s＜r3，则计数加3，以此类推,若rn+1＞m/s＜rn则计数加。

本发明的基于计算机视觉技术的智能物料计数方法新颖，准确率高，设备操作简单，成本低。

附图说明

图1是基于计算机视觉技术的智能物料计数方法应用场景图；

图2是基于计算机视觉技术的智能物料计数方法流程图；

图3是光源区域示意图；

图4是有效物料示意图；

图5是前一帧有效物料示意图；

图6是当前帧有效物料示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明提出一种基于计算机视觉技术的智能物料计数方法，需要让物料从摄像头和光源中间穿过，摄像头实时拍摄物料下落过程，其应用场景如图1所示。

如图2所示，本发明提出的基于计算机视觉技术的智能物料计数方法包括两大步骤：

s01,有效物料统计阶段，统计处于光源顶部的有效物料数，记录物料大小和位置等相关信息。

s02,物料下落判断阶段，比较当前帧和上一帧统计的有效物料的位置信息，以判断该物料是否已经落到光源顶部下方，并比较物料大小和标准大小来更新计数。

下面结合附图分别对以上两个阶段进行详细说明。

（1）有效物料统计阶段

该阶段作用是统计处于光源顶部的有效物料数，记录物料大小和位置等相关信息。

a.在物料下落之前，记录当前拍摄的光源图像，并将该图像转换为灰度图并进行二值化，光源区域二值化为白色，其余则为黑色。白色区域的顶部位置即为光源顶部，记为ltop，如图3所示。

b.在物料下落阶段，对每一帧图像均转换为灰度图并进行二值化处理，光源区域为白色，物料区域为黑色。假设标准物料大小为s，噪声系数为nr，即当检测到物料大小小于s^*nr，则认为该物料为无效物料。为了便于说明，我们这里选择nr=0.1。假设当前物料大小为m，判断当前物料区域是否与光源顶部ltop重叠，若重叠且m/s＞nr，则认为该物料为有效物料，并记录下来；否则为无效物料，丢弃。记录该帧图像中的所有有效物料的面积和上下左右点位置信息。如图4所示，其中物料1，2，3为有效物料，物料4和5为无效物料。

（2）物料下落判断阶段

比较当前帧和上一帧统计的有效物料的位置信息，以判断该物料是否已经落到光源顶部下方，并比较物料大小和标准大小来更新计数。

a.假设前一帧记录的有效物料集合为a，当前帧记录的有效物料集合为b。其中物料a为集合a中任一物料，如图5。b为集合b中任一物料，如图6。比较a和b的位置关系。如果a在b的正上方，则说明a落到了b的位置，计数不变；如果a在b的正下方，说明a已落下，更新计数；如果无法在集合b中找到位置在a正上方或正下方的物料，说明a已落下，更新计数。

b.根据物料大小来更新计数。设定物料大小m与标准大小s的比值与计数之间的关系。若m/s＜r1，则计数加1；若r1≤m/s＜r2，则计数加2；若r2≤m/s＜r3，则计数加3。为了便于说明，设定r1=1.5，r2=2.5，r3=3.5，以此类推。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明是一种基于计算机视觉技术的智能物料计数方法，该方法包括步骤：1）固定相机和光源位置，拍摄到整个光源区域；2）在物料下落之前，记录当前拍摄的光源图像，转换为灰度图并进行二值化；3）在物料下落阶段，每一帧图像转换为灰度图并进行二值化处理；4）通过设定噪声系数，判断噪声或者杂质；5）判断当前物料区域是否与光源顶部重叠，确定有效物料；记录有效物料面积和上下左右点位置信息；6）根据前一帧记和当前帧记录的有效物料的上下左右点位置信息，判断物料位置关系，更新计数；7）根据物料面积与标准物料面积的比值，判断物料重叠的关系，更新计数。本发明的智能物料计数方法新颖，准确率高，设备操作简单，成本低。

技术研发人员：邓秋平;刘剑
受保护的技术使用者：凌美芯（北京）科技有限责任公司
技术研发日：2017.04.19
技术公布日：2017.08.29