一种基于图像处理的喷码字符检测系统、装置和检测方法与流程

本发明属于工业检测技术领域，尤其涉及一种基于图像处理的喷码字符检测系统、装置和检测方法。

背景技术：

目前，业内常用的现有技术是这样的：

喷码工件在工业制造、装配等领域的使用非常普遍。在工件制造中，对出厂的工件都需要按照严格标准进行字符喷码，以便于后续的装配。传统的喷码字符检测方式是采用人工目检，到目前为止这仍然是许多工件制造厂采用的方式，这项工作既单调又劳动强度大。由于传统的检测采用手工接触的方式，极易造成工件表面污染，且检测结果不便于后续对工件产品质量进行统计分析。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有技术在喷码字符检测中，没有采用图像处理与自动化相结合的方法，造成生产效率低。

(2)现有字符识别系统可扩展性较差。

(3)测量中没有采用非接触的方式，对待检测工件容易造成污染。检测结果不便于后续对工件产品质量进行统计分析。

解决上述技术问题的意义：

本发明将图像处理与工业检测相结合，采用图像处理与自动化相结合的方式检测喷码字符是否合格，并将所述不合格结果输出至执行机构，剔除不合格工件，完成对工件的喷码字检测、以及对检测结果的处理。本发明解决了现有喷码检测产品只能输出结果，而不能对分散的结果进行综合统计分析的问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于图像处理的喷码字符检测系统和方法。

本发明是这样实现的，一种基于图像处理的喷码字符检测方法包括：

第一步，通过动态阈值法分割出待检测工件区域，f表示采集到的工件图片，f(i,j)表示第i行j列像素值大小；

第二步，设计滤波模板，模板大小为maskwidth×maskheight，其中maskwidth和maskheight均为正奇数，模板对图像f进行卷积，除以模板大小，得到新的图像fmean；选取补偿值toffset，对于满足式f(i,j)≥fmean(i,j)+toffset的像素点在f中保留，反之舍弃；得到图像fdyn，通过形态学滤波去除fdyn中存在的散粒噪，提取出字符区域图片fcr；得到区域连通的字符区域；

第三步，得到字符区域的中心点坐标coriginal-center(i,j)以及相对于水平方向的夹角αoriginal，创建仿射变换矩阵mhommat2drotate，fcr与mhommat2drotate做卷积运算：faffine＝fgap*mhommat2drotate，得到仿射变换后的图像faffine，字符区域与图像水平方向垂直；

第四步，计算区域的连通域fori_region，通过设计区域的面积特征sfeature、宽高特征whfeature的集合sfeature∪whfeature滤除杂散区域得到连通区域flas_region；

第五步，加载预先训练好的字符分类器检测待识别区域，得到每一个字符对应的识别字符的置信度δi(i∈n⁺)；

第六步，根据字符的置信度δi计算该字符与标准字库中对应字符的欧氏距离γi，i∈n⁺；对每一个字符设置一个阈值ε，当aδi+bγi≤ε，i∈n⁺，下标为i的字符合格，反之则不合格；对每一个字符均进行阈值判别，当所有字符的置信度和欧氏距离的加权和不大于阈值的情况下工件合格，反之则不合格。

进一步，第一步中，创建一个图像增强模板，对图像做初步的增强，增大待识别区域与背景的对比度。

进一步，所述基于图像处理的喷码字符检方法具体包括：

步骤一，固定工业相机、球积分光源；

步骤二，调节工业镜头焦距，使图片由模糊到清晰再到模糊；

步骤三，根据步骤二调节工业镜头得到图片最清晰的变焦环对应的点，在对应点附近不断重复上述过程，直至调节到图片最清晰；

步骤四，根据步骤三的结果调节传送带的传送速度以此来确定拍照触发装置的固定位置。

步骤五，步进传送单元传送待检测工件，采集待检测工件图像，处理得到喷码字符是否合格的结果；

步骤六，通过执行机构剔除不合格工件。

本发明的另一目的在于提供一种基于图像处理的喷码字符检测系统，为图像采集与处理单元；具体包括：工业相机、工业镜头、球积分光源、图像处理单元以及拍照触发装置；

所述拍照触发装置固定于机架上；所述球积分光源位于机架传送带正上方；所述工业相机、工业镜头位于球积分光源正上方；所述图像处理单元与工业相机连接，用于处理待检测图像，并输出检测结果。

进一步，图像处理单元得到工件喷码字符是否合格的结果，并将处理指令发送给执行机构剔除不合格工件。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述的基于图像处理的喷码字符检测装置，所述基于图像处理的喷码字符检测装置包括机架、步进传送单元、拍照触发装置、图像采集与处理单元、执行机构；

所述机架用于放置待检测工件以及支撑其他硬件设备；

所述步进传送单元用于传送待检测工件；所述拍照触发装置用于触发相机采集待检测工件图片；

所述图像采集与处理单元用于采集待检测工件图片并得到处理的结果；所述执行机构根据所得结果剔除不合格工件。

进一步，所述机架的纵向轴线与图像采集与处理单元的图像采集单元和拍照触发装置的中轴线正交。

进一步，所述步进传送单元包括步进传送控制单元、传送带、步进电机；所述传送带用于传送待检测工件，所述传送控制单元控制传送速度，所述步进电机用于提供传送的动力。

进一步，所述拍照触发装置包括红外光电对射感应探头，串口输出装置。所述待检测工件触发红外探头后通过串口输出拍照触发指令给图像采集与处理单元的图像采集单元；所述图像采集与处理单元的图像采集单元采集待检测工件图片。

本发明的另一目的在于提供一种安装所述基于图像处理的喷码字符检测装置的喷码工件检测生产线。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

人眼对喷码字符的检测为1.2字符/秒，本发明在喷码字符检测中采用图像处理与自动化相结合的方法达到20字符/秒，提高了生产效率，降低了劳动的强度。

测量采用非接触的方式，不会对待检测工件造成污染。

操作简便，通用性强，成本低。

检测结果便于后续对工件产品质量进行统计分析。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于图像处理的喷码字符检测装置的结构示意图。

图中：1、机架；2、步进传送单元；3、拍照触发装置；4、工业相机；5、工业镜头；6、球积分光源；7、图像处理单元(工控机)；8、执行机构。

图2是本发明实施例提供的基于图像处理的喷码字符检测系统安装方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有技术在喷码字符检测中，没有采用图像处理与自动化相结合的方法，造成生产效率低；测量中没有采用非接触的方式，对待检测工件容易造成污染。检测结果不便于后续对工件产品质量进行统计分析。

为解决上述技术问题，下面结合具体方案对本发明作详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于图像处理的喷码字符检测装置包括：

机架1、步进传送单元2、拍照触发装置3、图像采集与处理单元、执行机构8；所述机架1用于放置待检测工件以及支撑其他硬件设备；所述步进传送单元2用于传送待检测工件；所述拍照触发装置3用于触发相机采集待检测工件图片；所述图像采集与处理单元用于采集待检测工件图片并得到处理的结果；所述执行机构8根据所得结果剔除不合格工件。

所述机架1的纵向轴线与图像采集与处理单元的图像采集单元和拍照触发装置3的中轴线正交。所述步进传送单元2包括步进传送控制单元、传送带、步进电机；所述传送带用于传送待检测工件，所述传送控制单元控制传送速度，所述步进电机用于提供传送的动力。

所述拍照触发装置3包括红外光电对射感应探头，串口输出装置。所述待检测工件触发红外探头后通过串口输出拍照触发指令给图像采集与处理单元的图像采集单元；所述图像采集与处理单元的图像采集单元采集待检测工件图片。

所述图像采集与处理单元包括工业相机4、工业镜头5、球积分光源6、图像处理单元(工控机)7以及拍照触发装置3；所述拍照触发装置3固定于机架1上；所述球积分光源6位于机架1传送带正上方；所述工业相机4、工业镜头5位于球积分光源6正上方；所述图像处理单元7与工业相机4连接，用于处理待检测图像，并输出检测结果。

所述执行机构8根据图像处理单元的输出结果剔除不合格工件。

本发明实施例的待检测字符区域，它由图像采集与处理单元的图像采集单元获得，在采集过程中固定工业相机4、球积分光源6；调节工业镜头5的焦距，使图片由模糊到清晰再到模糊；调节工业镜头得到图片最清晰的变焦环对应的点，在对应点附近不断重复上述过程，直至调节到图片最清晰；调节传送带的传送速度以此来确定拍照触发装置的固定位置；步进传送单元传送待检测工件，采集待检测工件图像。

基于上述基于图像处理的喷码字符检测装置，本发明实施例提供的基于图像处理的喷码字符检测方法包括如下步骤：

s101：固定工业相机、球积分光源。

s102：调节工业镜头焦距，使图片由模糊到清晰再到模糊。

s103：根据步骤二调节工业镜头得到图片最清晰的变焦环对应的点，在对应点附近不断重复上述过程，直至调节到图片最清晰。

s104：根据步骤三的结果调节传送带的传送速度以此来确定拍照触发装置的固定位置。

s105：步进传送单元传送待检测工件，采集待检测工件图像，处理得到喷码字符是否合格的结果。

s106：通过执行机构剔除不合格工件。

在本发明实施例中，步骤s105图像处理的方法包括：

第一步：通过动态阈值法分割出待检测工件区域，f表示采集到的工件图片，f(i,j)表示第i行j列像素值大小；首先，创建一个图像增强模板，对图像做初步的增强，增大待识别区域与背景的对比度。

第二步：设计一个滤波模板，模板大小为maskwidth×maskheight，其中maskwidth和maskheight均为正奇数，模板对图像f进行卷积，然后除以模板大小，得到新的图像fmean；选取补偿值toffset，对于满足式f(i,j)≥fmean(i,j)+toffset的像素点在f中保留，反之舍弃；得到图像fdyn，fdyn中还存在散粒噪声的影响，通过形态学滤波去除噪声，提取出字符区域图片fcr；得到区域连通的字符区域。

第三步：得到字符区域的中心点坐标coriginal-center(i,j)以及相对于水平方向的夹角αoriginal，据此创建仿射变换矩阵mhommat2drotate，fcr与mhommat2drotate做卷积运算：faffine＝fgap*mhommat2drotate，得到仿射变换后的图像faffine，此时的字符区域与图像水平方向垂直。

第四步：计算区域的连通域fori_region，此时可能存在第二步中无法滤除的杂散区域。通过设计区域的面积特征sfeature、宽高特征whfeature的集合sfeature∪whfeature滤除杂散区域得到连通区域flas_region。

第五步：加载预先训练好的字符分类器检测待识别区域，得到每一个字符对应的识别字符的置信度δi(i∈n⁺)。

第六步：根据字符的置信度δi计算该字符与标准字库中对应字符的欧氏距离γi(i∈n⁺)；对每一个字符设置一个阈值ε，当aδi+bγi≤ε(i∈n⁺)，则下标为i的字符合格，反之则不合格。对每一个字符均进行阈值判别，只有当所有字符的置信度和欧氏距离的加权和不大于阈值的情况下该工件才合格，反之则不合格。

本发明实施例对不同工件的喷码字符均有较好的识别效果，人眼对喷码字符的检测为1.2字符/秒，本发明实施例中采用图像处理与自动化相结合的方法达到20字符/秒，提高了生产效率，降低了劳动的强度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。