1．引言
機器視覺係統是指通過機器視覺產品，如CCD、CMOS和光電管等
，將被攝取的目標轉換成圖像信號
，傳送給專用的圖像處理係統，根據像素分布和亮度

、顏色等信息
，轉變成數字化信號；圖像係統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，再根據判別的結果控製現場的設備。典型的工業機器視覺應用係統包括如下部分：光源，鏡頭，CCD照相機，圖像處理單元（或圖像采集卡）
，圖像處理軟件，監視器
，通訊/輸入輸出單元等。
隨著中國加入WTO
，市場競爭日益激烈，卷煙企業為了提高產品的競爭力，更好的開拓市場，在加大卷煙質量的技改力度

、提(ti)高(gao)卷(juan)煙(yan)質(zhi)量(liang)的(de)同(tong)時(shi)，對(dui)卷(juan)煙(yan)製(zhi)品(pin)的(de)包(bao)裝(zhuang)形(xing)式(shi)及(ji)包(bao)裝(zhuang)質(zhi)量(liang)也(ye)加(jia)大(da)了(le)改(gai)造(zao)力(li)度(du)，以(yi)在(zai)激(ji)烈(lie)的(de)市(shi)場(chang)競(jing)爭(zheng)中(zhong)更(geng)好(hao)的(de)鞏(gong)固(gu)和(he)開(kai)拓(tuo)市(shi)場(chang)。卷(juan)煙(yan)產(chan)品(pin)包(bao)裝(zhuang)質(zhi)量(liang)的(de)檢(jian)測(ce)，是(shi)市(shi)場(chang)營(ying)銷(xiao)過(guo)程(cheng)中(zhong)保(bao)證(zheng)質(zhi)量(liang)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)手(shou)段(duan)。傳(chuan)統(tong)的(de)煙(yan)支(zhi)條(tiao)盒(he)包(bao)裝(zhuang)質(zhi)量(liang)完(wan)全(quan)由(you)人(ren)眼(yan)檢(jian)測(ce)，而(er)長(chang)時(shi)間(jian)工(gong)作(zuo)會(hui)使(shi)人(ren)眼(yan)產(chan)生(sheng)視(shi)覺(jiao)疲(pi)勞(lao)，難(nan)以(yi)避(bi)免(mian)產(chan)品(pin)錯(cuo)檢(jian)
、loujianqingkuangdechuxian。jiyujiqishijiaokaifadejiancexitongshidezaichanpinzhiliangdejianceguochengzhongyongjiqidaitirenyanlaizuocelianghepanduan，jiangdilerenweiyinsuduichanpinzhiliangdeyingxiang，zaitigaojuanyanbaozhuangzhiliangdejigaifangmianmanzuleqiyedexuqiu。
2． 係統的設計方案
係統采用線性光源以產生照明能量集中、光強分布均勻的一條光帶；采用多個相機對條盒需要檢測的各個麵進行拍照，以保證檢測的全麵性；采用外觸發模式使各個麵的圖像分通道進入圖像采集單元
；經(jing)過(guo)處(chu)理(li)單(dan)元(yuan)對(dui)各(ge)通(tong)道(dao)的(de)圖(tu)像(xiang)進(jin)行(xing)複(fu)雜(za)的(de)表(biao)麵(mian)檢(jian)測(ce)運(yun)算(suan)
，如(ru)果(guo)發(fa)現(xian)任(ren)何(he)一(yi)個(ge)通(tong)道(dao)的(de)圖(tu)像(xiang)存(cun)在(zai)表(biao)麵(mian)質(zhi)量(liang)缺(que)陷(xian)
，則(ze)對(dui)下(xia)位(wei)機(ji)給(gei)出(chu)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)，使(shi)執(zhi)行(xing)單(dan)元(yuan)在(zai)該(gai)不(bu)合(he)格(ge)條(tiao)盒(he)通(tong)過(guo)時(shi)將(jiang)其(qi)剔(ti)除(chu)
；係統顯示器實時顯示各通道圖像及其檢測結果
，並給出缺陷的分析結果。
係統的圖像采集單元包括圖像采集卡、D/A轉換卡
、光源

、CCD相機，工業控製計算機作為圖像處理單元，以PLC控製係統控製執行單元。
3． 圖像采集
tuxiangdehuoqushijishangshijiangbeicewutidekeshihuatuxiangheneizaitezhengzhuanhuachengnengbeijisuanjichulideshuju
，tazhijieyingxiangdaoxitongdewendingxingjikekaoxing。yibanliyongguangyuan、光學係統

，相機
、圖像采集卡、圖像處理單元獲取被測物體的圖像。
光源是影響機器視覺係統輸入的重要因素
，因為它直接影響輸入數據的質量和至少30%的應用效果。條盒的外包裝透明紙對光的反射、折射效果都很強
，所以係統的照明係統采用多種型號的LED條形光源組合構成，照明方式為反射式照明
，為延長光源的使用壽命，保持光源的高亮度、高穩定性，相機拍照時采用頻閃光

，頻閃速度與相機的掃描速度同步。
在機器視覺中
，CCD攝像機以其體積小巧、性能可靠

、清晰度高等特點得到了廣泛應用。按照其所用的CCDqijiankefenweixianzhenshihemianzhenshiliangdalei。xianzhenshishexiangjiyicizhinenghuodetuxiangdeyixingxinxi
，beipaishedewutibixuyizhixianxingshicongshexiangjiqianyiguo，cainenghuodewanzhengdetuxiang，ermianzhenshishexiangjizekeyiyicihuodezhengfutuxiangdexinxi。zaitiaohebaozhuangzhiliangjiancexitongzhongxuyaoyiciqudetiaohewaibaozhuangwugemiandetuxiang

，shejizhongcaiyongsigemianzhenshiCCD攝像機同步拍照。
圖像采集卡是控製攝像機拍照、完成圖像采集和數字化、協調整個係統的重要設備。它一般具有以下模塊：1.A/D轉換模塊2.時序及采集控製模塊3.圖像處理模塊4.PCI總線接口及控製模塊5.相機控製模塊6.數字輸入/輸出模塊。係統設計采用外觸發模式對條盒進行拍照
，圖像采集卡通過TTL信號與外部裝置（傳感器、光源頻閃控製器
、PLC等）進行通信，用於響應頻閃
、拍照和給出剔除信號。
4． 圖像的分析處理
目前卷煙條盒包裝主要存在破損、翹邊
、反包、包裝錯位、封簽（偏移、疊角、缺失）等缺陷，在圖像處理單元利用圖像定位、邊緣檢測、斑點分析等算法，對各個通道的圖像進行分析，以確定產品包裝是否存在質量缺陷。
4.1定位配準（Locator）
 dingweipeizhunshituxiangyubiaozhunmobanjinxingquexianjiancedebiyaotiaojian，dingweizhunqueyufouzhijieguanxidaozhenggeshijiaoxitongdechengbai。chuantongdewutidingweijishutongguoxunzhaotongjimoban（參考圖像）與物體（產品圖像）間的灰度級相關度的方法來決定物體的X、Y坐zuo標biao，本ben係xi統tong定ding位wei采cai用yong幾ji何he特te征zheng匹pi配pei
，通tong過guo設she置zhi興xing趣qu域yu並bing學xue習xi興xing趣qu域yu內nei物wu體ti的de幾ji何he特te征zheng，然ran後hou在zai圖tu像xiang內nei尋xun找zhao相xiang似si形xing狀zhuang的de物wu體ti，不bu依yi賴lai於yu特te殊shu的de像xiang素su灰hui度du，提ti高gao了le定ding位wei物wu體ti的de能neng力li
，在zai改gai變bian物wu體ti角jiao度du、尺寸、明暗度等條件的情況下仍能精確定位物體。應用中的特點：
・基於圖像中條盒輪廓或邊緣找尋和定位條盒
；
・設定模板後，所有查找都基於模板操作；
・對於相似的模板進行加權處理，能自動去模糊化（二意性）；
 ・容許陰影、對比度低、邊緣不清或背景噪音；
 ・定位器返回找到條盒特征的X、Y坐標。
4.2邊緣檢測（Edge）
 邊緣是指圖像局部亮度變化最顯著的部分，主要存在於目標與目標、目標與背景、區域與區域（包括不同色彩）zhijian。tuxiangzhongbeizhazhaodebianyuanbeibiaojiweicongquananzhiquanlianghuocongquanliangzhiquananfanweineidehuiduzhibianhua
，bianyuangongjucongtuxiangzhongquchuchanglianghuobianhuahuanmandebeijing，baoliuzuoweituxiangtezhengdebianyuan，bingjisuanbianyuandefuduhejiaodu。bianyuandefuduzhichuanguobianyuanshihuiduzhidebianhualiang；邊(bian)緣(yuan)的(de)角(jiao)度(du)是(shi)指(zhi)邊(bian)緣(yuan)與(yu)垂(chui)直(zhi)方(fang)向(xiang)的(de)夾(jia)角(jiao)。下(xia)圖(tu)為(wei)兩(liang)個(ge)三(san)角(jiao)形(xing)。其(qi)中(zhong)，箭(jian)頭(tou)的(de)方(fang)向(xiang)表(biao)示(shi)邊(bian)緣(yuan)的(de)角(jiao)度(du)，箭(jian)頭(tou)的(de)大(da)小(xiao)表(biao)示(shi)邊(bian)緣(yuan)的(de)幅(fu)度(du)。每(mei)一(yi)三(san)角(jiao)形(xing)具(ju)有(you)同(tong)樣(yang)的(de)邊(bian)緣(yuan)角(jiao)度(du)
，但(dan)由(you)於(yu)背(bei)景(jing)的(de)灰(hui)度(du)值(zhi)不(bu)同(tong)，左(zuo)邊(bian)三(san)角(jiao)形(xing)的(de)幅(fu)度(du)大(da)於(yu)右(you)方(fang)三(san)角(jiao)形(xing)。
大多數由真實圖像產生出的邊緣幅度圖像包含虛假的或噪聲邊緣像素，這些邊緣像素是視頻噪聲
、反(fan)射(she)或(huo)其(qi)它(ta)圖(tu)像(xiang)缺(que)陷(xian)所(suo)造(zao)成(cheng)的(de)。通(tong)過(guo)在(zai)邊(bian)緣(yuan)幅(fu)度(du)圖(tu)像(xiang)中(zhong)設(she)置(zhi)閥(fa)值(zhi)
，可(ke)消(xiao)除(chu)這(zhe)些(xie)虛(xu)假(jia)像(xiang)素(su)。設(she)置(zhi)閥(fa)值(zhi)在(zai)消(xiao)除(chu)虛(xu)假(jia)邊(bian)緣(yuan)的(de)同(tong)時(shi)，還(hai)常(chang)會(hui)消(xiao)除(chu)真(zhen)正(zheng)的(de)邊(bian)緣(yuan)。因(yin)為(wei)真(zhen)正(zheng)的(de)邊(bian)緣(yuan)常(chang)由(you)一(yi)些(xie)鄰(lin)近(jin)像(xiang)素(su)的(de)集(ji)合(he)構(gou)成(cheng)。通(tong)過(guo)在(zai)邊(bian)緣(yuan)圖(tu)像(xiang)中(zhong)設(she)置(zhi)邊(bian)緣(yuan)滯(zhi)後(hou)閥(fa)值(zhi)，可(ke)在(zai)消(xiao)除(chu)虛(xu)假(jia)邊(bian)緣(yuan)的(de)同(tong)時(shi)，保(bao)留(liu)真(zhen)正(zheng)的(de)邊(bian)緣(yuan)。邊(bian)緣(yuan)滯(zhi)後(hou)閥(fa)值(zhi)消(xiao)除(chu)了(le)一(yi)些(xie)像(xiang)素(su)，這(zhe)些(xie)像(xiang)素(su)的(de)灰(hui)度(du)較(jiao)那(na)些(xie)與(yu)其(qi)它(ta)邊(bian)緣(yuan)像(xiang)素(su)不(bu)相(xiang)鄰(lin)的(de)像(xiang)素(su)低(di)一(yi)定(ding)的(de)幅(fu)度(du)，較(jiao)邊(bian)緣(yuan)幅(fu)度(du)圖(tu)像(xiang)高(gao)一(yi)定(ding)的(de)幅(fu)度(du)。這(zhe)一(yi)方(fang)法(fa)保(bao)留(liu)了(le)形(xing)成(cheng)真(zhen)正(zheng)邊(bian)緣(yuan)的(de)連(lian)續(xu)邊(bian)緣(yuan)像(xiang)素(su)
，而(er)消(xiao)除(chu)了(le)由(you)噪(zao)聲(sheng)或(huo)其(qi)它(ta)圖(tu)像(xiang)缺(que)陷(xian)而(er)形(xing)成(cheng)的(de)邊(bian)緣(yuan)像(xiang)素(su)。
係統的設計中通過在邊緣工具中設置邊緣滯後閥值和幅度範圍來檢測條盒邊緣及透明紙褶皺的缺陷。
4.3斑點分析（Blob Analysis）
 Blob分析可為視覺係統提供圖像中斑點的數量
、位置、形狀和方向，還可提供相關斑點間的拓撲結構，其是一種對閉合目標形狀進行分析處理的基本方法。
Blob分析從場景的灰度圖象著手進行分析，在進行分析以前
，利用二值化（Bilinear Interpolation）把圖像分割為構成斑點（Blob）和局部背景的像素集合，典型的目標像素被賦值為1，背景像素被賦值為0。分割時設定了兩種方法固定閥值分割（Hard Threshold）和動態閥值分割（Soft Threshold）。
當圖像被分割為目標像素和背景像素後，進行連通性分析
，在圖像中尋找一個或多個相似灰度的“斑點”,並將這些“斑點”按照四鄰域或者八鄰域方式進行連通性分析，將目標像素聚合為目標像素或斑點的連接體，就形成了一個Blob單元。通過對Blob單元進行圖形特征分析，可以將單純的圖案灰度信息迅速轉化為圖案的形狀信息，包括圖形的質心、麵積
、周長等。使用Blob分析

，通過多級分類器的過濾，在一定程度上可滿足對條盒透明紙破損
、反包、盒皮印刷等缺陷的檢測需求。
5．係統的總體開發
 在條盒外包裝質量檢測係統中，采用的處理方式是基於PC機的檢測處理係統。開發時綜合考慮了係統與相機
、采集卡、外部PLC、以及PC本身外設的連接與通信控製，提供了友好的人機界麵和可靠曆史記錄存儲數據庫
；檢測到質量缺陷時，提示缺陷類別，對執行單元給出剔除信號。
 執zhi行xing單dan元yuan是shi係xi統tong的de一yi個ge關guan鍵jian環huan節jie，其qi作zuo用yong就jiu是shi響xiang應ying上shang位wei機ji給gei出chu的de剔ti除chu指zhi令ling，準zhun確que無wu誤wu地di剔ti除chu不bu合he格ge的de條tiao盒he。在zai生sheng產chan流liu水shui線xian運yun行xing的de高gao峰feng時shi期qi，速su度du可ke達da到dao8條/s
，為保證係統的穩定性和快速性，設計中電控係統采用西門子的S7-200 PLC

，執行機構中應用高速的電磁閥組和噴吹腔體，使其能夠對剔除信號給出快速響應。
6．結束語
本(ben)文(wen)探(tan)討(tao)了(le)基(ji)於(yu)機(ji)器(qi)視(shi)覺(jiao)的(de)條(tiao)盒(he)包(bao)裝(zhuang)質(zhi)量(liang)檢(jian)測(ce)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)中(zhong)的(de)各(ge)項(xiang)相(xiang)關(guan)技(ji)術(shu)，介(jie)紹(shao)了(le)機(ji)器(qi)視(shi)覺(jiao)和(he)機(ji)器(qi)視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)的(de)基(ji)本(ben)概(gai)念(nian)，通(tong)過(guo)對(dui)係(xi)統(tong)開(kai)發(fa)的(de)介(jie)紹(shao)，列(lie)舉(ju)和(he)闡(chan)述(shu)了(le)在(zai)表(biao)麵(mian)缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)中(zhong)常(chang)用(yong)到(dao)的(de)定(ding)位(wei)、邊緣檢測及Blob分析等算法。
機ji器qi視shi覺jiao的de誕dan生sheng和he應ying用yong，極ji大da地di解jie放fang了le人ren類lei生sheng產chan力li
，提ti高gao了le生sheng產chan自zi動dong化hua水shui平ping，其qi應ying用yong前qian景jing極ji為wei廣guang闊kuo。隨sui著zhe煙yan草cao行xing業ye提ti質zhi降jiang耗hao工gong程cheng的de全quan麵mian實shi施shi，它ta也ye將jiang越yue來lai越yue多duo地di應ying用yong於yu煙yan草cao生sheng產chan質zhi量liang的de檢jian測ce和he監jian控kong，為wei提ti升sheng煙yan草cao企qi業ye的de市shi場chang競jing爭zheng力li做zuo出chu更geng大da的de貢gong獻xian。