基于机器视觉的瓶盖缺陷检测算法设计及可重构方案的研究

论文摘要

在瓶装饮料生产过程中,如果封盖机的位置调整不当,将出现各种样式的瓶盖缺陷,这将严重影响产品的质量和品牌效益。传统的人工瓶盖质量检测方法,劳动强度大、主观性误差大、检测效率低且检测精度不高,加上各厂商使用的瓶盖款式层出不穷,更加凸显了传统质量检测方法所存在的问题。本课题以机器视觉技术为基础,以数字图像处理技术为方法,以工业机器视觉饮料瓶盖缺陷检测为应用背景,针对瓶盖缺陷中高盖和斜盖,某些区域翘起,安全环没有压紧或脱落等情形,开发了功能模块可重构的瓶盖缺陷检测系统。为了实现工业现场的饮料瓶盖实时检测,本论文主要的工作和创新点如下：1)课题采用多线程并行处理技术进行软件开发,使检测软件的图像采集、图像处理、缺陷检测及检测结果实时显示等几个单元能够并发执行,提高系统效率,降低硬件设备要求。2)课题采用软件模块可重构方式来开发软件,解决了传统机器视觉检测软件的开发方式项目针对性强,功能结构单一,重构、重组性能较差等特点。将内置功能模块工具进行图形化设计,用户通过人机交互界面便能将软件的功能模块工具以类似于“搭积木”的方式进行重组,完成软件的“二次”开发,构造出全新的符合要求的软件功能,缩短软件开发周期,增强软件的通用性。3)设计并实现了固定感兴趣区域提取、手动感兴趣区域提取和自适应感兴趣区域提取三种区域提取方式,消除了图像中的大量无用信息,同时降低了数据处理量,加快了瓶盖检测速度。4)通过研究瓶盖预处理后,瓶盖图像边缘的特征,针对多种瓶盖缺陷设计并实现了瓶盖缺陷检测算法,实验表明该算法有良好的检测效果和高效的实时处理效率。最后,经过对瓶盖缺陷检测流程及外界物理条件的仔细分析和研究,本课题利用视觉检测系统平台,构建出了一套完整的机器视觉瓶盖缺陷检测系统。并通过对大量饮料瓶样本的检测数据进行对比分析,验证了该检测系统的可行性,并且在检测精度和效率方面存在优势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 机器视觉技术的发展概况
• 1.3 可重构软件技术的发展概况
• 1.4 课题的研究目的和意义
• 1.5 课题研究的主要内容
• 第二章 瓶盖视觉检测系统总体方案设计
• 2.1 系统设计方案指导方针
• 2.2 系统总体设计方案
• 2.3 系统硬件平台设计方案
• 2.3.1 摄像机的选择
• 2.3.2 镜头的选择
• 2.4 基于多线程并行处理的系统软件设计方案
• 2.4.1 系统软件整体架构设计
• 2.4.2 多线程软件系统结构流程设计
• 2.5 小结
• 第三章 基于多线程的系统设备通信方案设计
• 3.1 多线程串行通信设计
• 3.1.1 串行通信
• 3.1.2 基于多线程的串行通信
• 3.2 多线程网络通信设计
• 3.2.1 网络通信
• 3.2.2 基于多线程的网络通信
• 3.3 基于多线程的多处理机同步设计
• 3.4 小结
• 第四章 可重构的软件功能模块设计
• 4.1 模块可重构设计
• 4.2 算法模块库
• 4.3 模块依赖性检测
• 4.4 模块配置
• 4.5 模块装配
• 4.6 库扩展接口设计
• 4.7 小结
• 第五章 检测系统图像采集和图像预处理
• 5.1 图像采集
• 5.1.1 图像获取
• 5.1.2 摄像机参数设置
• 5.2 图像预处理
• 5.2.1 图像灰度化
• 5.2.2 图像分割
• 5.2.3 图像边缘检测
• 5.3 小结
• 第六章 图像感兴趣区域提取和缺陷检测算法设计
• 6.1 感兴趣区域提取
• 6.1.1 固定感兴趣区域提取
• 6.1.2 手动感兴趣区域提取
• 6.1.3 自适应感兴趣区域提取
• 6.2 瓶盖缺陷检测算法的研究与设计
• 6.3 小结
• 第七章 瓶盖缺陷检测流程及实验数据分析
• 7.1 瓶盖缺陷检测流程方案的研究与分析
• 7.1.1 三种图像感兴趣区域提取方式的对比分析
• 7.1.2 算法模块筛选的对比分析及组合
• 7.2 缺陷检测数据处理及分析
• 7.3 小结
• 第八章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 详细摘要