本發(fā)明涉及薄膜制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種膜厚控制系統(tǒng)及薄膜剖面圖像的字符提取與膜厚采集方法。

背景技術(shù)：

bopp薄膜即雙向拉伸聚丙烯薄膜是由雙向拉伸所制得的，它是經(jīng)過物理、化學(xué)和機(jī)械等手段特殊成型加工而成的塑料產(chǎn)品。bopp生產(chǎn)線是一個(gè)非線性、時(shí)變、大延遲的復(fù)雜系統(tǒng)。其工藝流程主要包括：原料熔融、擠出、冷卻成型、縱向拉伸、橫向拉伸、切邊、電暈處理、卷取等。

作為bopp薄膜產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的物理機(jī)械性能如拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、濁度、光澤等，因主要決定于材料本身的屬性，所以都易達(dá)到要求。而作為再加工性和使用性能的主要控制指標(biāo)，即薄膜厚度偏差和薄膜平均厚度偏差，則主要決定于薄膜的制造過程。即使制造過程中薄膜厚度控制在在標(biāo)準(zhǔn)允許的偏差范圍內(nèi)，但經(jīng)數(shù)千層膜收卷累計(jì)后，厚度偏差大的位置上就可能形成箍、暴筋或凹溝等不良缺陷，這些缺陷直接影響到用戶的再加工使用，如彩印套色錯(cuò)位或涂膠不勻起皺等現(xiàn)象，使其降低或失去使用價(jià)值。所以bopp薄膜生產(chǎn)中最關(guān)鍵的質(zhì)量間題是如何提高和穩(wěn)定薄膜厚度精度，也正是這種薄膜厚度精度才直接影響到薄膜的使用價(jià)值，決定了薄膜的商品價(jià)值。

薄膜厚度控制基于紅外線、x射線、β射線等厚度檢測技術(shù)。如申請?zhí)枮?014201577223的中國專利通過x射線掃描獲得薄膜厚度后，分別采用兩個(gè)pid調(diào)節(jié)器來進(jìn)行薄膜橫向和縱向厚度的控制。申請?zhí)枮?007201517097的中國專利也采用了類似的方法，其同時(shí)指出，為了得到厚度均勻的薄膜，必須要實(shí)現(xiàn)厚度測量值和測量位置精確定位。申請?zhí)枮?015102638543的中國專利則通過對測得的厚度值與預(yù)先設(shè)定的厚度值進(jìn)行對比分析，調(diào)節(jié)擠出機(jī)模頭處的擠出量，來實(shí)現(xiàn)擠出復(fù)合膜縱向厚度的均勻度調(diào)節(jié)。

國內(nèi)bopp薄膜制造生產(chǎn)線的在線薄膜厚度檢測儀很多是與電氣控制設(shè)備成套從國外引進(jìn)，測厚儀的數(shù)據(jù)往往是通過特定格式傳輸給控制設(shè)備的。測厚儀使用壽命一般比控制設(shè)備長很多，當(dāng)控制設(shè)備發(fā)生故障或損壞而無法使用時(shí)，國內(nèi)制造廠家要么花費(fèi)昂貴代價(jià)從國外進(jìn)口，要么用國產(chǎn)控制設(shè)備替換。但即使用國產(chǎn)控制設(shè)備替換也必須先解決一個(gè)問題，即從原測厚儀獲取準(zhǔn)確的厚度數(shù)據(jù)。面對這個(gè)問題，當(dāng)前有些廠家只能采用開環(huán)控制，即對測厚儀輸出在顯示器上的剖面厚度圖像進(jìn)行人工監(jiān)測，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)操作替換后的控制設(shè)備來進(jìn)行調(diào)節(jié)。

這種人工監(jiān)測與調(diào)節(jié)不但不精確，也無法穩(wěn)定。由于缺乏對薄膜厚度的連續(xù)準(zhǔn)確監(jiān)控，薄膜產(chǎn)品的質(zhì)量往往受到影響。為此，急需解決對薄膜厚度在線自動(dòng)化監(jiān)測與控制的改造。

另一方面，很多一體化儀器設(shè)備如廣泛應(yīng)用的無紙記錄儀、雷達(dá)顯示儀等傳統(tǒng)的帶顯示終端的設(shè)備，多采用專門格式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)。對這些設(shè)備，如果能采集其顯示器輸入端的標(biāo)準(zhǔn)格式信號如vga信號，對該信號所表達(dá)的圖像進(jìn)行分析處理，獲取其原始物理數(shù)據(jù)并輸送給依賴此數(shù)據(jù)的其他設(shè)備如控制器，則能大大擴(kuò)展原設(shè)備的用途。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種能對測厚儀顯示器輸入信號進(jìn)行采集和分析處理，獲取和輸出該信號所對應(yīng)原始物理值即薄膜厚度值集合，同時(shí)能準(zhǔn)確定位各厚度值所對應(yīng)模頭位置的系統(tǒng)，并依據(jù)這些數(shù)據(jù)通過擠出機(jī)模頭唇口開度控制和擠出速度控制來對bopp薄膜生產(chǎn)進(jìn)行薄膜厚度的自動(dòng)控制，以達(dá)到薄膜厚度的均勻。同時(shí)，本發(fā)明還提供從測厚儀的薄膜剖面圖像中提取厚度值的字符提取與膜厚采集方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種以下結(jié)構(gòu)的膜厚控制系統(tǒng)，包括擠出單元、冷卻成型單元、拉伸單元、測厚單元、監(jiān)測控制單元和收卷單元，

所述擠出單元包括擠出機(jī)和模頭，所述拉伸單元包括縱拉模塊和橫拉模塊，所述測厚單元包括第一測厚儀及第二測厚儀，薄膜原料熔體從擠出機(jī)擠出后經(jīng)冷卻成型單元固化為鑄片，鑄片經(jīng)拉伸單元拉伸為寬卷薄膜后由收卷單元收存為母卷，所述第一測厚儀及第二測厚儀分別位于拉伸單元兩端對所述鑄片和寬卷薄膜進(jìn)行厚度監(jiān)測，其特征在于：

所述冷卻成型單元包括一個(gè)刻印模塊，所述監(jiān)測控制單元包括數(shù)顯設(shè)備、膜厚圖像拾取模塊、圖像處理模塊、控制模塊、模頭調(diào)節(jié)器和變頻器，所述第一測厚儀及第二測厚儀均將厚度信息生成為薄膜剖面圖像后將該圖像傳送給數(shù)顯設(shè)備并經(jīng)膜厚圖像拾取模塊轉(zhuǎn)送到圖像處理模塊，所述控制模塊接收圖像處理模塊輸出的膜厚數(shù)據(jù)后分別通過變頻器和模頭調(diào)節(jié)器控制擠出機(jī)轉(zhuǎn)速和模頭的開度。

作為優(yōu)選，所述薄膜剖面圖像資料包括分別以不同顏色表示的一條膜厚曲線、坐標(biāo)軸和與坐標(biāo)軸平行的輔助線，以及用以標(biāo)示所述膜厚曲線基準(zhǔn)厚度值、坐標(biāo)刻度值、厚度平均值的字符；所述圖像處理模塊輸出的膜厚數(shù)據(jù)為標(biāo)記有模頭螺栓位置的薄膜剖面厚度值集合。

作為優(yōu)選，所述冷卻成型單元包括激冷輥和主氣刀，所述刻印單元設(shè)置在用來將薄膜原料熔體貼在激冷輥上的主氣刀的前方，該刻印單元包括兩個(gè)其刻印頭分別與模頭兩端部螺栓位置相固定連接的刻印模塊；所述刻印單元采用激光刻蝕模塊或與主氣刀相匹配的輔助氣刀模塊，且該刻印單元在鑄片上形成v形或u形缺口印記。

作為優(yōu)選，所述冷卻成型單元包括激冷輥和主氣刀，所述刻印單元設(shè)置在用來將薄膜原料熔體貼在激冷輥上的主氣刀的前方，該刻印單元包括一個(gè)與模頭唇口平行的導(dǎo)軌以及一個(gè)刻印模塊，所述刻印模塊包括一個(gè)可沿所述導(dǎo)軌移動(dòng)的刻印頭，所述導(dǎo)軌上有多個(gè)與模頭螺栓有固定位置關(guān)系的?？奎c(diǎn)；所述刻印單元采用激光刻蝕模塊或與主氣刀相匹配的輔助氣刀模塊，且該刻印單元在鑄片上形成v形或u形缺口印記。

作為優(yōu)選，所述數(shù)顯設(shè)備包括顯示器和vga信號分配器，所述vga信號分配器從測厚儀接收vga信號并將信號分配給顯示器和所述膜厚圖像拾取模塊。

作為優(yōu)選，所述控制模塊包括控制器1和控制器2，所述控制器2通過模頭調(diào)節(jié)器以占空比的方式來控制模頭螺栓固態(tài)繼電器的通斷，從而通過控制螺栓的溫度來調(diào)節(jié)該螺栓所在模頭段的開度，以實(shí)現(xiàn)該螺栓所對應(yīng)薄膜區(qū)段的厚度調(diào)節(jié)；所述控制器1以調(diào)節(jié)變頻器的方式來控制擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而通過控制擠出量來實(shí)現(xiàn)薄膜整體平均厚度的調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的另一技術(shù)解決方案是，提供一種薄膜剖面圖像的字符提取方法，其所處理的圖像是以薄膜測厚儀輸出并能顯示在一顯示器上的用以顯示被檢測薄膜的橫向剖面厚度的圖像，所述圖像包括分別以不同顏色表示的一條膜厚曲線、坐標(biāo)軸和與坐標(biāo)軸平行的輔助線，以及用以標(biāo)示所述膜厚曲線基準(zhǔn)厚度值、坐標(biāo)刻度值、厚度平均值的字符，其特征在于，包括如下步驟：

a1)檢測并確保所述薄膜剖面圖像為目標(biāo)圖像；預(yù)處理，根據(jù)所述薄膜剖面圖像中的顏色特征及區(qū)域特征獲取含有目標(biāo)字符的第一roi區(qū)域；

a2)根據(jù)第一roi區(qū)域內(nèi)可能出現(xiàn)的字符分析構(gòu)建字符的二值化特征模板庫；

a3)針對所獲取的第一roi區(qū)域，檢測分離出單個(gè)字符，對每個(gè)字符進(jìn)行特征提取后進(jìn)行模板匹配，識別出單個(gè)字符；

a4)將相鄰單字符進(jìn)行組合，對組合出的詞組進(jìn)行辨識，獲取所述圖像中原膜厚曲線的基準(zhǔn)厚度值、坐標(biāo)刻度值、厚度平均值。

本發(fā)明的再一個(gè)技術(shù)解決方案是，提供一種薄膜剖面圖像的膜厚采集方法，所處理的圖像是以薄膜測厚儀輸出并能顯示在一顯示器上的用以顯示被檢測薄膜的橫向剖面厚度的圖像，所述圖像包括分別以不同顏色表示的一條膜厚曲線、坐標(biāo)軸和與坐標(biāo)軸平行的輔助線，以及用以標(biāo)示所述膜厚曲線基準(zhǔn)厚度值、坐標(biāo)刻度值、厚度平均值的字符，其特征在于，包括如下步驟：

b1)檢測并確保所述薄膜剖面圖像為目標(biāo)圖像；預(yù)處理，根據(jù)所述薄膜剖面圖像中的顏色特征及區(qū)域特征獲取含有目標(biāo)原始膜厚曲線的第二roi區(qū)域；

b2)對第二roi區(qū)域的目標(biāo)圖像進(jìn)行灰度化和濾波處理；

b3)根據(jù)顏色分量和坐標(biāo)特征獲取非連續(xù)膜厚曲線圖像g1和輔助點(diǎn)陣圖像g2；

b4)對兩幅圖像g1和g2，分別進(jìn)行otsu閾值分割和雙閾值分割后得到二值化圖像g1′和g2′；

b5)將g1′和g2′二者相合并生成一條連續(xù)完整且無交叉的膜厚曲線圖像g；

b6)基于所獲取的薄膜剖面圖像中的基準(zhǔn)厚度值、坐標(biāo)刻度值、厚度平均值，對所生成膜厚曲線上每個(gè)點(diǎn)，將其在圖像中的像素坐標(biāo)變換為所對應(yīng)的厚度值。

采用本發(fā)明的方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明應(yīng)用于bopp生產(chǎn)的薄膜厚度在線控制，實(shí)時(shí)采集數(shù)顯設(shè)備上的薄膜剖面圖像信號，分析處理得到薄膜的實(shí)時(shí)厚度參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對薄膜厚度的實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測，有效防止了人為判斷錯(cuò)誤；同時(shí)能準(zhǔn)確定位各厚度值位置，通過反饋控制實(shí)現(xiàn)了bopp薄膜的橫向厚度均勻性和縱向厚度一致性，提高了薄膜成品質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明膜厚控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中膜厚圖像采集結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中刻印模塊結(jié)構(gòu)局部示意圖；

圖4為本發(fā)明中bopp薄膜厚度控制流程示意圖；

圖5為bopp生產(chǎn)線上測厚儀顯示器界面圖；

圖6為本發(fā)明中薄膜剖面圖像獲取識別示意圖；

圖7為本發(fā)明中字符提取子模塊的字符圖像分割流程圖；

圖8為本發(fā)明中字符提取子模塊的粘連字符分割處理流程圖；

圖9為本發(fā)明中字符提取子模塊的模板匹配流程圖；

圖10為本發(fā)明中字符提取子模塊的特征提取示意圖；

圖11為本發(fā)明中字符提取子模塊的多模板匹配處理流程圖；

圖12為本發(fā)明中字符提取子模塊的粘連字符分離與二值化示意圖；

圖13為本發(fā)明中膜厚數(shù)據(jù)提取子模塊的提取目標(biāo)曲線數(shù)據(jù)流程圖；

圖14為本發(fā)明中膜厚數(shù)據(jù)提取子模塊的分層閾值分割示意圖；

圖15為本發(fā)明中膜厚數(shù)據(jù)提取子模塊的膜厚曲線對比圖；

圖16為本發(fā)明中膜厚數(shù)據(jù)提取子模塊對薄膜厚度進(jìn)行實(shí)時(shí)提取的結(jié)果。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不僅僅限于這些實(shí)施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精神和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。

為了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中詳細(xì)說明了具體的細(xì)節(jié)，而對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。需說明的是，附圖均采用較為簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

如圖1所示，本發(fā)明膜厚控制系統(tǒng)包括：擠出單元1、冷卻成型單元2、拉伸單元3、測厚單元、監(jiān)測控制單元5和收卷單元6，其中擠出單元1包括擠出機(jī)7，在擠出機(jī)前端有模頭8，拉伸單元3包括縱拉模塊9和橫拉模塊10，測厚單元?jiǎng)t包括第一測厚儀401及第二測厚儀402，監(jiān)測控制單元5包括數(shù)顯設(shè)備11、膜厚圖像拾取模塊12、圖像處理模塊13、控制模塊14、模頭調(diào)節(jié)器15和變頻器16。

薄膜原料從擠出機(jī)7的投料口投入后熔融為熔體從模頭8擠出，再經(jīng)冷卻成型單元2固化為鑄片，鑄片經(jīng)拉伸單元3拉伸為寬卷薄膜后由收卷單元6收存為母卷，后續(xù)按訂單要求對母卷進(jìn)行分切和包裝。由于厚度對產(chǎn)品質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，因此，在bopp薄膜生產(chǎn)中往往用兩臺(tái)測厚儀分別對鑄片和寬卷薄膜進(jìn)行厚度實(shí)時(shí)監(jiān)測，兩臺(tái)測厚儀均按特定格式向配套控制器輸出厚度數(shù)據(jù)，同時(shí)它們均還連接數(shù)顯設(shè)備以顯示鑄片或?qū)捑肀∧さ钠拭婧穸葓D像，但測厚儀無法定制向外輸出的厚度數(shù)據(jù)。兩臺(tái)測厚儀中前面對鑄片測厚的第一測厚儀401在薄膜初拉出時(shí)使用，等到后面第二測厚儀402投入后便暫停使用。

結(jié)合圖1～2所示，第一測厚儀401及第二測厚儀402均將厚度信息生成為薄膜剖面圖像后將該圖像傳送給數(shù)顯設(shè)備11并經(jīng)膜厚圖像拾取模塊12轉(zhuǎn)送到圖像處理模塊13。作為優(yōu)選，數(shù)顯設(shè)備11還可以包括兩個(gè)vga信號分配器即vgasplitter112和113，它們分別將第一測厚儀401、第二測厚儀402發(fā)給數(shù)顯設(shè)備11的vga信號進(jìn)行分為兩路，一路供顯示器111使用，一路供膜厚圖像拾取單元12采集使用。所述顯示器可以為兩臺(tái)獨(dú)立的顯示器或一臺(tái)顯示器分時(shí)對兩路vga信號進(jìn)行顯示。

結(jié)合圖1、圖3所示，模頭8包括上下兩個(gè)唇片800，唇片之間形成唇口801，唇口開度大小由橫向排列的加熱螺栓802來調(diào)節(jié)。冷卻成型單元2包括激冷輥201、主氣刀202等模塊，擠出的熔體離開模頭的唇片800后，在主氣刀202等的外力作用下，迅速貼在低溫、高光潔度的激冷輥201上，熔體被快速冷卻并形成固體厚片。在沿熔體前進(jìn)方向上，主氣刀202的前方設(shè)置一個(gè)刻印單元900，由其在鑄片上進(jìn)行印記刻印。

作為優(yōu)選，該刻印單元900包括固定于機(jī)架100的支架901，以及刻印模塊903。所述刻印模塊903采用激光刻蝕模塊或與主氣刀相匹配的輔助氣刀模塊?？逃卧?00的刻印模塊903包括一個(gè)刻印頭，該刻印頭在快速冷卻成型的鑄片上形成v形或u形缺口印記。

作為優(yōu)選，該刻印模塊設(shè)置為兩個(gè)，它們的刻印頭分別與模頭兩端部螺栓位置相固定，如可以使得刻印頭基座或其基準(zhǔn)位置與兩端部第一個(gè)或第二個(gè)的螺栓中心線沿唇口垂線對齊且嚴(yán)格固定，使其基準(zhǔn)位置在橫向方向上不能移位。

作為優(yōu)選，還可以僅設(shè)置一個(gè)刻印模塊，但在刻印單元900上設(shè)置一個(gè)與模頭唇口平行的導(dǎo)軌902，刻印模塊903的刻印頭可沿此導(dǎo)軌橫向移動(dòng)，且該導(dǎo)軌上有多個(gè)與模頭螺栓有固定位置關(guān)系的?？奎c(diǎn)，從而可以在鑄片的多個(gè)預(yù)設(shè)橫向位置上形成v形或u形缺口印記。

結(jié)合圖1和圖4所示，本發(fā)明膜厚控制系統(tǒng)的bopp薄膜厚度控制流程為：

(l1)在熔體擠出后，刻印單元在鑄片的預(yù)設(shè)橫向位置上形成v形或u形缺口印記，鑄片在拉伸前后由測厚儀進(jìn)行厚度檢測，生成薄膜剖面圖像；

(l2)監(jiān)測控制單元中的膜厚圖像拾取模塊從數(shù)顯設(shè)備采集薄膜剖面圖像后，由圖像處理模塊對該圖像進(jìn)行處理分析，獲得標(biāo)記有模頭螺栓位置的薄膜剖面厚度值集合；

(l3)對所述的厚度值集合的每個(gè)元素，取第k個(gè)數(shù)據(jù)，將其厚度值與產(chǎn)品厚度預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較獲得點(diǎn)偏差值，該值送控制模塊的控制器2，由控制器2進(jìn)行pid控制，輸出控制量通過模頭調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)本螺栓加熱波形的占空比，從而調(diào)節(jié)本段模頭唇口的開度；

(l4)對l2中獲得的所述厚度值集合，計(jì)算本周期內(nèi)薄膜剖面厚度平均值，將其與產(chǎn)品厚度預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較獲得本周期整體厚度偏差值，該值送控制模塊的控制器1，由控制器1進(jìn)行pid控制，輸出控制量調(diào)節(jié)變頻器，改變擠出機(jī)轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)模頭整體在單位時(shí)間內(nèi)的擠出流量即擠出速度；

(l5)等待下一周期定時(shí)到來，回到步驟l2。

在以上控制過程中，控制器2將厚度偏差轉(zhuǎn)換為溫度補(bǔ)償值，通過模頭調(diào)節(jié)器以占空比的方式來控制加熱控制通道上固態(tài)繼電器的通斷，從而控制當(dāng)前模頭螺栓的溫度。由于金屬的熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)加熱器導(dǎo)通時(shí)鑄片唇口的縫隙壓縮，這樣鑄片唇口的薄膜厚度會(huì)逐漸減小，反之則增加。

控制器1周期性地對橫向上薄膜厚度數(shù)據(jù)取平均值，折算為單位時(shí)間擠出量，與產(chǎn)品厚度設(shè)定值對應(yīng)的擠出量相比較，得出擠出量偏差，再轉(zhuǎn)變成電機(jī)速度補(bǔ)償量，通過改變變頻器的輸入量來控制主擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，擠出機(jī)模頭唇口的熔體流量增加，壓力增大，相應(yīng)鑄片及拉伸后的薄膜整體厚度會(huì)逐漸增加。

厚度控制過程中，圖像處理模塊要輸出標(biāo)記有模頭螺栓位置的薄膜剖面厚度值集合，其所依據(jù)的薄膜剖面圖像，其內(nèi)容包括：分別以不同顏色表示的一條膜厚曲線、坐標(biāo)軸和與坐標(biāo)軸平行的輔助線，以及用以標(biāo)示所述膜厚曲線基準(zhǔn)厚度值、坐標(biāo)刻度值、厚度平均值的字符。

本發(fā)明膜厚控制系統(tǒng)中的圖像處理模塊，其包括字符提取子模塊和膜厚數(shù)據(jù)提取子模塊，這兩個(gè)子模塊前者從所述薄膜剖面圖像中獲取圖像中膜厚曲線的基準(zhǔn)厚度值、坐標(biāo)刻度值、厚度平均值；后者則基于這些數(shù)值，并在從圖像中提取出一條連續(xù)完整且無交叉的膜厚曲線后，對該曲線上每個(gè)點(diǎn)，將其在圖像中的像素坐標(biāo)變換為所對應(yīng)的厚度值，并根據(jù)所述曲線的極值點(diǎn)獲得模頭螺栓在曲線上的定位。

如圖5所示，測厚儀將厚度信息生成為vga圖像信號傳輸給顯示器，該圖像可能是多次厚度掃描而得原始曲線的累積，如圖5a所示，其中兩側(cè)的m1和m2區(qū)域?yàn)楸∧挾确较騼啥说暮駞^(qū)，此區(qū)域在進(jìn)行拉伸時(shí)需要被夾持而在拉伸完后被切掉。當(dāng)在鑄片上刻印v形或u形缺口印記時(shí)，剖面圖像中的厚度曲線將出現(xiàn)如圖中p所示的極值點(diǎn)。

當(dāng)寬卷薄膜被對邊后，測厚儀掃描到的剖面圖像如圖5b所示，該圖像也是圖5a中m1和m2區(qū)域之間的圖像區(qū)塊。在此圖像中，分別有兩幅曲線圖和一些字符信息；其中，a區(qū)域表示薄膜厚度曲線橫坐標(biāo)軸對應(yīng)的厚度基準(zhǔn)值35.5um及曲線畫面中坐標(biāo)系的縱向坐標(biāo)刻度值5％；c區(qū)域?yàn)楸硎霎?dāng)前薄膜剖面的目標(biāo)厚度曲線，其坐標(biāo)軸按a區(qū)域的描述進(jìn)行設(shè)定，坐標(biāo)系中還含有與坐標(biāo)軸平行的輔助線；b區(qū)域中avg＝35.51um是指c區(qū)域曲線所顯示的當(dāng)前薄膜剖面的厚度平均值，r＝2.83％則是曲線上下波動(dòng)的統(tǒng)計(jì)極差值。由于測厚儀顯示的畫面有著這些區(qū)塊特征，因此，圖像處理模塊中設(shè)置一個(gè)預(yù)處理單元，其根據(jù)所采集的薄膜剖面圖像資料中的顏色特征及區(qū)域特征為所述字符提取子模塊、膜厚數(shù)據(jù)提取子模塊分別獲取第一roi區(qū)域和第二roi區(qū)域；其中，第一roi區(qū)域?yàn)閍區(qū)域和b區(qū)域，而第二roi區(qū)域則為c區(qū)域。

結(jié)合圖6～12所示，字符提取子模塊采用的處理步驟如下：

a1)檢測并確保所述薄膜剖面圖像為目標(biāo)圖像；預(yù)處理，根據(jù)所述薄膜剖面圖像中的顏色特征及區(qū)域特征獲取含有目標(biāo)字符的第一roi區(qū)域；

a2)根據(jù)第一roi區(qū)域內(nèi)可能出現(xiàn)的字符分析構(gòu)建字符的二值化特征模板庫；

a3)針對所獲取的第一roi區(qū)域，檢測分離出單個(gè)字符，對每個(gè)字符進(jìn)行特征提取后進(jìn)行模板匹配，識別出單個(gè)字符；

a4)將相鄰單字符進(jìn)行組合，對組合出的詞組進(jìn)行辨識，獲取所述圖像中原膜厚曲線的基準(zhǔn)厚度值、坐標(biāo)刻度值、厚度平均值。

如圖6所示，本發(fā)明膜厚控制系統(tǒng)中監(jiān)測控制單元對薄膜剖面圖像獲取識別示意圖，先通過膜厚圖像拾取模塊對信號進(jìn)行檢測，然后獲取圖像，將其與標(biāo)準(zhǔn)膜厚圖像進(jìn)行對比，檢測兩者在像素(0，0)附近一定范圍的rgb分量特征是否接近，如果接近則說明當(dāng)前采集的圖像為目標(biāo)界面圖像；否則就利用背景減除法提取出前景，再次判斷前景圖像在像素(0，0)附近一定范圍的rgb分量特征，如果接近標(biāo)準(zhǔn)圖像則認(rèn)為該前景為目標(biāo)界面圖像，否則提示打開或?qū)y厚儀的輸出圖像切換至目標(biāo)界面圖像，即如圖5b所示的界面圖像。

為了獲得單個(gè)字符，如圖7所示，當(dāng)字符上下輪廓間的發(fā)生粘連時(shí)，由于每個(gè)字符寬度是一樣的，因此首先對字符連通域進(jìn)行邊緣檢測定位出字符初始位置，在每個(gè)字符寬度范圍內(nèi)確定出單個(gè)粘連字符圖像的上下高度，依次循環(huán)搜索分割出單個(gè)字符圖像。

參見圖8，其中，如圖8a所示，分割出單個(gè)字符圖像后，先基于邊緣檢測定位出字符邊緣位置，再應(yīng)用字符等寬的規(guī)則上進(jìn)行上下掃描確定出單個(gè)字符。計(jì)算出全部粘連字符的總長度l，設(shè)待處理的粘連字符灰度圖像為h(i，j)，以5個(gè)字符粘連為例，每個(gè)字符寬度相等，其值為d＝l/5，則字符上下輪廓最值可在寬度為d范圍內(nèi)遍歷搜索滿足字符灰度閾值的字符數(shù)據(jù)，獲得每個(gè)字符高度最大值和最小值。根據(jù)各個(gè)字符高度的最值差與寬度即可分割出該字符最小矩形圖，如圖8b所示。

如圖9所示，在分割出單個(gè)字符圖像后對其進(jìn)行二值化等處理，將相應(yīng)字符大小歸一化，使之與事先建立的匹配模板中的字符大小相同。

基于逐像素特征法提取字符特征向量，如圖10所示，將字符圖像分成3*3＝9的小塊，統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)的非零像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，再計(jì)算水平和垂直方向3等分線交點(diǎn)上的特征，共有13個(gè)特征值，將此記錄在數(shù)組中。

結(jié)合圖9、10所示，對歸一化后的單字符圖像，統(tǒng)計(jì)單個(gè)字符中非0像素點(diǎn)，儲(chǔ)存到定義的矩陣中；然后，提取其相應(yīng)的特征向量，將其與字符模板的各個(gè)區(qū)域的特征值進(jìn)行比較，匹配識別出待測字符。

為了提高字符識別魯棒性，在自定義灰度特征模板基礎(chǔ)上引入了輪廓特征。如圖11所示，對每一單個(gè)字符，提取其自定義特征向量后與模板字符特征向量進(jìn)行匹配，計(jì)算其匹配度：

式中，pi為第i個(gè)模板字符的特征值，其定義為本字符的13個(gè)特征值即13個(gè)特征范圍內(nèi)的非零像素點(diǎn)個(gè)數(shù)的和；pk為第k個(gè)待識別字符的特征值。

對第k個(gè)待識別字符，當(dāng)存在匹配度大于0.6的模板字符時(shí)，將該字符識別為其中匹配度最高的模板字符；否則，采用hu矩輪廓特征代替自定義特征向量，重復(fù)上述過程，在計(jì)算匹配度后進(jìn)行匹配識別。當(dāng)目標(biāo)界面圖像被正確獲取時(shí)，均能準(zhǔn)確識別出所有字符。

如圖12所示為對粘連字符的分離與二值化示意圖，其中圖12a為粘連字符的分離，圖12b為單字符的二值化圖像。從圖中可見對字符進(jìn)行了準(zhǔn)確分割，然后通過模板匹配進(jìn)行識別。將單個(gè)字符按啟發(fā)式規(guī)則將其組合為詞組并與預(yù)設(shè)詞組模板進(jìn)行匹配辨識，獲得如圖3所示圖像中a區(qū)域的膜厚基準(zhǔn)值、坐標(biāo)刻度值及b區(qū)域的厚度平均值及統(tǒng)計(jì)極差值。圖中所示為識別出的縱向坐標(biāo)刻度值range＝5％。

結(jié)合圖13～16所示，膜厚數(shù)據(jù)提取子模塊采用的處理步驟如下：

b1)檢測并確保所述薄膜剖面圖像為目標(biāo)圖像；預(yù)處理，根據(jù)所述薄膜剖面圖像中的顏色特征及區(qū)域特征獲取含有目標(biāo)原始膜厚曲線的第二roi區(qū)域；

b2)對第二roi區(qū)域的目標(biāo)圖像進(jìn)行灰度化和濾波處理；

b3)根據(jù)顏色分量和坐標(biāo)特征獲取非連續(xù)膜厚曲線圖像g1和輔助點(diǎn)陣圖像g2；

b4)對兩幅圖像g1和g2，分別進(jìn)行otsu閾值分割和雙閾值分割后得到二值化圖像g1′和g2′；

b5)將g1′和g2′二者相合并生成一條連續(xù)完整且無交叉的膜厚曲線圖像g；

b6)通過字符提取獲得所述薄膜剖面圖像中的基準(zhǔn)厚度值、坐標(biāo)刻度值、厚度平均值，基于這些數(shù)據(jù)，對所生成膜厚曲線上每個(gè)點(diǎn)，將其在圖像中的像素坐標(biāo)變換為所對應(yīng)的厚度值。

由于厚度曲線為一種顏色，坐標(biāo)及坐標(biāo)輔助線為其他顏色，如果對目標(biāo)圖像進(jìn)行傳統(tǒng)的閾值分割，所提取到的厚度曲線將存在大量的斷續(xù)點(diǎn)，無法獲取薄膜全部剖的厚度值。為此，如圖13所示，預(yù)處理過程中，為曲線本身和曲線與坐標(biāo)軸及坐標(biāo)輔助線分別設(shè)立兩組rgb特征即閾值范圍或顏色分量規(guī)則，將分別得到非連續(xù)膜厚曲線圖像g1和輔助點(diǎn)陣圖像g2兩個(gè)圖像；然后對它們進(jìn)行分層閾值分割后合并，將得到一條連續(xù)完整且無交叉的膜厚曲線圖像。

在隨后的厚度數(shù)據(jù)分析處理中，基于字符提取子模塊獲取的所述基準(zhǔn)厚度值、坐標(biāo)刻度值、厚度平均值，對曲線上每個(gè)點(diǎn)，按以下方法將其在圖像中的像素坐標(biāo)變換為所對應(yīng)的厚度值：

ti＝tj+(m_y-m_y0)/w*1％(2)

r＝(max(m_y)-min(m_y))/w*1％(4)

式中，tj為基準(zhǔn)值，ti為每個(gè)像素點(diǎn)對應(yīng)的厚度值，m_y為其像素縱坐標(biāo)，m_y0為橫坐標(biāo)軸的像素縱坐標(biāo)，n為提取的像素點(diǎn)總個(gè)數(shù)，w為曲線圖像中縱坐標(biāo)方向上每1％刻度長對應(yīng)的像素個(gè)數(shù)。

如圖14所示為膜厚數(shù)據(jù)提取子模塊的分層閾值分割示意圖，其中，圖14a為第二roi區(qū)域的目標(biāo)圖像，圖14b為中間有間斷點(diǎn)的膜厚曲線圖像g1，圖14c為位于坐標(biāo)軸和坐標(biāo)輔助線上的輔助點(diǎn)陣圖像g2，圖14d和14e為對g1和g2分別進(jìn)行otsu閾值分割和雙閾值分割后得到二值化圖像g1′和g2′，圖14f為將g1′和g2′二者相合并后生成的膜厚曲線圖像g。

其中，顏色分量特征為以b分量為主、由rgb分量加權(quán)求和而得到；而雙閾值則按如下步驟計(jì)算。首先，對目標(biāo)圖像，按otsu閾值法取分割閾值tg1，使得圖像g1的目標(biāo)和背景兩個(gè)區(qū)域之間的灰度值方差最大；然后，對圖像g2，分別統(tǒng)計(jì)所有小于tg1的像素點(diǎn)的灰度值均值tg2和所有大于tg1的像素點(diǎn)的灰度值均值tg3，所述tg1和tg3為對圖像g2進(jìn)行分割的雙閾值。

如圖15所示為膜厚曲線對比圖，其中，圖15a為一條實(shí)際厚度曲線與所提取曲線的對比圖，圖15b為圖15a的局部放大圖。從圖中可以看出，所提取曲線與原厚度曲線重合度非常高。

圖16給出了本發(fā)明對圖3所示的薄膜剖面厚度情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測獲取的薄膜厚度數(shù)據(jù)，其中厚度均值與厚度值用來作為控制輸入信號，厚度極差值則是一個(gè)用作輔助提示的指標(biāo)。從實(shí)際數(shù)據(jù)與測得數(shù)據(jù)的相對偏差看，厚度均值相差0.28％，厚度極差值相差1.77％，準(zhǔn)確度非常高，完全滿足工程需要。

采用類似過程，對薄膜剖面圖像進(jìn)行判識或處理，檢測出厚度曲線的極值點(diǎn)并對與刻印模塊刻印頭相對位置固定的兩端模頭螺栓在曲線上進(jìn)行定位，然后將所定位的像素位置應(yīng)用到切邊后薄膜剖面圖像中，實(shí)時(shí)獲取標(biāo)記有模頭螺栓位置的薄膜剖面厚度值集合。將這些厚度值輸送給控制模塊中的控制器1和控制器2，進(jìn)行模頭唇口的開度控制和擠出速度控制，實(shí)現(xiàn)了薄膜生產(chǎn)的橫向厚度高均勻性并使得縱向厚度保持高一致性。

除此之外，雖然以上將實(shí)施例分開說明和闡述，但涉及部分共通之技術(shù)，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員看來，可以在實(shí)施例之間進(jìn)行替換和整合，涉及其中一個(gè)實(shí)施例未明確記載的內(nèi)容，則可參考有記載的另一個(gè)實(shí)施例。

以上所述的實(shí)施方式，并不構(gòu)成對該技術(shù)方案保護(hù)范圍的限定。任何在上述實(shí)施方式的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在該技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。