一種基于可見光通信的玻璃瓶液位檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于可見光通信的玻璃瓶液位檢測方法，用LED白色背光板照明玻璃瓶液位位置，用相機(jī)采集玻璃瓶圖像，對圖像進(jìn)行中值濾波預(yù)處理，然后對預(yù)處理后的圖像進(jìn)行二值化處理，接著使用幾何匹配方法匹配瓶蓋，截取待測玻璃瓶圖像的瓶蓋側(cè)面圖，提取瓶蓋的邊緣作為幾何匹配的模板；再次使用幾何匹配方法匹配液位線，提取液位線的邊緣作為幾何匹配的模板，通過幾何匹配如果合格區(qū)域內(nèi)存在液位則匹配成功，判定為合格產(chǎn)品；利用可見光通信模塊感知外界光線的變化，控制照射在瓶蓋表面的LED白色背光板的亮暗。本發(fā)明通過可見光通信技術(shù)，解決了檢測周圍光對系統(tǒng)的影響，提高了檢測的正確率和可靠性。
【專利說明】
一種基于可見光通信的玻璃瓶液位檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種玻璃瓶液位檢測方法，屬于可見光通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 飲料、啤酒等工業(yè)生產(chǎn)線中，大都采用人工目測的方法來檢查瓶子是否合格。特別 是灌裝生產(chǎn)中，瓶裝飲料的液位是否一致，高度是否均勻，對企業(yè)在市場的影響是非常巨大 的。但人工檢測有許多缺陷如速度慢、效率低，檢測質(zhì)量不穩(wěn)定，常會出現(xiàn)漏檢或者誤檢，造 成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，一旦殘次品被生產(chǎn)出來，會造成浪費(fèi)。
[0003] 針對上述情況，目前已有的技術(shù)是采用一套基于機(jī)器視覺的在線檢測研究，建立 一套光學(xué)成像、圖像采集和數(shù)字圖像處理及分析為平臺的檢測系統(tǒng)，不僅具有理論依據(jù)，而 且也有很大的經(jīng)濟(jì)價值，能夠確保最大范圍內(nèi)減少和杜絕上述現(xiàn)象發(fā)生，提高產(chǎn)品品質(zhì)。
[0004] 但是在液位檢測方面，常常對周圍的環(huán)境有較高要求，例如光的強(qiáng)弱對圖像處理 的閾值有很大影響，在工廠中白天和晚上的自然光差別很大，直接影響檢測算法中閾值的 設(shè)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，在于克服人工檢測存在的不足之處及玻璃瓶液位檢測的局限 性，提供一種基于可見光通信的玻璃玻璃瓶液位檢測方法。該方法通過可見光通信技術(shù)，解 決了檢測周圍光對系統(tǒng)的影響，大大的提高了檢測的正確率和可靠性。本發(fā)明的技術(shù)方案 如下：
[0006] -種基于可見光通信的玻璃瓶液位檢測方法，用LED白色背光板照明玻璃瓶液位 位置，用相機(jī)采集玻璃瓶圖像，對圖像進(jìn)行中值濾波預(yù)處理，然后對預(yù)處理后的圖像進(jìn)行二 值化處理，接著使用幾何匹配方法匹配瓶蓋，截取玻璃瓶圖像的瓶蓋側(cè)面圖，提取瓶蓋的邊 緣作為幾何匹配的模板，建立坐標(biāo)系，并設(shè)定感興趣區(qū)域R0I;再次使用幾何匹配方法匹配 液位線，提取液位線的邊緣作為幾何匹配的模板，通過幾何匹配如果合格區(qū)域內(nèi)存在液位 則匹配成功，判定為合格產(chǎn)品，如果合格區(qū)域內(nèi)沒有液位，則判定為不合格，實(shí)現(xiàn)璃瓶液位 的在線檢測，其特征在于，
[0007] 利用可見光通信模塊感知外界光線的變化，控制照射在玻璃瓶表面的LED白色背 光板的亮暗，可見光通信模塊包括可見光接收模塊、可見光發(fā)生模塊、可見光編碼模塊和可 見光控制模塊，步驟如下：
[0008] (1)可見光接收模塊感知外界可見光光線的變化并將此時的光信號采集；
[0009] (2)可見光發(fā)生模塊接收可見光接收模塊所傳來的光信號，利用光敏傳感器并采 用高電平信號與低電平信號將其轉(zhuǎn)換為可見光數(shù)字信號；
[0010] (3)可見光編碼模塊接收可見光發(fā)生模塊傳來的可見光數(shù)字信號，并通過二進(jìn)制 單位對可見光數(shù)字信號進(jìn)行編碼，得到編碼后的可見光信號并傳送給可見光控制模塊；
[0011] (4)可見光控制模塊將編碼后的可見光信號與預(yù)設(shè)的光信號值進(jìn)行對比，根據(jù)對 比結(jié)果將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為光信號從而調(diào)節(jié)LED白色背光板的發(fā)光亮度。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是:將可見光通信與機(jī)器視覺在線檢測相結(jié)合，解決周圍環(huán)境 對檢測算法的影響，提高檢測的準(zhǔn)確率。其次，該方法受環(huán)境影響較小，即使環(huán)境變化大，也 可以保證二值化閾值保持不變，提高檢測玻璃液位在線檢測的準(zhǔn)確率;本發(fā)明適用于自動 化生產(chǎn)中灌裝后玻璃瓶液位的高速準(zhǔn)確檢測。
【附圖說明】
[0013] 圖1用于本發(fā)明的基于可見光通信對玻璃瓶液位檢測的裝置示意圖。
[0014] 圖2本發(fā)明中使用的可見光通信模塊。
[0015] 圖3基于LED亮度調(diào)節(jié)的可見光通信傳輸方法的流程圖。
[0016] 圖4可見光信號的編碼方法流程圖。
[0017] 圖5信號與電平之間的關(guān)系示意圖。
[0018] 圖6可見光通信模塊調(diào)節(jié)LED亮度的主界面。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0020] 本發(fā)明的玻璃瓶液位檢測方法采用的裝置的功能框圖如圖1所示，從功能上分6個 模塊，即傳送帶1、圖像采集模塊2、光電觸發(fā)器3、照明模塊4、可見光通信模塊5,圖像處理與 識別6和輸出控制裝置。上述圖像采集模塊2使用120萬像素 CCD相機(jī)，照明模塊4使用LED白 色背光板，圖像處理與識別模塊6使用工控機(jī)。在可見光通信模塊5調(diào)節(jié)好LED白色背光板亮 度的前提下，傳送帶1將待測瓶子輸送到拍照工位，所述光電觸發(fā)裝置3用于檢測瓶子是否 到達(dá)拍照位置，以便產(chǎn)生脈沖信號輸送到工控機(jī)6,工控機(jī)發(fā)出信號觸發(fā)相機(jī)2拍照;LED白 色背光板為相機(jī)拍照時提供照明以提高圖像質(zhì)量，(XD相機(jī)位于傳送帶1正上方，對背光板 前的玻璃瓶液位部分拍照，拍攝的圖像被輸送到工控機(jī)中進(jìn)行處理。
[0021] 圖2為本發(fā)明采用的可見光通信模塊的結(jié)構(gòu)框圖。圖3為本發(fā)明的基于LED亮度調(diào) 節(jié)的可見光通信傳輸方法的流程圖，步驟如下：
[0022] (1)可見光接收模塊A1用于感知外界大氣環(huán)境中的可見光光線的變化并將此時的 光信號采集，輸送到下一模塊中，達(dá)到與外界光線的實(shí)時同步。
[0023] (2)可見光發(fā)生模塊A2用來接收所述可見光接收模塊A1所傳來的光信號，并將待 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可見光數(shù)字信號。在此過程中，可見光發(fā)生模塊利用自帶的光敏傳感器 并采用高電平信號與低電平信號將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0024] (3)可見光編碼模塊A3用于接收所述可見光發(fā)生模塊A2傳來的可見光數(shù)字信號， 并對可見光數(shù)字信號進(jìn)行編碼。在此過程中，可見光編碼模塊通過二進(jìn)制單位對待傳輸數(shù) 據(jù)進(jìn)行編碼。
[0025] (4)可見光發(fā)送模塊A4將接收的編碼后的可見光信號傳送給可見光控制模塊A5。
[0026] (5)可見光控制模塊A5會將從所述可見光發(fā)送模塊A4接收到的可見光信號與預(yù)設(shè) 的光信號進(jìn)行對比，最后利用自帶的電光轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為光信號從而調(diào)節(jié)LED白 色背光板A6的狀態(tài)。所述LED白色背光光源A6的狀態(tài)具體是指它的發(fā)光亮度，因?yàn)長ED的發(fā) 光亮度會直接地影響檢測到玻璃瓶液位的圖像質(zhì)量。
[0027] 參見圖4,是本實(shí)施例采用的可見光信號的編碼方法流程圖，該編碼方法包括：
[0028] 1)設(shè)置每個高電平的持續(xù)時間，以及每個低電平的持續(xù)時間。例如，設(shè)置每個高電 平的持續(xù)時間是2ms，每個低電平的持續(xù)時間是30ms。
[0029] 2)高電平組之間以低電平的延遲進(jìn)行區(qū)分，各高電平組以高電平的個數(shù)表示信 號。例如:每個高電平持續(xù)時間為2ms，每組最多四個高電平，每組電平數(shù)表示2bit信號，四 組信號表示一個字節(jié)。即：當(dāng)一組中高電平個數(shù)為1時，代表〇〇;當(dāng)高電平個數(shù)為2個時，代表 信號01，當(dāng)高電平信號個數(shù)為3時代表信號10;當(dāng)高電平個數(shù)為4時，代表信號11。高電平個 數(shù)與代表的信號對應(yīng)關(guān)系如表一所示：
[0030] 表一
[0032] 3)對各組的信號進(jìn)行組合，獲得編碼數(shù)據(jù)。參見如圖5所示信號與電平之間的關(guān)系 示意圖，圖5中的四組信號分別代表00、11、01、10，各信號之間的低電平延遲時間是30!118，組 合后的信號為一個字節(jié)二進(jìn)制表示為:〇〇11〇11〇。
[0033] 4)該示例提供的編碼方式，以高電平的個數(shù)表示信號，高電平組之間以低電平的 延遲時間來區(qū)分，簡單方便。
[0034] 本發(fā)明采用的可見光通信模塊可調(diào)節(jié)的光源亮度級別為0-255級可設(shè)，各個通道 以設(shè)定的亮度等級值輸出，設(shè)置LED光源的亮度值為137，LED燈具在點(diǎn)亮?xí)r每秒閃爍百萬 次，發(fā)出速度為10-15Gbits/s的光信號。
[0035] 總結(jié)上面所述內(nèi)容，基于可見光通信的玻璃瓶液位的檢測方法步驟如下：
[0036] (1)在可見光通信模塊調(diào)節(jié)好LED白色背光板亮度的前提下，用LED白色背光板照 明待測玻璃瓶液位位置，相機(jī)采集玻璃瓶液位信息，調(diào)節(jié)相機(jī)和光源，使采集的玻璃瓶液位 與其下面飲料分離，從而得到一條清晰的液位線。
[0037] (2)瓶子通過傳送帶到達(dá)拍攝工位，光電傳感器接收信號觸發(fā)相機(jī)拍攝待測瓶子 液位圖像，對圖像進(jìn)行中值濾波預(yù)處理，然后對預(yù)處理后的圖像進(jìn)行二值化處理，接著使用 幾何匹配方法匹配瓶蓋，截取待測玻璃瓶圖像的瓶蓋側(cè)面圖，提取瓶蓋的邊緣作為幾何匹 配的模板，建立坐標(biāo)系，并設(shè)定一個感興趣區(qū)域R0I。
[0038] (3)再次使用幾何匹配方法匹配液位線，截取液位線的一段較標(biāo)準(zhǔn)的部分，提取其 邊緣作為幾何匹配的模板。通過幾何匹配如果合格區(qū)域內(nèi)存在液位則匹配成功，判定為合 格產(chǎn)品，如果合格區(qū)域內(nèi)沒有液位，則判定為不合格。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于可見光通信的玻璃瓶液位檢測方法，用LED白色背光板照明玻璃瓶液位位 置，用相機(jī)采集玻璃瓶圖像，對圖像進(jìn)行中值濾波預(yù)處理，然后對預(yù)處理后的圖像進(jìn)行二值 化處理，接著使用幾何匹配方法匹配瓶蓋，截取玻璃瓶圖像的瓶蓋側(cè)面圖，提取瓶蓋的邊緣 作為幾何匹配的模板，建立坐標(biāo)系，并設(shè)定感興趣區(qū)域ROI;再次使用幾何匹配方法匹配液 位線，提取液位線的邊緣作為幾何匹配的模板，通過幾何匹配如果合格區(qū)域內(nèi)存在液位則 匹配成功，判定為合格產(chǎn)品，如果合格區(qū)域內(nèi)沒有液位，則判定為不合格，實(shí)現(xiàn)璃瓶液位的 在線檢測，其特征在于， 利用可見光通信模塊感知外界光線的變化，控制照射在玻璃瓶表面的LED白色背光板 的亮暗，可見光通信模塊包括可見光接收模塊、可見光發(fā)生模塊、可見光編碼模塊和可見光 控制模塊，步驟如下： (1) 可見光接收模塊感知外界可見光光線的變化并將此時的光信號采集； (2) 可見光發(fā)生模塊接收可見光接收模塊所傳來的光信號，利用光敏傳感器并采用高 電平信號與低電平信號將其轉(zhuǎn)換為可見光數(shù)字信號； (3) 可見光編碼模塊接收可見光發(fā)生模塊傳來的可見光數(shù)字信號，并通過二進(jìn)制單位 對可見光數(shù)字信號進(jìn)行編碼，得到編碼后的可見光信號并傳送給可見光控制模塊； (4) 可見光控制模塊將編碼后的可見光信號與預(yù)設(shè)的光信號值進(jìn)行對比，根據(jù)對比結(jié) 果將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為光信號從而調(diào)節(jié)LED白色背光板的發(fā)光亮度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃瓶液位檢測方法，其特征在于，步驟(3)中，通過二進(jìn)制單 位對可見光數(shù)字信號進(jìn)行編碼的編碼原則為：高電平組之間以低電平的延遲進(jìn)行區(qū)分，各 高電平組以高電平的個數(shù)表示信號。
【文檔編號】G01F23/00GK105865569SQ201610315545
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】呂辰剛, 張帥, 鮑志強(qiáng), 劉影, 高爽, 任暢, 郭璽, 李本萍
【申請人】天津大學(xué)