空酒瓶的视觉检测方案设计

机器视觉是利用光电成像系统采集被控目标的图像，经计算机或专用的图像处理模块进行数字处理，根据图像的像素分布、亮度和颜色等信息，进行尺寸、形状、颜色等的识别。这样，就把计算机的快速性、可重复性，与人眼视觉的高度智能化和抽象能力相结合，大大提高了生产的柔性和自动化程度。
下图是基于pc的机器视觉系统在啤酒生产线上空瓶检测系统中的应用，今天京科智造就以此为例，对各个组成部分的功能和选型进行介绍。该系统主要由相机、镜头、光源、pc平台和控制单元等六部分组成，各个部分之间相互配合，最终完成对酒瓶的质量检测和剔除。

基于PC的机器视觉空瓶检测系统

相机
在选择相机时，主要有以下几个方面的问题要考虑：
分辨率：这主要需要根据拍摄视场及所需达到的精度来决定，当然，考虑精度时还需要根据自己的软件处理能力来做适当的调整。京科智造EM/E系列数字工业相机包含了从40万到2900万像素的各型号产品可供选择，欢迎来询。

帧率：根据视场和运动速度计算。

曝光时间：根据视场、相机分辨率和运动速度计算。
颜色：工业相机按颜色可以分为黑白和彩色相机，如果没有对颜色信息的必要使用，一般的检测建议选用黑白相机，便于图像处理。

接口：根据传输距离、数据量大小及上位机的接口要求等来决定。

镜头

选择镜头时应考虑以下几个因素：
成像面：镜头的成像面与所用的ccd相机是否匹配。
镜头的焦距、物距和视野：这个主要是依据实际的工作或安装环境来确定。这几个参数关系是：在其他条件一致的情况下，焦距越小，视角越大，最小物距越短，视野越大。以常用的三种镜头（50mm，25mm，8mm）为例：50mm的镜头焦距是最大的，所以50mm镜头的视角就最小，而视野就最小，最小物距却是最远的；25mm的镜头焦距次之；8mm的镜头焦距则是最小的，视角就最大，而视野也就最大，最小物距是最近的。
光源
光源是影响机器视觉系统输入的重要因素，因为它直接影响输入数据的质量和至少30％的应用效果。由于被检测物体的颜色、材质、折射率等特性的千差万别，就必须根据每个特定的应用实例，选择相应的照明装置，以达到最佳的效果。光源按其照射方式可分为背向照明、前向照明、结构光和频闪光照明等。背向照明是被测物放在光源和摄像机之间，其优点是能获得高对比度的图像；前向照明是光源和摄像机位于被测物的同侧， 这种方式便于安装；结构光照明是将光栅或线光源等投射到被测物上，根据它们所产生的畸变， 解调出被测物的三维信息；频闪光照明是将高频率的光脉冲照射到物体上，照相机拍摄要求与光源同步，这样能有效地拍摄高速运动物体的图像。

设计时可以根据要求选用光源，但大多数情况下，选用led光源是一种趋势。
pc平台
pc平台用于接受相机输出的图像，然后由图像处理软件进行预处理、分析和识别，判断空瓶质量的好坏，最后将判断结果发送给plc。由于相机和图像处理软件的运行都消耗很大的系统资源，因此应当选用高性能的工控机作为pc平台，保证系统快速稳定的运行。
控制单元
本系统选用plc作为底层控制器，它通过i/o口与光电传感器，编码器，击出器，图像采集子系统等相连，通过图像采集子系统控制ccd摄像机的拍摄以及直接控制击出器的动作。同时plc通过485总线与工控机连接，接收工控机传来的控制信息和系统参数等。
在系统运行过程中，plc负责及时地通知图像采集子系统启动ccd摄像机，抓拍处于拍摄位置的空瓶。为了达到这一目的，需要使用光电传感器来检测空瓶的位置。在系统中使用了反射式光电传感器，这种光电传感器在没有接收到从反光板反射回来的光束时，就会输出触发信号。将光电传感器安装到ccd摄像机拍摄位置旁，把输出接到plc的i/o输入口上。当没有空瓶经过时，光电传感器可以接收到反射光束，没有输出信号，而当有空瓶经过时，光电传感器无法接收到返回的光束，于是输出触发信号。plc从输入口接收到此信号后，即可判定空瓶已到达拍摄位置，从i/o输出口输出启动信号给图像采集系统，启动ccd摄像机，摄像机及时进行拍摄，获取被检空瓶的图像。
在专门的信息处理模块对获取的图像信息进行分析处理后，将得出空瓶质量是否合格的结论。如果不合格，主控的工控机就会通过485总线发出控制命令，要求plc控制击出器击出该空瓶。plc在接到击出命令后，需要标定不合格空瓶，并追踪其位置，当不合格空瓶到达击出器所在位置时控制击器动作，击出不合格空瓶。为了确定需击出空瓶位置，在系统中使用一个编码器与驱动传送带的电机相连，当电机转动时，编码器相应发出脉冲。计算脉冲的数目，即可知道传送带运动的距离。这样一来，如果能测出不合格空瓶要运动多长距离才到达击出位置就能将其准确击出。可以在事先把编码器的脉冲输出与plc的i/o输入口相连，然后在传送带上放一空瓶，让其依次经过检测位置和击出位置，plc使用计数器记下此过程中脉冲的数目，这一数值即对应着检测位置和击出位置之间的距离。
视觉处理软件
视觉处理软件是基于pc的机器视觉系统的重要组成部分，主要通过对图像的分析、处理和识别，实现对特定目标特征的处理。视觉处理软件的编写非常复杂，如果从底层开始编写，往往需要很长的开发周期，而且自己编写的软件在运行速度、稳定性等方面也很难达到要求。为了满足系统集成商和终端用户的需求，京科智造为各系列产品开发了相应的图像处理软件包。这样，使用者就可以将工作重心放在软件应用层面的开发上，使用这些软件包进行二次开发，节约了开发成本。
基于pc的机器视觉系统具有高速度、高精度、高度自动化的特点，集成了当今传感器、计算机、数字图像处理和机器视觉技术，可应用于工业制造、电子半导体、包装、农业、医药和啤酒生产等领域，可以大幅度提高了现有生产线的自动化水平，保障产品质量，提高生产效率。随着社会生产力水平的不断提高和工厂自动化程度的提高，此项技术的应用前景非常广阔。