玻璃瓶瑕疵自动检测系统
摘要
本课题是研究玻璃瓶瑕疵自动检测系统，针对玻璃瓶检测的高速度、高精度、实时性的特点，本文主要利用数字图像处理技术及其方法研究一套玻璃瓶瑕疵检测系统，利用该检测系统提供的一些数字图像处理方法可以决速准确的判断出该图像是否为缺陷图像。利用该检测系统所应用的技术设计出来的系统不受主观因素的影响，能快速、准确地检测产品，完成人工无法完成的检测任务，是现代化生产中不可缺少的工具。
本文详细地介绍了图像处理技术，验证了多种图像检测算法，我们提出了一种基于混合滤波器缺陷检测算法，并从理论和实验两方面对检测效果做了评价。论文分析了各种模式识别方法，提出了玻璃瓶缺陷检测的具体方案。方案利用聚类算法来提取缺陷，通过对缺陷特征的分析来识别玻璃瓶的好坏。
本系统的主要部分由CCD摄像机、图像采集卡和微型计算机组成。CCD摄像机采集玻璃瓶图像，图像采集卡把玻璃瓶图像转换成计算机能识别和处理的数字图像，再通过计算机上的软件完成缺陷检测功能。检测系统在实验阶段的检测精度已达到设计要求，较成功地实现了玻璃瓶缺陷的检测，能用于检测玻璃瓶的裂痕、气泡等缺陷。
第一章绪论
1.1 本课题的提出
随着时代的发展，科技的进步，人们对工业产品的数量和质量要求越来越高，传统意义上的检测技术与飞速发展的工业要求之间的矛盾日益突出。玻璃瓶作为一种包装用品,由于其具有气密性好、光洁卫生、化学稳定性高、价格低廉、可回收利用等特点而普遍受到欢迎,已广泛应用于食品、药品、化妆品、饮料、化学等产品的包装。人们的日常生活离不开玻璃瓶,玻璃瓶的生产在国民经济中占有不可忽视的地位。药品酒水等灌装生产前必须对玻璃瓶进行检测，剔除不合格产品，才能进行封装。玻璃瓶在生产过程中，会出现裂纹、缺损、气泡等缺陷,要求精确区分各类缺陷，完成瓶颈裂纹和瓶口缺损的检测，以便对产品的质量做出判断，剔除不合格品。由于玻璃瓶在线生产要求检测精度高、准确性好、速度快，因此玻璃瓶生产工业流水线迫切需要在线自动检测设备。以往的玻璃瓶检测以人工检测为主，但是人工检测方法有许多缺点：（1）增加人工成本和管理成本，检测数据的保存和查询不太方便。（2）人工检测速度比较慢，无法适应现代化大生产的要求，且工人劳动强度较大，容易受人眼分辨能力和易疲劳等主观因素的影响，无法保质保量地完成生产任务。因此，必须寻求一种有效的自动化检测方法。
针对玻璃瓶检测的高速度、高精度、实时性的特点，本文采用一种基于数字图像处理的检测方法。利用CCD摄像机对玻璃瓶进行摄像，通过数字图像处理技术进行分析，检测出带有缺陷的玻璃瓶,再由计算机发出控制信号将其剔除。随着计算机软件和硬件的发展，对图像处理速度的提高以及各种相关理论的完善，本文采用的检测方法变得切实可行。按此方法制造的检测设备具有代价低，灵活性高，易于调试和工作环境要求低等优点。因此本课题的研究对于玻璃制品裂纹的检测具有重要的经济和技术意义。玻璃瓶缺陷检测设备若研制成功后，将会产生巨大的社会效益和经济效益:1.利用基于数字图像处理的检测方法来检测玻璃瓶缺陷，取代人工检测，将消除人的主观性产生的错误，提高检测的准确性。同时，减轻工人繁重的劳动负担，提高生产效率。2.玻璃瓶罐质量的提高可避免瓶罐包装的食品及物品变质带来的经济损失，也可避免瓶罐的爆裂所引起的事故，降低赔款损失，同时增加消费者的安全感。3.生产商可以根据检测设备提供的数据分析该缺陷产生的原因和机理，再根据获得的数据，设定相应的工艺条件和参数，同时先进的检测设备也能够保障高质量的玻璃产品，提高在市场中的竞争能力。
1.2 国外研究的现状
国外公司凭借其雄厚的经济实力和不断成熟的技术为基础，在九十年代初就开始研制基于数字图像处理的产品在线检测设备，他们至今已经开发出多种玻璃瓶罐的在线检测机器。丹麦的一家公司自1991年开始着手研制，目前己经成功开发了多种用于玻璃制品质量检测的计算机视觉在线监测设备。检测的容主要包括产品的部缺陷检测及外形尺寸检测。美国NI公司研制的基于PC的视觉检测系统，将机器视觉、运动控制功能与LabView虚拟仪器软件相结合，取得了突出的成效。法国SGCC国际公司M1型全自动多功能玻璃瓶罐在线检测机1998年3月曾在国际玻璃机械设备展销会展出，倍受国玻璃制品生产厂家的青睐。德国Siemens公司推出的智能化工业视觉系统SIMATICVS710[4]，提供了一体化的、分布式的高档图像处理方案。它将CCD、图像处理器、I/O集成在一个小型机箱，提供PROFIBUS的联网方式或集成的I/O和RS232接口。具有集成数字化照相机和快速图像处理器，标准连线接口，ProVision组态软件等优点。日本的AGR国际公司研制生产了功能较齐全的玻璃瓶罐生产和用于饮料灌装的在线自动检测设备。美国工业动力机械开发了采用摄像技术的全方位空瓶检测机。采用摄像技术的空瓶检测机采用反射光学系统、高分辨率摄像技术和自动变焦镜头，对各个检测项目进行精确的检测。对于直径为95mm的瓶子，精确度为98％，检测速度可达700瓶/分钟。德国Lasor 公司在线检验检测设备采用先进的CCD摄像技术进行在线缺陷检测，将检测的信号通过计算机进行处理，可区分气泡、夹杂物等玻璃缺陷，检测最小尺寸为0.1mm。
在中国，机器视觉产品技术的普及不够，大部分是购买国外设备。而直接引进国外的检测系统有许多弊端，例如价格昂贵。国在视觉检测方面的研究也己经有很多年了，不过以前主要都是做一些算法方面的研究。对于玻璃瓶的自动检测系统的开发和研究刚刚于近年开始起步，目前也有少数几个厂家在进行玻璃制品在线检测设备的研制，主要有赛腾动力研制生产的Saturn验瓶机以及大元与四通电机利用日本的视觉系统联合开发的DS空瓶验瓶机，它们均采用了诸如计算机视觉、模式识别等先进技术。但是这些都未能满足目前国大部分厂家的生产需要，比如速度就不能满足要求。总体来说，国基于机器视觉的玻璃瓶检测系统的研究与应用还是比较落后的。因此，目前在国研制具有自主知识产权的玻璃瓶检测系统具有重要的社会效益和经济效益。
1.3数字图像处理研究现状
数字图像处理技术是一门跨学科的前沿高科技。数字图像处理是指将图像信号转换成数字格式并利用计算机对其进行处理的过程。数字图像处理最早出现于20世纪50年代，当时的电子计算机已经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图像信息。而数字图像处理作为一门学科大约形成于20世纪60年代初期。随着
