基于機器視覺的商品生產(chǎn)日期快速檢測的研究

姚海濤++鎖雪萍++胡象輝++王以忠

摘要：本文設計并實現(xiàn)了一種基于機器視覺的商品生產(chǎn)日期快速檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由攝像機和計算機構(gòu)成，利用機器視覺的方法，通過圖像處理實現(xiàn)商品生產(chǎn)過程中生產(chǎn)日期噴印的缺陷檢測。該系統(tǒng)能夠快速、準確地判斷商品包裝上的生產(chǎn)日期是否漏印，并及時剔除問題商品。實驗結(jié)果證明，該系統(tǒng)能夠準確識別出生產(chǎn)日期有缺陷的商品，具有實用意義。

關鍵詞：生產(chǎn)日期 缺陷檢測 機器視覺 圖像處理

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）12-0054-02

機器視覺[1-2]就是用機器代替人眼來做測量和判斷，機器視覺系統(tǒng)通過攝像機將目標物體轉(zhuǎn)換為圖像信號，傳送給圖像處理系統(tǒng)，系統(tǒng)將根據(jù)圖像信號的信息對目標進行判斷，進而對客觀物體進行感知、識別并理解。

近年來，隨著人們文化素質(zhì)和健康意識的不斷提升，飲食健康越來越引起人們的重視，因此對于食品安全提出了更高要求。不言而喻，食品生產(chǎn)日期和保質(zhì)期是直接關系食品能否食用的重要條件[3]。為實現(xiàn)生產(chǎn)在線和生產(chǎn)日期噴印同步進行的食品生產(chǎn)要求，企業(yè)采用噴碼機進行食品生產(chǎn)日期噴印，市場上的噴碼機有墨水噴碼機和激光噴碼機兩大類，墨水噴碼機以其開發(fā)早，價格相對便宜的特點，占據(jù)著市場主導地位[4]。但在食品生產(chǎn)日期噴印過程中，使用墨水噴碼機進行噴印往往會出現(xiàn)生產(chǎn)日期漏印、缺字等問題，傳統(tǒng)的人工檢測方法檢查生產(chǎn)日期缺陷的方式，準確率達不到要求，工作效率低，提升了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

針對這一問題，本文設計并實現(xiàn)了一種基于機器視覺的商品生產(chǎn)日期快速檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠快速、準確的判斷商品生產(chǎn)過程中生產(chǎn)日期噴印的缺陷問題，及時剔除生產(chǎn)日期無法清晰識別的商品。

1 系統(tǒng)總體設計

本文設計的機器視覺系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)利用攝像機將目標轉(zhuǎn)換為圖像信息，并采用相應的圖像處理技術(shù)進行圖像處理，進而檢測并識別出目標物體中的缺陷。系統(tǒng)檢測到缺陷產(chǎn)品后，通過計算機發(fā)出的控制命令及時剔除問題產(chǎn)品。

系統(tǒng)的硬件主要由攝像機和計算機兩部分構(gòu)成，系統(tǒng)中選用PointGrey公司的FL2G-13S2C-C攝像機，攝像機采集到的圖像信息通過IEEE-1394b接口上傳到計算機。攝像機完成商品包裝的圖像采集，計算機主要進行圖像信息的處理，識別并判斷商品包裝上噴印的生產(chǎn)日期是否存在缺陷，并發(fā)出相應的控制指令。

2 商品生產(chǎn)日期檢測

商品外包裝上的生產(chǎn)日期檢測過程為：圖像分割、圖像預處理、圖像二值化，字符分格，計算每個字符的像素數(shù)五個環(huán)節(jié)，如圖2所示。將噴印有生產(chǎn)日期的商品外包裝圖像進行分割，分割出生產(chǎn)日期區(qū)域，進而對該分割區(qū)域作圖像處理，進行字符分格，分格出單個字符進而判斷生產(chǎn)日期能否準確識別以及是否出現(xiàn)漏印、缺字等缺陷。

2.1 圖像分割

輸入計算機的商品外包裝圖像較大、圖像信息復雜，不便于商品生產(chǎn)日期的識別，為方便后續(xù)圖像處理，首先進行圖像分割，分割出商品外包裝上的生產(chǎn)日期區(qū)域，圖3和圖4分別為食品外包裝原始圖像和圖像分割輸出結(jié)果。

2.2 圖像預處理

食品外包裝圖像信息在獲取過程中，由于光線變化、空間輻射等干擾因素的存在，往往帶有大量噪聲，因此需要進行濾波、增強等預處理，從而減小隨機噪聲造成的干擾。如圖5是對圖4所示圖像進行幾何均值濾波后的輸出結(jié)果。

為提高圖像的質(zhì)量和可辨識度，使圖像更有利于進一步分析處理，進行圖像增強，圖6為對濾波后的圖像進行圖像增強后的效果圖。

2.3 圖像二值化

為簡化后期處理，提高處理速度，對增強后的圖像作二值化處理，處理結(jié)果如圖7所示，可以看到，二值化后的圖像含有很多噪點，因此采用二維排序濾波的方式對二值化圖像作進一步的濾波處理，處理結(jié)果如圖8所示。

2.4 字符分割并計算像素數(shù)

對圖8的圖像進行字符分格處理，主要步驟包括限定文字區(qū)域、字符切割以及計算每個字符所包含的像素數(shù)，最終的輸出結(jié)果如圖9所示。

3 缺陷判斷

本文的研究針對的是生產(chǎn)日期有固定位置的商品硬包裝上生產(chǎn)日期的檢測，生產(chǎn)日期噴印格式為8位數(shù)字的形式，將其進行字符區(qū)域限定后切割為8個等大的圖像塊，通過計算每個圖像塊中黑色字符所占的像素數(shù)判斷是否出現(xiàn)漏印。如圖10所示的食品外包裝的圖像信息，經(jīng)處理后得到的字符以及對應的像素數(shù)情況如圖11所示。從處理結(jié)果可以明顯看出，第6個字符的像素數(shù)為0，該字符在噴印過程中出現(xiàn)了漏印問題。當計算機檢測到這種缺陷時，發(fā)出控制命令剔除該產(chǎn)品。

4 結(jié)語

本文將機器視覺用于商品生產(chǎn)日期快速檢測中，以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。實驗表明，對于生產(chǎn)日期以8位數(shù)字形式噴印的食品硬包裝，通過統(tǒng)計每個字符的像素數(shù)，就可以判斷是否有生產(chǎn)日期缺字以及漏印的情況。該系統(tǒng)能夠準確判斷出食品包裝上生產(chǎn)日期是否存在漏印缺陷，具有一定的實用價值。

參考文獻

[1]王魯娜.視覺傳感器在藥品生產(chǎn)日期檢測中的應用[D].山東：山東大學，2008.

[2]鄔文俊.基于機器視覺技術(shù)的啤酒瓶字符自動識別系統(tǒng)的研究[D].湖北：湖北工業(yè)大學，2005.

[3]基于消費者認知的食品標簽法規(guī)標準研究[J].標準應用研究.2015，（01）：12-16.

[4]噴碼機在食品行業(yè)發(fā)展迅速[J].中國包裝，2015，（09）：51-52.