基于OpenCV的視覺檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

張代偉

（達(dá)拉斯（青島）特種吸附劑有限公司，山東 青島 266717）

0 引言

目前，各大視覺廠商已經(jīng)開發(fā)了大量用于視覺檢測(cè)的成套軟件，比如康耐視的VisionPro、?？低暤腣isionMaster等，這些商業(yè)軟件雖然功能強(qiáng)大，但價(jià)格不菲，而且實(shí)際應(yīng)用中僅需要其中一個(gè)或幾個(gè)檢測(cè)方法，其他大部分功能是不需要的，軟件運(yùn)行時(shí)檢測(cè)耗時(shí)也較長(zhǎng)。

OpenCV是一個(gè)基于Apache 2.0許可（開源）發(fā)行的跨平臺(tái)計(jì)算機(jī)視覺和機(jī)器學(xué)習(xí)軟件庫，可以運(yùn)行在Linux、Windows、Android和Mac OS操作系統(tǒng)上。它屬輕量級(jí)而且高效——由一系列C函數(shù)和少量C++類構(gòu)成，同時(shí)提供了Python、Ruby、MATLAB等語言的接口，實(shí)現(xiàn)了圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺方面的很多通用算法。

如果使用OpenCV針對(duì)某個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合開發(fā)出特定的軟件用于視覺檢測(cè)，那將節(jié)省不少成本，并且應(yīng)用設(shè)計(jì)更靈活，不必受限于商業(yè)軟件的功能框架，檢測(cè)時(shí)間也會(huì)較短。

1 總體控制流程

筆者近期完成了一個(gè)項(xiàng)目，應(yīng)用場(chǎng)景為：某包裝車間紙箱內(nèi)需要放置一袋濾紙和其他產(chǎn)品，包裝工有時(shí)會(huì)忘記將濾紙放進(jìn)包裝箱，為了保證每箱都放濾紙，要求檢測(cè)濾紙已放入紙箱，否則傳送帶不運(yùn)行，不能進(jìn)行接下來的操作流程。

經(jīng)過多種檢測(cè)方案比較，最終選用視覺檢測(cè)。在濾紙包裝袋上印刷綠色色條，用視覺鏡頭檢測(cè)顏色，檢測(cè)到目標(biāo)區(qū)域（紙箱區(qū)域）有綠色且超過一定面積，即認(rèn)為濾紙已放入包裝箱，下游傳送帶啟動(dòng)，流程繼續(xù)進(jìn)行；否則報(bào)警并停運(yùn)下游傳送帶。

下面是具體實(shí)施過程：如圖1所示，上位機(jī)程序運(yùn)行在PC端，主要連接相機(jī)采集圖像，并進(jìn)行目標(biāo)視覺識(shí)別，當(dāng)濾紙色條出現(xiàn)在目標(biāo)區(qū)域并達(dá)到一定面積后給PLC輸出OK信號(hào)，并存儲(chǔ)一張照片到指定文件夾以備后期查詢，否則一直采集圖像進(jìn)行識(shí)別。

圖1 總體控制流程

PLC接收到OK指令后啟動(dòng)傳送帶，點(diǎn)亮綠色指示燈。

2 具體實(shí)現(xiàn)

2.1 上位機(jī)視覺檢測(cè)軟件編程

1）安裝VS2015，安裝OpenCV3.4。

2）配置OpenCV運(yùn)行環(huán)境，這一步一定要配置完善，否則調(diào)試總是報(bào)錯(cuò)。

具體配置方法如下：計(jì)算機(jī)→（右鍵）屬性→高級(jí)系統(tǒng)設(shè)置→高級(jí)（標(biāo)簽）→環(huán)境變量→（雙擊）path（用戶，系統(tǒng)里面的path任選其一）→在變量值里面添加相應(yīng)的路徑。

對(duì)于32位系統(tǒng)，就添加：“……opencvuildx86vc14in”；而對(duì)于64位系統(tǒng)，可以兩個(gè)都添加：“……opencvuildx86vc14in”和“……opencvuildx64vc14in”。

這樣就可以在編譯器Win32和X64中來回切換，游刃有余。

注：變量值實(shí)際為bin文件夾的路徑；D表示OpenCV安裝于D盤；X64表示運(yùn)行系統(tǒng)環(huán)境為64位系統(tǒng)，若安裝于32位系統(tǒng)，應(yīng)為X86；vc14表示編譯環(huán)境為Microsoft Visual Studio 2015；變量添加完成后需要注銷系統(tǒng)，才會(huì)生效。3）人機(jī)界面設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 人機(jī)界面

4）圖像采集及顏色識(shí)別[1]。點(diǎn)選圖像上綠色區(qū)域作為識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，點(diǎn)擊Calculate按鈕保存相應(yīng)顏色數(shù)據(jù)，同時(shí)將相關(guān)參數(shù)保存.txt文件到電腦硬盤，設(shè)置面積閾值數(shù)據(jù)，新圖像經(jīng)顏色計(jì)算后與標(biāo)準(zhǔn)值比較，達(dá)到目標(biāo)值則給PLC輸出OK信號(hào)，并保存一張照片至指定文件夾，便于以后查詢是否缺失。

5）與PLC通信。采用485Modbus與ModiconTM200C PLC通信[2]，PC端配置一個(gè)485轉(zhuǎn)USB的轉(zhuǎn)換器。

2.2 下位機(jī)PLC控制系統(tǒng)

PLC接線圖如圖3所示。

圖3 PLC接線圖

3 操作流程

1）雙擊打開DZ.EXE軟件（一般不需要，因?yàn)樵摮绦驎?huì)隨機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，軟件界面會(huì)自動(dòng)隱藏，防止操作工誤操作），同時(shí)按住鍵盤上的左箭頭和右箭頭可以調(diào)出程序主界面。

2）軟件運(yùn)行后會(huì)自動(dòng)打開攝像頭并讀入之前存儲(chǔ)的參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)參考圖片進(jìn)行識(shí)別計(jì)算，并輸出OK或NG信號(hào)。

3）若首次運(yùn)行或需要更改檢測(cè)目標(biāo)，則遵循如下程序：

（1）將包裝箱放到目標(biāo)區(qū)域，放上色條濾紙，選擇PLC通信端口默認(rèn)COM7，此時(shí)通信數(shù)據(jù)會(huì)有變化。

（2）點(diǎn)擊7 Select Area按鈕，在彈出的窗口圖像上框選需要檢測(cè)的目標(biāo)區(qū)域，完成后關(guān)閉該窗口，則主畫面中的圖框2將會(huì)顯示剛才選擇的目標(biāo)區(qū)域。

（3）點(diǎn)擊14 GetRGB按鈕，在彈出的畫面點(diǎn)選目標(biāo)顏色（色條），圖框2中就會(huì)將所選顏色顯示成藍(lán)色，此時(shí)可以通過17文本框修改RGB允許誤差范圍，從而選擇合適的顏色區(qū)域；然后關(guān)閉該彈出窗口。

（4）點(diǎn)擊18 Calculate按鈕，計(jì)算參考圖片的RGB像素點(diǎn)數(shù)，并保存參數(shù)。此時(shí)可以拿出放入濾紙，同時(shí)調(diào)整像素點(diǎn)數(shù)誤差范圍值21，以滿足檢測(cè)可靠性；然后放入濾紙?jiān)俅吸c(diǎn)擊18 Calculate按鈕，保存參數(shù)。這樣下次重啟時(shí)會(huì)自動(dòng)載入?yún)?shù)和標(biāo)準(zhǔn)參考圖片，不影響檢測(cè)。

（5）此時(shí)，系統(tǒng)就可以正常運(yùn)行了。三色塔燈開始按邏輯指示：若PLC通信故障，紅燈亮；若放上包裝箱但并未放濾紙，則黃燈閃爍，等待放濾紙；若放上濾紙，則綠燈亮，封箱機(jī)運(yùn)行。箱子離開封箱位置后15 s，或者箱子離開封箱機(jī)2 s后綠燈滅，封箱機(jī)停，進(jìn)入下個(gè)循環(huán)。

（6）濾紙檢測(cè)OK的，系統(tǒng)會(huì)拍一張此時(shí)的照片存到上述指定路徑，如圖4所示。

圖4 保存的照片

4 結(jié)論

1）該系統(tǒng)硬件易于實(shí)現(xiàn)且成本較低，使用普通的USB攝像頭即可。

2）該系統(tǒng)上位機(jī)顏色識(shí)別速度很快，約16 ms，而商業(yè)軟件開發(fā)的同類應(yīng)用（如?？低暤腣isionMaster）需要至少50 ms。

3）該系統(tǒng)前期軟件開發(fā)耗時(shí)長(zhǎng)，但總體成本很低，約是采用成套商業(yè)軟硬件開發(fā)成本的10%，有很大的成本優(yōu)勢(shì)。

4）由于使用的是USB攝像頭以及USB轉(zhuǎn)485，受限于USB口的可靠性，使用時(shí)偶爾會(huì)出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，如果可靠性要求高的話，可以選擇更可靠的攝像頭及接線485模塊。