專利名稱：紙張紙病檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用計算機圖象處理技術(shù)進行紙張紙病檢測分析的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
造紙工業(yè)與國民經(jīng)濟息息相關(guān)，其發(fā)展程度直接反映了一個地區(qū)或國家的經(jīng)濟發(fā)展水平，造紙檢測儀器在紙張質(zhì)量的控制上占有重要的位置。在生產(chǎn)中，紙張的品質(zhì)包括定量、水分、物理強度、光學(xué)性質(zhì)和表面質(zhì)量，紙張的紙病是用紙張的表面質(zhì)量來表示，紙張表面質(zhì)量的分級是由其缺陷類型和多少來決定的，紙張表面質(zhì)量的分級形成了紙張的分類。目前，在紙張的質(zhì)量檢測問題上、不少廠家都是將紙張生產(chǎn)處理后，進行抽取樣品并使用目測方法進行檢測，這種檢測方法效率低、費時，不能滿足生產(chǎn)的自動化要求，且不合格的紙張很難徹底的檢測出來。隨著人們對紙張質(zhì)量的要求的提高，造紙業(yè)需要對紙張的質(zhì)量檢測更為嚴(yán)格、快速的檢測。
CCD(Charge Coupled Devices電荷耦合)器件是七十年代初發(fā)展起來的新型半導(dǎo)體器件。二十多年來，CCD器件的研究取得了驚人的進展，已成為現(xiàn)代光電子學(xué)和現(xiàn)代測試技術(shù)中最活躍、最富有成果的新興領(lǐng)域之一。CCD器件具有的體積小、重量輕、分辨率高、精度高、穩(wěn)定性能良好等特點，使得測量系統(tǒng)不須配置復(fù)雜的運動機械結(jié)構(gòu)，就可得到較高的測量精度和良好的穩(wěn)定性能，廣泛用于攝像機、復(fù)印機、圖文傳真、文字、圖像識別、自動精密測量等方面。計算機的廣泛使用，使得由CCD器件測量得到的大量數(shù)據(jù)處理變得非常容易，對測量數(shù)據(jù)的處理可以經(jīng)過存儲，自動補償和校正，以致最后打印輸出。
CCD圖像采集系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是脈沖控制下的CMOS電容器陣列，它有面陣和線陣兩類，具有電荷藕合、存儲、轉(zhuǎn)移功能，其注入方式有電荷注入方式有光注入和電注入兩類，面陣CCD圖像采集系統(tǒng)包括CCD傳感器，CCD傳感器把物體成像，攝取到的圖像通過插在主板上的視頻卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號顯示出來的。
紙張紙病缺陷主要有折痕、空洞和黑點，一般紙張發(fā)現(xiàn)折痕或空洞就被定為廢紙，所以黑點就被作為劃分紙張等級的依據(jù)，黑點的具體分類如表1。
表1.紙張黑點分類表
根據(jù)生產(chǎn)的要求本系統(tǒng)將紙張分為三種優(yōu)質(zhì)紙張、普通紙張、廢紙，見表2。
表2紙張等級分類表

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明將公開一種利用CCD技術(shù)對紙張表面質(zhì)量進行實時檢測、動態(tài)測量、自動對產(chǎn)品按品質(zhì)實行分級，檢測出紙張表面存在的黑點及空洞等紙病缺陷，對紙張自動進行分類，對于不合格的紙張自動進行報警，并能自動計算出紙張的不合格率和各級紙張的數(shù)量及所占的比例的紙張紙病檢測系統(tǒng)。
本系統(tǒng)包括圖像采集部分、計算機處理、紙張分流機構(gòu)、報警機構(gòu)，其中圖像采集部分為光注入方式面陣式CCD圖像采集系統(tǒng)，CCD圖像采集系統(tǒng)與計算機連接，計算機還分別與紙張分流機構(gòu)、報警機構(gòu)連接；用CCD圖像采集系統(tǒng)采集紙張圖像，并將攝取的圖像信息輸入計算機，計算機對圖像信息數(shù)字化，即此時計算機獲得的圖像由許多像素組成；計算機對這些像素進行分析，檢測出紙張上面所存在的黑點以及空洞，統(tǒng)計出該紙張的黑點和空洞的數(shù)量和面積，對照預(yù)先存入計算機的紙張標(biāo)準(zhǔn)進行判斷，然后由計算機控制紙張分流機構(gòu)對紙張質(zhì)量自動進行分類，對于不合格的紙張，計算機控制報警機構(gòu)自動進行報警，同時計算機自動計算出紙張的不合格率以及各級紙張所占的比例。
本系統(tǒng)CCD圖像采集系統(tǒng)的鏡頭前端，還設(shè)有光學(xué)透鏡，將待測紙張的信息全部成像在CCD圖像采集系統(tǒng)的像敏區(qū)。
將CCD圖像采集系統(tǒng)攝取的圖像轉(zhuǎn)換成計算機中的數(shù)字信號的過程為CCD圖像采集系統(tǒng)攝取圖像后，CCD首先將視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后再通過CCD圖像采集系統(tǒng)中的視頻卡的驅(qū)動程序?qū)D像顯示在電腦屏幕上，然后將電腦屏幕上的圖像拷貝到剪貼板，計算機再從剪貼板中將圖片讀出來，此時計算機獲得的圖像由許多像素組成，對圖像中的像素點進行分析；先經(jīng)過像點灰度調(diào)整，對采集的圖像進行像素點分析處理，進行統(tǒng)計分類，從而把連續(xù)的圖像變換成離散的數(shù)字圖像。
本紙張紙病檢測方法如下采用光注入方式面陣CCD器件攝取紙張圖像，并把圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳入計算機，即計算機圖像由許多像素點組成，計算機對這些像素進行分析，檢測出紙張上面所存在的黑點以及空洞等，統(tǒng)計出該紙張的黑點和空洞的數(shù)量和面積，對照預(yù)先存入計算機的紙張標(biāo)準(zhǔn)，對紙張質(zhì)量自動進行分類，對于不合格的紙張可以自動進行報警，并自動計算出紙張的不合格率以及各級紙張所占的比例。
本紙張紙病檢測系統(tǒng)及方法有以下優(yōu)點該系統(tǒng)是CCD技術(shù)在非接觸性測試中的一次成功運用，此系統(tǒng)的最大特點是實現(xiàn)在線非接觸式檢測，對生產(chǎn)現(xiàn)場的產(chǎn)品質(zhì)量進行實時監(jiān)控，同時實現(xiàn)與計算機通信，以方便對所測數(shù)據(jù)進行分析、比較、綜合、歸納、分析產(chǎn)品質(zhì)量下降的原因，并可自動提出檢修方案，以便找到提高產(chǎn)品質(zhì)量的措施，因此這一項目的推廣應(yīng)用將對造紙業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生很大的作用，并將產(chǎn)生相當(dāng)大的經(jīng)濟效益。與激光測量相比，本系統(tǒng)在價格及某些測量性能方面有很大的優(yōu)勢1>低成本與激光等非接觸測量相比，用圖象處理技術(shù)進行測量的成本相當(dāng)?shù)停?>可以實現(xiàn)復(fù)雜形狀測量通過各種圖象處理技術(shù)的結(jié)合，可以實現(xiàn)對復(fù)雜圖形的測量；3>使用壽命長，測量精度高，測量方便、性能穩(wěn)定可靠；4>非接觸、精度高、測量速度快、等優(yōu)點。


圖1本系統(tǒng)一種實施方式工作原理圖；圖2本系統(tǒng)一種實施方式圖像分析的流程圖；圖3本系統(tǒng)一種實施方式軟件設(shè)計流程圖。
1-CCD圖像采集系統(tǒng)；2-計算機；3-凸透鏡；4-控制線；5-數(shù)據(jù)線；6-光源；7-紙張。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。
在圖1所示的實施方式中，本系統(tǒng)主要由光源6、圖像采集部分、計算機2、顯示輸出部分、機械換紙機構(gòu)、紙張分流機構(gòu)等部分構(gòu)成，圖像采集部分采用的是光注入方式面陣CCD圖像采集系統(tǒng)1，CCD圖像采集系統(tǒng)1的CCD傳感器型號為用IA-D9-2048型面陣CCD，它采用幀轉(zhuǎn)移方式，每秒14幀，具有多個輸出端口，像元尺寸大，像敏元尺寸為12μm(H)×2μm(V)，像敏區(qū)面積為24.672mm(H)×24.672mm(H)，輸出數(shù)據(jù)率高達60MHz，動態(tài)范圍寬，為3000；水平和垂直轉(zhuǎn)移效率為0.999999；工作溫度范圍為-60℃～+70℃；CCD圖像采集系統(tǒng)鏡頭前設(shè)有光學(xué)透鏡，在本實施方式中光學(xué)透鏡為凸透鏡3，該凸透鏡3的參數(shù)關(guān)系為
β=y'y=-fx=-x'f']]>其中β-垂軸放大率；β’-；y-物高；y’-像高；f-物方焦距；x-物到物方焦點的距離；x’-像方焦點到像的距離。
CCD圖像采集系統(tǒng)1與計算機2之間由控制線4和數(shù)據(jù)線連接5，計算機2還與顯示輸出部分、機械換紙機構(gòu)、紙張分流機構(gòu)等部分連接，光源6的光線透過設(shè)于光源6上的紙張7照射到凸透鏡3上，凸透鏡3將紙張圖像成像于CCD圖像采集系統(tǒng)1的CCD傳感器內(nèi)，CCD圖像采集系統(tǒng)1將紙張圖像數(shù)字化，即將視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后再通過CCD圖像采集系統(tǒng)1中的視頻卡的驅(qū)動程序?qū)D像顯示在電腦屏幕上，然后將電腦屏幕上的圖像拷貝到剪貼板，計算機再從剪貼板中將圖片讀出來，此時計算機獲得的圖像由許多像素組成，對圖像中的像素點進行分析；具體是先經(jīng)過像點灰度調(diào)整，對采集的圖像進行像素點分析處理，進行統(tǒng)計分類，從而把連續(xù)的圖像變換成離散的數(shù)字圖像。
對圖像中的像素點進行分析時，是先對圖像中的像素點進行圖像二值化即利用計算機將圖像中的各像素點的顏色與基色相對比，如果像素點的顏色與基色之差大于二值化閥值，則將此像素點變成黑色，否則就將此像素點變成白色，實現(xiàn)對圖像中的像素點進行圖像二值化。
對圖像中的像素點進行圖像二值化后，需對圖像進行一次濾波，濾除圖像中孤立的黑色像素點，因為噪聲的影響，圖像在二值化以后會存在很多孤立的黑色像素點，這些孤立的黑點零散地分布在圖像上，它幾乎不會影響到紙張的質(zhì)量(影響紙張質(zhì)量的主要是一些黑點組成的黑點塊)，但是它對于我們分析數(shù)據(jù)確不利，所以我們在進行數(shù)據(jù)分析前，要將這些黑點濾除掉；濾除這些黑點的方法就是對黑點周圍的每一個點的顏色進行判斷，如果發(fā)現(xiàn)其周圍的點都是白點，則此黑點就屬于一個孤立的黑色像素點，這樣就應(yīng)該將此黑點濾除掉，也就是將此像素點變成白色；相反，若該點周圍只要有一點為黑點，則此黑點就不算是孤立的，所以就不應(yīng)該濾除。
進行圖像分析是對圖像中的黑塊數(shù)，黑塊所占的面積，以及最大黑塊面積，最小黑塊面積以及黑塊半徑一個統(tǒng)計，檢測出紙張上面所存在的黑點及空洞，統(tǒng)計出該紙張的黑點和空洞的數(shù)量和面積，通過這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)來分析出紙張的質(zhì)量；圖像分析的過程如圖2所示對圖像中的每一個黑色像素點，假設(shè)此黑色像素點為A的四個方向(左上，正上，右上，左邊)上的點進行判斷，如果這四個點都為白點，則新建一個黑點塊，且將此A點加入到新建的黑點塊；如果這四個點中有一個點為黑點，設(shè)為B，則將A點加入B點所在的黑點塊(根據(jù)判斷順序，B點必然已屬于某一黑點塊)，以相同的方法分析C點、D點，如此循環(huán)下來，直到將所有黑點判斷完畢。則黑點塊數(shù)即為所建立的黑點塊數(shù)，同時每一黑點塊所占的面積，黑點塊的半徑等數(shù)據(jù)也可以根據(jù)黑點塊內(nèi)的像素點數(shù)來得到。
進行二次濾波二次濾波功能主要是濾除掉黑塊面積中小于指定面積的黑塊，因為有些黑塊面積太小可能并不影響到紙張的質(zhì)量，所以我們需要將其濾除；通過上一步的圖像分析以后，我們已經(jīng)獲得了每一黑塊所占面積的數(shù)據(jù)，要濾除掉小于某一面積的黑塊，只需要對每一黑塊所占的面積進行判斷，如果此黑塊面積大于指定面積，則不濾除(保留)，如果此黑點面積小于指定面積，則將其濾除掉(也就是將此黑塊內(nèi)所有像素點都變成白點)；檢測出紙張上面所存在的黑點以及空洞，統(tǒng)計出該紙張的黑點和空洞的數(shù)量和面積，對照預(yù)先存入計算機的紙張標(biāo)準(zhǔn)，由計算機控制紙張分流機構(gòu)對紙張質(zhì)量自動進行分類，對于不合格的紙張，計算機控制報警機構(gòu)自動進行報警，同時計算機自動計算出紙張的不合格率以及各級紙張所占的比例。
其中計算機的檢測軟件可包括數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢及輸出五個模塊，其流程圖如圖3所示，數(shù)據(jù)獲取模塊為讀入紙張信息，紙張信息獲取后，數(shù)據(jù)分析和處理模塊判斷紙張的暇疵的大小、灰度等級、延展方向、分布的范圍，以此得出屬于哪種紙張的范圍，并進行存儲和輸出，然后根據(jù)生產(chǎn)實際的統(tǒng)計分析紙張暇疵產(chǎn)生的原因。
本系統(tǒng)一種實施方式軟件流程是將計算機對面陣CCD圖像采集系統(tǒng)攝入紙張圖像數(shù)據(jù)進行如下分析1)折痕判斷當(dāng)程序判斷紙張有折痕時，將各種缺陷數(shù)據(jù)進行分類存儲后，按紙張的缺陷程度不同走紙；當(dāng)程序判斷紙張無折痕時，繼續(xù)進行黑洞判斷。
2)空洞判斷當(dāng)程序判斷紙張有空洞時，將各種缺陷數(shù)據(jù)進行分類存儲后，按紙張的缺陷程度不同走紙；當(dāng)程序判斷紙張無空洞時，繼而進行黑點判斷。
3)黑點判斷當(dāng)程序判斷紙張有黑點時，將依次按照黑點的分布范圍、面積大小、灰度等級對紙張進行分類，同時將將各種缺陷數(shù)據(jù)進行分類存儲后，按紙張的缺陷程度不同走紙；當(dāng)程序判斷紙張無黑點時，將紙張作為無缺陷處理。
本紙張紙病檢測方法如下采用光注入方式面陣CCD圖像采集系統(tǒng)1攝入紙張圖像，把圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳給計算機2，即計算機圖像由許多像素點組成，計算機對這些像素進行分析，檢測出紙張上面所存在的黑點以及空洞等，統(tǒng)計出該紙張的黑點和空洞的數(shù)量和面積，對照預(yù)先存入計算機的紙張標(biāo)準(zhǔn)，對紙張質(zhì)量自動進行分類，對于不合格的紙張可以自動進行報警，并自動計算出紙張的不合格率以及各級紙張所占的比例。
權(quán)利要求
1.紙張紙病檢測系統(tǒng)，包括圖像采集部分、計算機、紙張分流機構(gòu)、報警機構(gòu)，其特征在于其中圖像采集部分為光注入方式面陣式CCD圖像采集系統(tǒng)，CCD圖像采集系統(tǒng)與計算機連接，計算機還分別與紙張分流機構(gòu)、報警機構(gòu)連接；用CCD圖像采集系統(tǒng)攝取紙張圖像，并將攝取的圖像信息數(shù)字化后輸入計算機，此時計算機獲得的圖像由許多像素組成；計算機對這些由像素組成的圖像進行分析，檢測出紙張上面所存在的黑點以及空洞，統(tǒng)計出該紙張的黑點和空洞的數(shù)量和面積，對照預(yù)先存入計算機的紙張標(biāo)準(zhǔn)進行判斷，然后由計算機控制紙張分流機構(gòu)對紙張質(zhì)量自動進行分類，對于不合格的紙張，計算機控制報警機構(gòu)自動進行報警，同時計算機自動計算出紙張的不合格率以及各級紙張所占的比例。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紙張紙病檢測系統(tǒng)，其特征在于本系統(tǒng)CCD圖像采集系統(tǒng)的鏡頭前端，還設(shè)有光學(xué)透鏡，將待測紙張的信息全部成像在CCD圖像采集系統(tǒng)的像敏區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紙張紙病檢測系統(tǒng)，其特征在于將CCD圖像采集系統(tǒng)攝取的圖像轉(zhuǎn)換成計算機中的數(shù)字信號的過程為CCD圖像采集系統(tǒng)攝取圖像后，CCD首先將視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后再通過CCD圖像采集系統(tǒng)中的視頻卡將圖像顯示在電腦屏幕上，然后將電腦屏幕上的圖像拷貝到剪貼板，計算機再從剪貼板中將圖片讀出來，此時計算機獲得的圖像由許多像素組成，對圖像中的像素點進行分析；先經(jīng)過像點灰度調(diào)整，對采集的圖像進行像素點分析處理，進行統(tǒng)計分類，從而把連續(xù)的圖像變換成離散的數(shù)字圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紙張紙病檢測系統(tǒng)，其特征在于計算機對圖像進行分析時，是先對那些組成圖像的像素進行分析，首先對圖像中的像素點進行圖像二值化即利用計算機將圖像中的各像素點的顏色與基色相對比，如果像素點的顏色與基色之差大于二值化閥值，則將此像素點變成黑色，否則就將此像素點變成白色，實現(xiàn)對圖像中的像素點進行圖像二值化；對圖像中的像素點進行圖像二值化后，需對圖像進行一次濾波，濾除圖像中孤立的黑色像素點，濾除這些黑點的方法就是對黑點周圍的每一個點的顏色進行判斷，如果發(fā)現(xiàn)其周圍的點都是白點，則此黑點就屬于一個孤立的黑色像素點，這樣就應(yīng)該將此黑點濾除掉，也就是將此像素點變成白色；相反，若該點周圍只要有一點為黑點，則此黑點就不算是孤立的，所以就不應(yīng)該濾除。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紙張紙病檢測系統(tǒng)，其特征在于進行圖像分析是對圖像中的黑塊數(shù)，黑塊所占的面積，以及最大黑塊面積，最小黑塊面積以及黑塊半徑一個統(tǒng)計，檢測出紙張上面所存在的黑點及空洞，統(tǒng)計出該紙張的黑點和空洞的數(shù)量和面積，通過這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)來分析出紙張的質(zhì)量；圖像分析的過程是對圖像中的每一個黑色像素點，假設(shè)此黑色像素點為A的四個方向上的點進行判斷，如果這四個點都為白點，則新建一個黑點塊，且將此A點加入到新建的黑點塊；如果這四個點中有一個點為黑點，設(shè)為B，則將A點加入B點所在的黑點塊，根據(jù)判斷順序，B點必然已屬于某一黑點塊，以相同的方法分析C點、D點，如此循環(huán)下來，直到將所有黑點判斷完畢；則黑點塊數(shù)即為所建立的黑點塊數(shù)，同時每一黑點塊所占的面積，黑點塊的半徑等數(shù)據(jù)也可以根據(jù)黑點塊內(nèi)的像素點數(shù)來得到；進行二次濾波通過上一步的圖像分析以后，我們已經(jīng)獲得了每一黑塊所占面積的數(shù)據(jù)，要濾除掉小于某一面積的黑塊，只需要對每一黑塊所占的面積進行判斷，如果此黑塊面積大于指定面積，則保留，如果此黑點面積小于指定面積，則將其濾除掉。
全文摘要
本發(fā)明涉及紙張紙病檢測系統(tǒng)，使用CCD圖像采集系統(tǒng)攝取紙張圖像，并將攝取的圖像信息數(shù)字化后輸入計算機，計算機對這些由像素組成的圖像進行分析，檢測出紙張上面所存在的黑點以及空洞，統(tǒng)計出該紙張的黑點和空洞的數(shù)量和面積，對照預(yù)先存入計算機的紙張標(biāo)準(zhǔn)進行判斷，然后由計算機控制紙張分流機構(gòu)對紙張質(zhì)量自動進行分類，對于不合格的紙張，計算機控制報警機構(gòu)自動進行報警，同時計算機自動計算出紙張的不合格率以及各級紙張所占的比例。此系統(tǒng)的最大特點是實現(xiàn)在線非接觸式檢測，對生產(chǎn)現(xiàn)場的產(chǎn)品質(zhì)量進行實時監(jiān)控，且低成本、可以實現(xiàn)復(fù)雜形狀測量、使用壽命長，測量精度高，測量方便、性能穩(wěn)定可靠、測量速度快。
文檔編號B07C5/342GK101063659SQ20071010078
公開日2007年10月31日 申請日期2007年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月26日
發(fā)明者陳岳林, 陳金龍 申請人:陳岳林, 陳金龍