瓶裝液體中異物的檢測方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及超聲成像自動檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體公開一種用于檢測瓶裝液體中異物的方法及系統(tǒng)。本發(fā)明的方法包括步驟S1使用空氣耦合超聲成像技術(shù)，采集待測瓶裝液體的超聲圖像；S2對采集得到的待測樣超聲圖像進行預(yù)處理，以去除干擾；以及S3通過將經(jīng)預(yù)處理的待測樣超聲圖像與不含異物瓶裝液體的標準超聲圖像進行對比處理，檢測待測瓶裝液體中的異物。本發(fā)明利用空氣耦合超聲成像技術(shù)，通過將待測樣超聲圖像與標準超聲圖像對比處理，自動檢測瓶裝液體中的異物。實現(xiàn)客觀、實時、快速、準確檢測，且還可應(yīng)用于高濃度、不透明液體。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)相對價格低廉，易于實現(xiàn)自動化，可適用于大部分瓶裝液體生產(chǎn)線的自動檢測。
【專利說明】瓶裝液體中異物的檢測方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲成像自動檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及基于超聲圖像檢測瓶裝液體中異物的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]巨大的市場需求使礦泉水、啤酒、飲料及注射液等瓶裝液體產(chǎn)品生產(chǎn)行業(yè)保持著平穩(wěn)快速的發(fā)展，科技的進步促使產(chǎn)品生產(chǎn)和包裝設(shè)備的自動化程度越來越高。目前，瓶裝液生產(chǎn)廠家均采用機械設(shè)備對瓶子進行自動封口。由于很多因素導(dǎo)致瓶中可能摻入顆粒狀異物，例如金屬、玻璃、木頭碎屑、頭發(fā)。因此必須對已經(jīng)封口的瓶裝液采用一定的檢測手段，找到不合格的產(chǎn)品，將其剔除。如何透過瓶體快速、準確、清晰地檢測出已經(jīng)封口的瓶裝液體的內(nèi)部特性，是判斷瓶內(nèi)是否有異物的首要任務(wù)。
[0003]目前對于瓶裝液體中異物的常用檢測方法有人工燈檢法、高效液相色譜法和基于圖像處理的液體雜質(zhì)檢測。其中人工燈檢的檢測效率低、速度慢、精度低、漏檢率高、檢測人員容易疲勞、對于不透明瓶體或者液體無能為力，不適用于現(xiàn)代化大型生產(chǎn)線。高效液相色譜法檢測速度慢；因技術(shù)含量較高，市場主要為國外的品牌占有，國產(chǎn)品牌一直處于壓制狀態(tài)；而且儀器價格昂貴、維修難、費用高，一直不能作為專門的檢測儀器?；趫D像處理的液體雜質(zhì)檢測技術(shù)同樣效率較低，此外這種基于光學(xué)透射的方法(采用光源照射待檢瓶，攝像機成像）由于實際上很多待檢液體顏色較深、濃度較高且有的瓶體是不透明的，導(dǎo)致該方法的實際使用效果很不理想。
[0004]空氣耦合超聲成像，利用空氣作為耦合介質(zhì)，實現(xiàn)對材料快速無損掃描成像。是一種實時、無創(chuàng)、簡潔的成像方法，自面世以來已被廣泛應(yīng)用于科研領(lǐng)域。超聲可以準確的反映材料內(nèi)部的空間形態(tài)，是研究材料內(nèi)部形態(tài)特性非常有效的工具。且采取超聲圖像檢測瓶內(nèi)異物的方法少之又少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)檢測瓶裝液體異物時應(yīng)用范圍受限的缺點，提供一種基于空氣耦合超聲成像的檢測方法和系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案包括一種用于檢測瓶裝液體中異物的方法，包括步驟：S1使用空氣耦合超聲成像技術(shù)，采集待測瓶裝液體的超聲圖像；S2對采集得到的待測樣超聲圖像進行預(yù)處理；以及S3通過將經(jīng)預(yù)處理的待測樣超聲圖像與不含異物瓶裝液體的標準超聲圖像進行對比處理，檢測待測瓶裝液體中的異物。
[0007]—些實施例中，步驟SI可以包括在垂直于所述待測瓶裝液體的側(cè)面或底面的方向采集待測樣超聲圖像。
[0008]一些實施例中，步驟S2可以包括對所述待測樣超聲圖像去除噪聲，以及進行灰度變換。
[0009]一些實施例中，步驟S3可以包括分別對標準超聲圖像和待測樣超聲圖像進行快速傅立葉變換，獲得標準變換域圖像和待測樣變換域圖像，并根據(jù)所述變換域圖像的對比分析，所述待測瓶裝液體中的異物。
[0010]一些實施例中，步驟S3的對比分析操作包括：S31使標準變換域圖像和待測樣變換域圖像的中心亮度歸一化，并保持各自圖像中各像素點與中心像素點亮度比值不變；S32以所述中心像素點為中心，上下左右各取一定像素數(shù)量的長度劃分出一個矩形，并分別統(tǒng)計在各自矩形外的部分中，亮度超過閾值Gl的像素點的個數(shù)Nia和Nita ;以及S33比較待測樣變換域圖像與標準變換域圖像中N—與Not的值，當Ν·> 時，則認為所述待測瓶裝液體中包含異物。
[0011]一些實施例中，使用多個標準超聲圖像以及相應(yīng)的多個標準變換域圖像，并且在步驟S302中，將所述多個標準變換域圖像中N的最大值定義為
[0012]本發(fā)明另一方面提供一種使用以上方法，用于檢測瓶裝液體中異物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：空氣耦合超聲圖像采集設(shè)備，其采集待測瓶裝液體的待測樣超聲圖像；存儲器，其預(yù)存有一個或多個不含異物的瓶裝液體的標準超聲圖像數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其接收待測樣超聲圖像，預(yù)處理所述待測樣超聲圖像，并進行所述待測樣超聲圖像與標準超聲圖像的對比分析，以檢測所述待測瓶裝液體中的異物；以及分揀設(shè)備，其根據(jù)數(shù)據(jù)處理設(shè)備的檢測結(jié)果，剔除含異物的待測瓶裝液體。[0013]一些實施例中，所述待測瓶裝液體為流水線上的瓶裝液體。
[0014]本發(fā)明利用空氣耦合超聲成像技術(shù)，非接觸地采集超聲圖像，并通過將待測樣超聲圖像與標準超聲圖像對比處理，自動檢測瓶裝液體中的異物。本法的檢測方法和系統(tǒng)客觀、實時、快速、準確，且應(yīng)用范圍廣，不僅能檢測透明液體，還可檢測現(xiàn)有光學(xué)檢測難以適用的高濃度、不透明液體。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)相對價格低廉，易于實現(xiàn)自動化，可適用于大部分瓶裝液體生產(chǎn)線的自動檢測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖I為根據(jù)本發(fā)明用于檢測瓶裝液體中異物的方法原理示意圖。
[0016]圖2為空氣耦合超聲探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3示意性示出根據(jù)本發(fā)明的檢測系統(tǒng)的框圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。應(yīng)理解，盡管以下附圖和實施例中，針對流水線上瓶裝液體中的異物檢測進行描述，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法還適用于其他環(huán)境下對瓶裝液體中異物的檢測。
[0019]參考圖I和圖3，分別示意性地示出本發(fā)明用于檢測瓶裝液體中異物的方法原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架。從圖中可見本發(fā)明基于空氣耦合超聲成像技術(shù)的檢測系統(tǒng)主要包括：空氣耦合超聲圖像采集設(shè)備，其用于采集待測瓶裝液體的待測樣超聲圖像；存儲器，其預(yù)存有一個或多個不含異物的瓶裝液體的標準超聲圖像數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其接收待測樣超聲圖像，預(yù)處理所述待測樣超聲圖像，并進行所述待測樣超聲圖像與標準超聲圖像的對比分析，以檢測所述待測瓶裝液體中的異物；以及分揀設(shè)備，其根據(jù)數(shù)據(jù)處理設(shè)備的檢測結(jié)果，剔除含異物的待測瓶裝液體。[0020]其中空氣耦合超聲圖像采集設(shè)備包括超聲探頭和成像系統(tǒng)?？諝怦詈铣曁筋^可以被垂直固定在瓶裝液體附近合適的位置(如側(cè)面或底部)，以在垂直于待測瓶裝液體的側(cè)面或底部的方向采集超聲圖像?？梢哉{(diào)整空氣耦合超聲探頭的位置，來以優(yōu)化的對比度，顯示超聲圖像中瓶內(nèi)液體的細節(jié)。
[0021]參考圖2，為空氣耦合超聲探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。該探頭主要由設(shè)置在密封殼2內(nèi)的背襯吸收塊4、復(fù)合材料晶片5、保護膜6 (耦合層)及電極7構(gòu)成。接頭I在密封殼外，通過信號線3連接電極。由于超聲波的傳播主要受三方面影響:超聲波在空氣中的衰減、氣固表面超聲波的大量反射、超聲換能器的轉(zhuǎn)換效率。前兩者為自然現(xiàn)象且無法改變。這里采用復(fù)合材料晶片可以大幅提高超聲換能器轉(zhuǎn)換效率，實現(xiàn)非接觸式檢測。
[0022]存儲器和數(shù)據(jù)處理設(shè)備可以是同一計算機中的部件，或位于不同的計算機中。此夕卜，空氣耦合超聲圖像采集設(shè)備中的成像系統(tǒng)也可以是計算機中的部件。
[0023]根據(jù)本發(fā)明用于檢測瓶裝液體中異物的方法，主要包括以下步驟:首先使用空氣耦合超聲成像技術(shù)，采集待測瓶裝液體的超聲圖像；繼而對采集得到的待測樣超聲圖像進行預(yù)處理，以去除干擾；最后使用圖像處理算法，比較經(jīng)預(yù)處理的待測樣超聲圖像與不含異物瓶裝液體的標準超聲圖像，以檢測待測瓶裝液體中的異物。
[0024]本發(fā)明中通過空氣耦合超聲檢測系統(tǒng)獲取瓶裝液體的超聲圖像，然后通過圖像對比處理算法，對采樣得到的連續(xù)圖像進行處理及檢測，以判斷液體中是否有異物。
[0025]空氣耦合超聲成像采用高靈敏度的非接觸式空氣耦合超聲檢測裝置，來獲得瓶裝液體的超聲圖像。此系統(tǒng)是由超高功率超聲波發(fā)射接收器、高靈敏度空氣耦合探頭和PC機組成，徹底突破了傳統(tǒng)的超聲波檢測方法，使不能用于多孔滲水材料、對水或其他耦合劑敏感的材料、禁止接觸的工件等檢測成為現(xiàn)實。開創(chuàng)了超聲波無損檢測行業(yè)在21世紀的新紀元，實現(xiàn)了超聲波非接觸式各種材料的音速測定及缺陷檢出。
[0026]由于采用空氣耦合超聲成像設(shè)備采集超聲圖像，可以顯示出瓶子的內(nèi)部特性，克服了現(xiàn)有技術(shù)中基于光學(xué)透射原理的自動測量方法的局限性，特別是克服了對于待檢液體顏色較深、濃度較高或瓶體不透明的情況檢測效果不理想的缺陷。能夠自動、客觀、準確地檢測出瓶裝液體中是否存在異物，而且，本發(fā)明的還能夠?qū)崟r對連續(xù)多幀瓶裝液體的超聲圖像進行自動檢測，實現(xiàn)了該自動測量方法的實時性。
[0027]在圖1所示流水線瓶裝液體中異物檢測的實施例中，可以通過調(diào)節(jié)該空氣耦合超聲成像設(shè)備，例如，以與流水線產(chǎn)品速率一致的采樣頻率，連續(xù)地采集生產(chǎn)線上的瓶裝液體的圖像。
[0028]在預(yù)處理步驟中，預(yù)處理可以包括對采集到的待測瓶裝液體的超聲圖片，首先去除圖像噪聲等干擾(例如，采用加權(quán)均值濾波等方法)，以及對圖像使用例如灰度變換函數(shù)，進行灰度變換，調(diào)整圖像對比度。對超聲圖像的這些預(yù)處理方法，在本領(lǐng)域是已知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以選擇采用適當?shù)乃惴ㄟM行處理。
[0029]在對比處理步驟中，可以采用一個或多個標準瓶裝液體(該液體被認為是不含異物的)的超聲圖像作為比較對象。可以將超聲圖像中的亮點視作異物，當待測瓶裝液體的超聲圖像中的亮點數(shù)目大于標準瓶裝液體超聲圖像中的亮點數(shù)目時，則可以認為該待測瓶裝液體中含有異物。
[0030]為了便于比較，以及提高檢測的準確度，該步驟中的圖像處理操作可以首先分別對標準超聲圖像和待測樣超聲圖像進行快速傅立葉變換(FFT )，獲得標準變換域圖像和待測樣變換域圖像。FFT可以提高圖像高頻分量，增強原始圖像中紋理特征，便于下一步的異物識別。經(jīng)FFT變換的一個或多個標準變換域圖像可以被預(yù)先存儲在存儲器中。
[0031]接著根據(jù)變換域圖像，通過比較識別異物。具體地，使標準變換域圖像和待測樣變換域圖像的中心亮度歸一化，即令待區(qū)分的兩幅變換域圖像中心亮度相等，同時保持各自圖像中各像素點與中心像素點亮度比值不變。該步驟可以有效排除因光線環(huán)境等外界因素引起的兩幅圖像間整體灰度差異。
[0032]然后以中心像素點為中心，上下左右各取一定像素數(shù)量的長度，具體地，可以根據(jù)實際超聲圖像的大小，以多次試驗的最佳結(jié)果確定長度，從而劃分出一個矩形，并分別統(tǒng)計在各自矩形外的部分中，亮度超過閾值Gl的像素點的個數(shù)Nia(針對標準變換域圖像)和N
針對待測樣變換域圖像)。
[0033]閾值Gl可以依據(jù)標準瓶裝液體超聲圖像的灰度值來確定，例如根據(jù)式
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢測瓶裝液體中異物的方法，其特征在于，包括步驟: Si使用空氣耦合超聲成像技術(shù)，采集待測瓶裝液體的超聲圖像； S2對采集得到的待測樣超聲圖像進行預(yù)處理；以及 S3通過將經(jīng)預(yù)處理的待測樣超聲圖像與不含異物瓶裝液體的標準超聲圖像進行對比處理，檢測待測瓶裝液體中的異物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟SI包括在垂直于所述待測瓶裝液體的側(cè)面或底面的方向采集待測樣超聲圖像。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟S2包括對所述待測樣超聲圖像去除噪聲，以及進行灰度變換。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟S3包括分別對標準超聲圖像和待測樣超聲圖像進行快速傅立葉變換，獲得標準變換域圖像和待測樣變換域圖像，并根據(jù)所述變換域圖像的對比分析，檢測所述待測瓶裝液體中的異物。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，步驟S3的對比分析操作包括: S31使標準變換域圖像和待測樣變換域圖像的中心亮度歸一化，并保持各自圖像中各像素點與中心像素點亮度比值不變； S32以所述中心像素點為中心，上下左右各取一定像素數(shù)量的長度劃分出一個矩形，并分別統(tǒng)計在各自矩形外的部分中，亮度超過閾值Gl的像素點的個數(shù)Nia和Nita ； S33比較待測樣變換域圖像與標準變換域圖像中與Nm的值，當Not> 時，則認為所述待測瓶裝液體中包含異物。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，使用多個標準超聲圖像以及相應(yīng)的多個標準變換域圖像，并且在步驟S302中，將所述多個標準變換域圖像中N的最大值定義為
7.一種使用權(quán)利要求1至6所述的方法，用于檢測瓶裝液體中異物的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 空氣耦合超聲圖像采集設(shè)備，其采集待測瓶裝液體的待測樣超聲圖像； 存儲器，其預(yù)存有一個或多個不含異物的瓶裝液體的標準超聲圖像數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其接收待測樣超聲圖像，預(yù)處理所述待測樣超聲圖像，并進行所述待測樣超聲圖像與標準超聲圖像的對比分析，以檢測所述待測瓶裝液體中的異物；以及分揀設(shè)備，其根據(jù)數(shù)據(jù)處理設(shè)備的檢測結(jié)果，剔除含異物的待測瓶裝液體。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述待測瓶裝液體為流水線上的瓶裝液體。
【文檔編號】G01N29/06GK103543205SQ201310493153
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】李曉龍, 樊建平, 周永進, 李濟舟, 劉瑤利, 陳星
申請人:中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院