[發明專利]基于嵌入式處理器的分布式紙病檢測系統及方法

無效

• 申請號: 201210215536.6
• 申請日: 2012-06-27
• 公開（公告）號: CN102721702A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 李慶華;王曉芳;豆丹丹;張少蔚;劉雪真;李曉婷;張海倫
• 申請（專利權）人: 山東輕工業學院
• 主分類號: G01N21/89
• 分類號: G01N21/89
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

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技術領域

本發明涉及基于機器視覺的紙張缺陷檢測技術領域，尤其涉及一種基于嵌入式處理器的分布式紙病檢測系統及方法。

背景技術

紙張生產過程中，紙幅表面會不可避免地產生一些缺陷，即紙病，如：斑點、孔洞、皺褶、刮痕等,這些外觀紙病是會嚴重影響紙張質量，因此紙病檢測是生產過程中的一個重要環節。傳統的紙病檢測由人工完成，但現代造紙業具有紙幅寬、速度快的特點，依靠人工檢測紙頁紙病已不能滿足要求。近年來，隨著機器計算機和數字圖像處理技術的發展，基于機器視覺的紙病在線監測系統在一些大型造紙企業得到了廣泛應用，該系統能夠快速、有效的實現紙幅紙病在線檢測。但在這種系統中，紙病檢測主要依靠運行在PC機上的圖像處理軟件實現，這種檢測方案一方面不利于實現大型分布式在線檢測，另一方面由于其構建成本一般都比較高，在中小規模的造紙企業的應用受到限制。針對這些問題，基于嵌入式處理器的機器視覺技術逐步應用到的紙病檢測領域中，并出現了一些應用系統，這些系統大多采用高速DSP芯片作為紙病圖像分析的核心處理器，一定程度上克服了基于PC機的紙病檢測的缺點，但由于紙病圖像的采集、預處理、紙病檢測等所有的處理操作都由DSP完成，?DSP的本身運算負荷就非常大，而且DSP芯片還需頻繁與外部存儲設備進行數據交換，因此對于實時在線檢測，時間裕量不夠，采用這種技術方案的速度提升有限。

發明內容

本發明的目的就是為了克服現有紙病檢測技術存在的缺陷，提供一種基于嵌入式處理器的分布式紙病檢測系統，其構成成本低、速度提升空間大、易于實現分布式檢測，可實現黑斑、孔洞、褶皺、刮痕等常見紙病的在線檢測。?

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于嵌入式處理器的分布式紙病檢測系統，它包括至少一組高速相機，高速相機安裝在運動紙幅上方，在運動紙幅下方則設有LED光源；高速相機與嵌入式紙病檢測處理器連接，嵌入式紙病檢測處理器通過以太網交換機與中心服務器通信；其中，嵌入式紙病檢測處理器由FPGA和DSP協作實現，包括FPGA內的圖像采集單元，它與FPGA內的雙口RAM、紙病圖像預處理單元、以太網接口控制單元以及FPGA外的千兆網控制與收發芯片依次通信；紙病圖像預處理單元與紙病檢測DSP、高速SRAM通信；圖像采集單元通過LVDS/?LVTTL轉換芯片采集圖像數據，通過LVTTL/?LVDS轉換芯片控制高速相機；紙病圖像預處理單元接收圖像采集單元的圖像數據，并對其進行預處理，紙病檢測DSP接收紙病圖像預處理單元的圖像數據，并進行紙病檢測；以太網接口控制單元一方面控制千兆網控制與收發芯片接收來自以太網的相機設置參數，并將其傳送至圖像采集單元，另一方面接收來自圖像預處理單元的紙病檢測結果數據，并控制千兆網控制與收發芯片將其傳送至以太網。

所述高速相機由多路工業用線陣CCD相機組成，橫向并排安裝在運動紙幅的上方；每路相機通過Camera?Link線纜連接到各自的嵌入式紙病檢測處理器。

?一種采用基于嵌入式處理器的分布式紙病檢測系統的檢測方法，它的步驟為：

（1）參數設置

通過中心服務器的前臺檢測軟件操作，對各路高速相機的行頻、曝光時間以及圖像尺寸等參數進行設置；

（2）檢測啟動

參數設置完成后，通過中心服務器的前臺檢測軟件發出紙病檢測命令，該命令通過以太網傳送至各路嵌入式紙病檢測處理器，啟動在線紙病檢測；

（3）紙頁圖像采集

各路嵌入式紙病檢測處理器通過FPGA內的圖像采集單元和Camera?Link接口將相機采集的紙頁圖像數據保存到FPGA內的雙口RAM中；

（4）圖像預處理

嵌入式紙病檢測處理器通過FPGA內的圖像預處理單元從雙口RAM中讀取圖像數據，并對其進行中值濾波及分段灰度線性變換預處理；

（5）紙病檢測與定位

預處理后的圖像數據輸入紙病檢測DSP，紙病檢測DSP利用閾值分割法將圖像中亮斑、刮痕類高亮度紙病區域和黑斑、褶皺類低亮度紙病區域分別從背景中分離出來；然后計算各個紙病區域的圓形度，并根據圓形度區分孔洞與刮痕、黑斑與褶皺；

（6）如果紙病檢測DSP檢測到紙頁圖像中存在紙病，則將每個紙病的類型、面積、位置參數及相應紙病圖像通過千兆以太網傳送至中心服務器；

（7）中心服務器通過多個子窗口對多路檢測結果及紙病圖像進行更新顯示，同時將其保存到后臺數據庫中。