專利名稱：基于圖像特征匹配技術(shù)的智能卡污漬檢測系統(tǒng)及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于印刷品光學檢測領(lǐng)域，涉及一種基于圖像特征匹配技術(shù)的智能卡污潰檢測系統(tǒng)及實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
隨著視覺和圖像處理技術(shù)的應用的飛速發(fā)展，基于圖像檢測技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)檢、視覺測量以及工業(yè)自動化等諸多領(lǐng)域。在印刷與制卡工藝中存在多道工序，生產(chǎn)高度自動化，但是在成品檢測環(huán)節(jié)，目前國內(nèi)生產(chǎn)廠家仍然以人工檢查的方式為主，對產(chǎn)品進行印刷制作工藝質(zhì)量的檢測。判斷是否有污潰和損傷，并判斷污潰和損傷造成原因。例如，由于脫油，層壓，毛塵，印刷偏移，磁條不良等多種原因，都可能形成最后產(chǎn)品表面的污潰與損傷。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗的統(tǒng)計，卡片印刷上面的出錯率在10 %左右，而手工進行質(zhì)量檢測的準確率在80 %左右，這其中很大部分是由于各種主觀和客觀因素影響工人的工作狀態(tài)。由此，通過高速攝像裝置提取視覺特征加以分析，進行圖像處理來全自動實時檢測卡片印刷質(zhì)量的方法，避免工作狀態(tài)對于檢測質(zhì)量的影響。這個方法通過比對卡片表面圖像尺度不變特征點，進行紋理與顏色特征空間的匹配度相關(guān)檢測。高效實時的對于各種工藝可能造成的污潰和損傷進行檢測并給出反饋信息。提高成品質(zhì)量檢測的效率。國外大型自動化設備廠商有同類型的產(chǎn)品。精度高的同時， 成本相當高。原有的工業(yè)自動化中采用的基于圖像的定位算法，也采用了分析圖像中工件特征的方法。但是基本上都是基于灰度圖像，并且一次處理的圖像尺寸有效。本方法可以同時分析處理智能卡中的顏色差異。并且采用一次成像技術(shù)，處理面積大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高效、實時的基于圖像特征匹配技術(shù)的智能卡污潰檢測系統(tǒng)及檢測方法，以實現(xiàn)面向大批量智能卡印刷表面的高效自動印刷質(zhì)量檢測。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種基于圖像特征匹配技術(shù)的智能卡污潰檢測系統(tǒng)，包括采集相機、照明光源、背景光源，以及吸附傳輸平臺，其中，所述采集相機設置在被檢測卡面的正上方，所述照明光源設置在采集相機和被檢測卡面之間，且照明光源與采集相機同軸設置，所述背景光源設置在被檢測卡面的正下方，被檢測卡面被放置在吸附傳輸平臺上；所述檢測系統(tǒng)進一步包括與照明光源和背景光源相連的控制器以調(diào)節(jié)光源亮度大小，以及與采集相機和吸附傳輸平臺相連的處理單元用以對采集相機采集到的圖像進行處理并輸出控制信號給吸附傳輸
平臺 O作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述照明光源為大小IOOmm以上的白色光同軸光源；作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述背景光源為大小IOOmm以上白色光平板光源；作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述吸附傳輸平臺上安裝有對射型光電傳感器用以感知智能卡并觸發(fā)采集相機進行圖像采集；一種基于圖像特征匹配技術(shù)的智能卡污潰檢測方法，首先，通過采集相機采集卡面的圖像，處理單元收到該卡面的圖像后，對該圖像進行去噪處理以過濾掉采集過程中的隨機噪聲，同時，對圖像的亮度進行校正；接著，在該圖像中提取卡面區(qū)域，然后在卡面區(qū)域提取尺度不變特征點，用于標定檢測卡面表面，實現(xiàn)被測卡面圖像與標準卡面圖像的對準; 再接著，對對準的表面進行分區(qū)域亮度和顏色差分，得到差分結(jié)果；最后根據(jù)顏色色差的差異，大小，位置和數(shù)量判斷污潰類型。作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述亮度矯正的方法為分段式伽馬亮度校正模型；作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，從所述采集相機的圖像中提取卡面區(qū)域采用手動標定背景邊緣和行掃描閥值法。本發(fā)明基于圖像特征匹配技術(shù)的智能卡污潰檢測系統(tǒng)及檢測方法至少具有以下優(yōu)點1)在正確標定標準卡的情況下，卡面污潰的檢測成功率高；2)在完成手工標定標準卡之后，全自動檢測識別智能卡污潰，速度快；3)在檢測出污潰后，可以根據(jù)污潰的色差差異，形態(tài)大小，位置和數(shù)量，自動識別污潰類型，效率高。


圖I為本發(fā)明基于圖像特征匹配技術(shù)的智能卡污潰檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖2為在照明光源的同一亮度之下，水平方向圖像采集的亮度分布圖；圖3為標準卡與檢測卡的對應關(guān)系圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明基于圖像特征匹配技術(shù)的智能卡污潰檢測系統(tǒng)及檢測方法的一種實施方式做詳細描述請參閱圖I所示，本發(fā)明基于圖像特征匹配技術(shù)的智能卡污潰檢測系統(tǒng)包括采集相機I、照明光源3和背景光源5，其中，所述采集相機I設置在被檢測卡面的正上方，所述照明光源3設置在采集相機I和被檢測卡面之間，且照明光源3與采集相機I同軸設置，所述背景光源5設置在被檢測卡面的正下方。被檢測卡面被放置在吸附傳輸平臺上，通過吸附傳輸平臺下方的氣泵在水平面上吸住卡面，從而在運動中減小卡面震動。所述照明光源3和背景光源5連接有工業(yè)控制器用以進行光源亮度大小的調(diào)節(jié)。所述采集相機I和吸附傳輸平臺連接有處理單元用以對采集相機采集到的圖像進行處理并輸出控制信號給吸附傳輸平臺。本發(fā)明采用白色光同軸光源作為照明光源，保證卡面主要區(qū)域的亮度均勻，不受外界光的干擾。本發(fā)明的背景光源采用白色光平板光源，保證卡面的邊緣清晰，便于檢測， 不受外界光的干擾。下面針對上述各個部件做更進一步的詳細描述光學系統(tǒng)設計方案。面對高速高精度的印刷品表面質(zhì)量檢測的要求，采用彩色工業(yè)相機進行正面拍攝，保證數(shù)據(jù)的完整性與檢測的實時性。本發(fā)明采用8mm高質(zhì)量鏡頭，保證圖像數(shù)據(jù)的色彩高還原度。智能卡質(zhì)量檢測光學系統(tǒng)設備裝有I)均勻光照的主要為白色的照明光源，即與采集相機同軸平行的白光光源，安裝在智能卡檢測面的正上方，采集相機的下方。2)背景光源，即平板漫射光源一臺，在智能卡下方。3)采用工業(yè)控制器進行光源開關(guān)，并根據(jù)實際工程需求，調(diào)節(jié)光源亮度。4)吸附傳輸平臺。通過傳輸帶下方氣泵在水平平面上吸住智能卡，在運動中減小卡面震動。(檢測系統(tǒng)的示意圖如圖I所示)圖像采集與傳輸系統(tǒng)。通過高速千兆以太網(wǎng)C⑶工業(yè)相機，8mm鏡頭拍攝，實時采集智能卡印刷表面的圖像。系統(tǒng)通過安裝在吸附傳輸平臺上的對射型光電傳感器感知智能卡，控制觸發(fā)采集相機的圖像采集。所采集到的圖像通過千兆網(wǎng)線傳輸?shù)焦た貦C中的圖像處理單元進行計算。之后將計算結(jié)果進行分類，轉(zhuǎn)換成為控制信號，外接的控制單元可以通過讀取控制信號進行智能卡的分揀。系統(tǒng)標定。整套光學檢測系統(tǒng)安裝在智能卡分揀儀的生產(chǎn)線上。在使用前，需要進行調(diào)試和參數(shù)設定。具體如下1)根據(jù)實際安裝環(huán)境和檢測智能卡的類型不同。需要調(diào)整相機和光源的位置，相機的曝光時間，鏡頭的焦距和光圈，光源的亮度。2)標定相機與光源的亮度校正參數(shù)。由于閾值限制，相機在光源照射的邊緣附近，會有亮度不均勻。這里我們通過加入分段光學伽馬亮度校正模型，并調(diào)整參數(shù)，進行亮度的校正。圖像處理單元。輸入為采集相機傳輸?shù)牟噬珗D像數(shù)據(jù)。智能卡污潰檢測可以分為以下幾步I)圖像預處理采集的圖像數(shù)據(jù)首先過濾采集過程中的隨機噪聲。另外，通過系統(tǒng)標定對圖像的亮度進行校正，即對亮度分布參數(shù)，進行系統(tǒng)的亮度校正。在照明光源的同一亮度之下，水平方向圖像采集的亮度分布如圖2所示，L表示亮度均勻部分在水平方向的長度，D表示亮度不均勻部分在水平方向的長度。對于D部分采用光學伽馬校正模型將亮度校正為均勻分布。并通過系統(tǒng)標定得到L與D的長度，采用勞爾標準(勞爾(RAL)是一種歐洲顏色選擇標準。)標定不同顏色情況下的伽馬校正模型參數(shù)。2)卡面分割從預處理后的圖像中提取智能卡面區(qū)域，即將拍攝背景與前景目標 (前景目標即卡面的圖像)進行分離。分割采用手動標定背景邊緣和行掃描閾值法。標定方法采用單張標準卡的圖像，通過標定卡面的矩形邊界，獲得卡面位置和邊緣閾值等信息， 在進行參數(shù)設定時使用。多行進行掃描的方法，特點是快速，對于固定背景的圖像精確度聞。3)特征匹配智能卡表面的所在區(qū)域被提取后，在卡面區(qū)域中進一步提取尺度不變特征點(尺度不變特征點即在圖像縮放、旋轉(zhuǎn)的情況下不發(fā)生變化的一種局部特征點)，用于標定檢測卡面表面。具體為用迭代匹配的方式，計算偏移角度以及位移。如圖3 所示，找到標準卡與檢測卡上的尺度不變特征點集A = {al, a2, . . . }, B = {bl, b2, . . . }。 從中找出{al，bl}，{a2，b2}，分別為兩對對準點。設定al與bl重合，則線段ala2與線段 blb2之間的夾角為θ12，即是偏移角度。迭代計算A集合和B集合中的各個特征點，得到各個點對應的夾角Θ V (i，j分別表示集合中的第i，第j個點)，計算均值，即卡面的偏移角度。最后從A到B進行點對點的對準。完成整張卡面的對準。實現(xiàn)與標準圖像中卡面的對準。采用尺度不變特征的特點是速度快，穩(wěn)定性高。4)差分標定對于對準的表面進行分區(qū)域亮度(Luminosity)和顏色(RGB)差分， 獲得差分結(jié)果進行處理。其中，在亮度通道中，通過邊緣檢測技術(shù)，分類亮度變化的區(qū)域，對于各種類型的污潰等不良，通過邊緣生長，從背景中分離出來。在RGB彩色通道中，通過標準面標定時的參數(shù)，建立高斯混合顏色分布模型。與檢測表面比較色差。實現(xiàn)檢測圖像上面的各類不同顏色污潰和劃痕的分離。檢測結(jié)果分類。根據(jù)圖像處理的計算結(jié)果，顏色和紋理部分的差異被分離出來。不同工序出現(xiàn)的不同差錯，在形態(tài)顏色大小和位置數(shù)量上存在著對應關(guān)系。分析顏色色差，污潰的大小數(shù)量和位置，將出現(xiàn)的問題的原因分類為層壓、脫油、磁條不良、印刷不良、沖切不良、刮花、毛塵以及污潰等幾類。本發(fā)明成功的實現(xiàn)了以上光學系統(tǒng)的硬件設計安裝與彩色圖像分析處理軟件的流水線性能調(diào)試，已經(jīng)使用于智能卡生產(chǎn)的成品質(zhì)量檢測工藝中。技術(shù)效果此項技術(shù)提供了高效自動檢測卡片印刷污潰檢測的視覺處理技術(shù)，可以實時地檢測卡片在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的層壓、脫油、磁條不良、印刷不良、沖切不良、刮花、毛塵以及污潰的檢測識別，從而對印刷工藝中出現(xiàn)的問題給出及時的反饋，適合自動化工業(yè)印刷的發(fā)
展需要。若干的彩色和紋理特征，我們用固定的圖像特征來進行描述。例如，我們使用三色通道進行彩色和圖案信息的獲取與匹配。以上所述僅為本發(fā)明的一種實施方式，不是全部或唯一的實施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種基于圖像特征匹配技術(shù)的智能卡污潰檢測系統(tǒng)，其特征在于包括采集相機(I)、照明光源(3)、背景光源(5)，以及吸附傳輸平臺，其中，所述采集相機(I)設置在被檢測卡面的正上方，所述照明光源(3)設置在采集相機(I)和被檢測卡面之間，且照明光源(3)與采集相機(I)同軸設置，所述背景光源(5)設置在被檢測卡面的正下方，被檢測卡面被放置在吸附傳輸平臺上；所述檢測系統(tǒng)進一步包括與照明光源和背景光源相連的控制器以調(diào)節(jié)光源亮度大小，以及與采集相機和吸附傳輸平臺相連的處理單元用以對采集相機采集到的圖像進行處理并輸出控制信號給吸附傳輸平臺。
2.如權(quán)利要求I所述的基于圖像特征匹配技術(shù)的智能卡污潰檢測系統(tǒng)，其特征在于 所述照明光源為尺寸大于IOOmm的白色光同軸光源。
3.如權(quán)利要求I所述的基于圖像特征匹配技術(shù)的智能卡污潰檢測系統(tǒng)，其特征在于 所述背景光源為尺寸大于IOOmm的白色光平板光源。
4.如權(quán)利要求I所述的基于圖像特征匹配技術(shù)的智能卡污潰檢測系統(tǒng)，其特征在于 所述吸附傳輸平臺上安裝有對射型光電傳感器用以感知智能卡并觸發(fā)采集相機進行圖像米集。
5.一種如權(quán)利要求I所述的基于圖像特征匹配技術(shù)的智能卡污潰檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于首先，通過采集相機采集卡面的圖像，處理單元收到該卡面的圖像后，對該圖像進行去噪處理以過濾掉采集過程中的隨機噪聲，同時，對圖像的亮度進行校正；接著， 在該圖像中提取卡面區(qū)域，然后在卡面區(qū)域提取尺度不變特征點，用于標定檢測卡面表面， 實現(xiàn)被測卡面圖像與標準卡面圖像的對準；再接著，對對準的表面進行分區(qū)域亮度和顏色差分，得到差分結(jié)果；最后根據(jù)顏色色差的差異，大小，位置和數(shù)量判斷污潰類型。
6.如權(quán)利要求5所述的基于圖像特征匹配技術(shù)的智能卡污潰檢測方法，其特征在于 所述亮度校正的方法為分段式伽馬亮度校正模型。
7.如權(quán)利要求5所述的基于圖像特征匹配技術(shù)的智能卡污潰檢測方法，其特征在于 所述從采集相機的圖像中提取卡面區(qū)域采用手動標定背景邊緣和行掃描閥值法。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于圖像特征匹配技術(shù)的智能卡污漬檢測系統(tǒng)及檢測方法，包括采集相機、照明光源、背景光源，以及吸附傳輸平臺，其中，所述采集相機設置在被檢測卡面的正上方，所述照明光源設置在采集相機和被檢測卡面之間，且照明光源與采集相機同軸設置，所述背景光源設置在被檢測卡面的正下方，被檢測卡面被放置在吸附傳輸平臺上；所述檢測系統(tǒng)進一步包括與照明光源和背景光源相連的控制器以調(diào)節(jié)光源亮度大小，以及與采集相機和吸附傳輸平臺相連的處理單元用以對采集相機采集到的圖像進行處理并輸出控制信號給吸附傳輸平臺。
文檔編號G01N21/94GK102608130SQ201210016868
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者姜沛林, 王飛 申請人:西安麥諾茲視頻科技有限公司