流水线瓶装饮料错漏灌检测

论文总字数：13063字

目 录

1绪论……………………………………………………………………4

1.1研究课题的目的与意义…………………………………………………………………4

1.2国内外研究现状…………………………………………………………………………4

1.3课题内容安排……………………………………………………………………………5

2数字图像处理技术简介………………………………………………5

2.1 数字图像处理技术的起源………………………………………………………………5

2.2 数字图像处理技术的含义………………………………………………………………5

3 MATLAB仿真软件简介…………………………………………………6

3.1 MATLAB的含义…………………………………………………………………………6

3.2 MATLAB的特点及应用领域……………………………………………………………6

4 图像采集模块…………………………………………………………7

4.1图像采集功能……………………………………………………………………………7

4.2用户交互界面……………………………………………………………………………7

5 图像处理模块…………………………………………………………8

5.1图像的灰度处理…………………………………………………………………………8

5.2图像的裁剪………………………………………………………………………………9

5.3 图像的消噪……………………………………………………………………………10

5.4 图像的膨胀与腐蚀……………………………………………………………………10

6 不规范产品的检测识别……………………………………………11

6.1连通区域的识别………………………………………………………………………11

6.2连通区域的面积计算…………………………………………………………………11

6.3 定时循环………………………………………………………………………………11

7 实际操作……………………………………………………………11

7.1 饮品不同容量实验结果的差别………………………………………………………11

7.2 环境亮度对实验结果的影响…………………………………………………………13

8 总结…………………………………………………………………15

参考文献………………………………………………………………15

致谢……………………………………………………………………16

一、绪论

1.1研究课题的目的与意义

现如今，绝大多数的饮料生产都是利用自动化流水线进行饮料灌装，自动化的灌装工艺，能够提高饮料生产效率，确保成品质量的统一与稳定，然而，还是有部分饮品成品会因为各式各样原因的影响，出现问题，具体就表现在饮料容量的误差上，为了防止在生产过程中出现问题的饮品投入到市场销售，额外的检测环节，就有必要出现了。

而今饮料生产使用现代化、自动化设备的原因就是为了提高生产效率，降低成本，用机械代替人工，如果额外的检测环节影响了生产节奏，那么就得不偿失，所以要保证较高的效率，起码要与生产效率齐平，这样便不需要花费额外的时间在检测上，在不耽误生产的同时，检测出有问题的饮品。

饮料生产不同于其他工业化生产，产品的安全是重中之重，在生产过程中，便要保持尽量洁净无菌的环境，所以在检测环节中，也不能大意，要保持卫生健康。

利用数字图像处理技术，直接获取目标图像进行检测识别，检测出产品容量不合格的单位，能够不对产品进行直接接触，可以保证产品的安全，确保产品质量，可以说不对生产环节有任何的影响。

同时，计算机的处理速度很快，能够快速检测出问题饮品，不需要过多的人工工作，能够适应生产线生产速度，妥善达成检测环节需要的所有指标。

其实，要人使用肉眼是很难察觉饮品容量的误差的，尤其是长时间工作的情况下，如果逐瓶检测容量，再利用机械化器械进行排除，就无疑加大了成本。毕竟问题饮品的数目不会占太大比例，甚至可能也就只有几瓶，从这个角度来考虑，使用半人工的问题饮品处理更加适应当前饮品流水线的生产，而这里的半人工，指的就是在计算机识别出问题饮品后，人为的挑拣走问题饮品，保证产品的质量。

所以，使用数字图像处理技术识别问题饮品具备速度快、安全性高的优点。

1.2国内外研究现状

国内外都已经出现过完善的饮料液位自动检测系统，这些设计中常用的五种液位检测方法有射线、红外线、光学、红外热成像以及声波法。同时也出现了部分使用机器视觉来识别液位的方案。
黄玲，张叶林，胡波，马兆敏介绍了一种利用光线折射原理拉进行液位识别的系统。在透明瓶后方放置一个标杆，标杆在液面位置处会有一定的断开，得知了断开的位置后经过一定计算就可以得出液位的高度。

路鹏，陈乐介绍了一种高精度，稳定性强，速度快的检测方法。这种检测方法建立在软件基础上，有图像采集和图像识别两个模块。优点是直接按检测结果进行产品处理，不需要人工处理，提高了检测的效率，达成了全自动的检测。根据实际操作的结果，该系统可以有效的检测出液位的位置，判断出产品是否符合规范。

刘焕军，王耀南，段峰发明了一种检测速度能达到6瓶/秒以上,而且检测误差要小于0.8%的基于机器视觉的处理系统。该系统主要识别产品容量。利用数字图像处理技术来检测灌装透明产品液位高度从而判断容量是否符合规范。

1.3课题内容安排

流水线瓶装饮料错漏灌检测的研究首先要迎合生产实际，所以要先一步对饮料加工厂的环境有所了解，对现代化生产线工作机制熟悉。而作为课题的基础与核心，也要对数字图像处理技术相关原理了解。然后，则是要对课题实施的平台，MATLAB软件的掌握。最后，就是尽力设计出完整的可实施的流水线瓶装饮料错漏灌检测环节。

所以，课题的安排分为以下几个步骤：

1 硬件准备，了解当前流水线饮料灌装工艺

2了解数字图像处理技术

3了解MATLAB仿真软件

4 图像采集模块设计

5 图像处理模块设计

6 图像分析模块设计并完善程序

7 实践并验证程序可行性

8 编写论文，确定初稿

9 准备答辩

1. 数字图像处理技术简介

2.1数字图像处理技术的起源

数字图像技术最初应用于纸质媒体。那时候图片第一次通过电缆从英国传往美国。在1920年代曾引入一种电缆图片传输技术，把从英国传送一幅图片到美国所需的时间从一周多减少到了三个小时。利用电缆传送图片的前提，要先对图片编码，然后在接受的时候重新构成图片。

虽然刚才引用的例子涉及数字图像，但并不认为它们就是我们定义的数字图像处理。因为创建这些图像时并未涉及计算。在真正应用起来，数字图像处理技术要求一定的容量来存储，也需要一定的计算能力。因此数字图像处理技术要依赖计算机的发展，比如计算机的存储容量与传输速度。

在上世纪六十年代，能够进行数字图像处理的大型计算机才出现，我们今天称之为数字图像处理的技术的诞生可追溯至那个时期机器的发明。

到现在，数字图像处理技术已经在各个领域都有了一定的使用。

2.2数字图像处理技术的含义

   数字图像处理，顾名思义，就是通过计算机来处理数字图像的技术，也就是先将图像信息转换为数字信息然后通过计算机来进行处理的技术。随着近几年科学技术的不断发展，数字图像处理技术也在不断更新。这项技术处理信息量很大、占用频带较宽各像素相关性大、适用于各种信息源、可灵活处理，所以应用范围越来越广，航空航天、生物医药、通信工程、文化艺术等各个方面都有数字图像处理技术的身影。但它仍有不可避免的缺陷，无法复现全部信息，受人的因素影响较大，还没有建立完整的理论系统。然而瑕不掩瑜，因其广泛的用途、开阔的前景，数字图像处理技术始终受到大量的关注。

1. MATLAB仿真软件简介

3.1 MATLAB的含义

MALTAB是matrix laboratory的缩写，字面意思就是“矩阵实验室”。它是一款用于进行算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的软件，由美国公司出品。计算效率高、图形处理功能强大、易于掌握的用户界面、应用工具箱功能丰富，这些优势使它在数值计算领域脱颖而出，它突破了传统的非交互式编程语言的模式，为各式各样的科学研究，工程设计等领域提供了一种比较完善的解决方案。其应用领域广阔，无论是数学方面，还是航空、汽车、生物等领域，都有maltab的身影。

3.2 MATLAB的特点及应用领域

 MATLAB有两种基本的数据运算量：数组与矩阵之间并不容易区别开来。我们可以根据我们所采用的算法将一个量定义为数组，也可以将其定义为矩阵。在MATLAB中，数组与矩阵的运算法则和运算函数是有区别的。但不同于C与Fortran的是，不管是VC。

  在MATLAB中，矩阵运算是把矩阵视为一个整体来进行，基本上与线性代数的处理方法一致。矩阵的加减乘除、乘方开方、指数对数等运算，都有一套专门的运算符或运算函数。而对于数组，不论是算术的运算，还是关系或逻辑的运算，甚至于调用函数的运算，形式上可以当作整体，有一套有别于矩阵的、完整的运算符和运算函数，但实质上却是针对数组的每个元素施行的。

  当MATLAB把矩阵(或数组)独立地当作一个运算量来对待后，向下可以兼容向量和标量。不仅如此，矩阵和数组中的元素可以用复数作基本单元，向下可以包含实数集。这些是MATLAB区别于其他高级语言的根本特点。以此为基础，还可以概括出如下一些MATLAB的特色。

1.语言简洁，编程效率高

  因为 MATLAB 定义了专门用于矩阵运算的运算符，使得矩阵运算就像列出算式执行标量运算一样简单，而且这些运算符本身就能执行向量和标量的多种运算。利用这些运算符可使一般高级语言中的循环结构变成一个简单的 MATLAB 语句，再结合 MATLAB 丰富的库函数可使程序变得相当简短，几条语句即可代替数十行 C 语言或 Fortran语言程序语句的功能。

2.交互性好，使用方便

  在 MATLAB 的命令窗口中，输入一条命令，立即就能看到该命令的执行结果，体现了良好的交互性。交互方式减少了编程和调试程序的工作量，给使用者带来了极大的方便。因为不用像使用 C 语言和 Fortran语言那样，首先编写源程序，然后对其进行编译、连接，待形成可执行文件后，方可运行程序得出结果。

3.强大的绘图能力，便于数据可视化

  MATLAB 不仅能绘制多种不同坐标系中的二维曲线，还能绘制三维曲面，体现了强大的绘图能力。正是这种能力为数据的图形化表示(即数据可视化)提供了有力工具，使数据的展示更加形象生动，有利于揭示数据间的内在关系。

4.学科众多、领域广泛的工具箱

  MATLAB 工具箱(函数库)可分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能、图示建模仿真功能、文字处理功能以及与硬件实时交互的功能。而学科性工具箱是专业性比较强的，如优化工具箱、统计工具箱、控制工具箱、通信工具箱、图像处理工具箱、小波工具箱等。

5.开放性好，易于扩充

  除内部函数外， MATLAB 的其他文件都是公开的、可读可改的源文件，体现了MATLAB 的开放性特点。用户可修改源文件和加入自己的文件，甚至构造自己的工具箱。

6.与 C 语言和 Fortran 语言有良好的接口

  通过 MEX 文件，可以方便地调用 C 语言和 Fortran 语言编写的函数或程序，完成MATLAB 与它们的混合编程，充分利用已有的 C 语言和 Fortran 语言资源。

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