專(zhuān)利名稱(chēng)：基于嵌入式處理器的分布式紙病檢測(cè)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于機(jī)器視覺(jué)的紙張缺陷檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于嵌入式處理器的分布式紙病檢測(cè)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
紙張生產(chǎn)過(guò)程中，紙幅表面會(huì)不可避免地產(chǎn)生ー些缺陷，即紙病，如斑點(diǎn)、孔洞、 皺褶、刮痕等，這些外觀紙病是會(huì)嚴(yán)重影響紙張質(zhì)量，因此紙病檢測(cè)是生產(chǎn)過(guò)程中的ー個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的紙病檢測(cè)由人工完成，但現(xiàn)代造紙業(yè)具有紙幅寬、速度快的特點(diǎn)，依靠人 エ檢測(cè)紙頁(yè)紙病已不能滿足要求。近年來(lái)，隨著機(jī)器計(jì)算機(jī)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展，基于機(jī)器視覺(jué)的紙病在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在ー些大型造紙企業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，該系統(tǒng)能夠快速、 有效的實(shí)現(xiàn)紙幅紙病在線檢測(cè)。但在這種系統(tǒng)中，紙病檢測(cè)主要依靠運(yùn)行在PC機(jī)上的圖像處理軟件實(shí)現(xiàn)，這種檢測(cè)方案一方面不利于實(shí)現(xiàn)大型分布式在線檢測(cè)，另一方面由于其構(gòu)建成本一般都比較高，在中小規(guī)模的造紙企業(yè)的應(yīng)用受到限制。針對(duì)這些問(wèn)題，基于嵌入式處理器的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)逐步應(yīng)用到的紙病檢測(cè)領(lǐng)域中，并出現(xiàn)了ー些應(yīng)用系統(tǒng)，這些系統(tǒng)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(jī)的紙病檢測(cè)的缺點(diǎn)，但由于紙病圖像的采集、預(yù)處理、紙病檢測(cè)等所有的處理操作都由DSP完成， DSP的本身運(yùn)算負(fù)荷就非常大，而且DSP芯片還需頻繁與外部存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，因此對(duì)于實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，時(shí)間裕量不夠，采用這種技術(shù)方案的速度提升有限。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有紙病檢測(cè)技術(shù)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(cè)系統(tǒng)，其構(gòu)成成本低、速度提升空間大、易于實(shí)現(xiàn)分布式檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)黑斑、孔洞、褶皺、刮痕等常見(jiàn)紙病的在線檢測(cè)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種基于嵌入式處理器的分布式紙病檢測(cè)系統(tǒng)，它包括至少ー組高速相機(jī)，高速相機(jī)安裝在運(yùn)動(dòng)紙幅上方，在運(yùn)動(dòng)紙幅下方則設(shè)有LED光源；高速相機(jī)與嵌入式紙病檢測(cè)處理器連接，嵌入式紙病檢測(cè)處理器通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)與中心服務(wù)器通信；其中，嵌入式紙病檢測(cè)處理器由FPGA和DSP協(xié)作實(shí)現(xiàn)，包括FPGA內(nèi)的圖像采集單元，它與FPGA內(nèi)的雙ロ RAM、 紙病圖像預(yù)處理単元、以太網(wǎng)接ロ控制單元以及FPGA外的千兆網(wǎng)控制與收發(fā)芯片依次通信；紙病圖像預(yù)處理單元與紙病檢測(cè)DSP、高速SRAM通信；圖像采集單元通過(guò)LVDS/ LVTTL 轉(zhuǎn)換芯片采集圖像數(shù)據(jù)，通過(guò)LVTTL/ LVDS轉(zhuǎn)換芯片控制高速相機(jī)；紙病圖像預(yù)處理單元接收?qǐng)D像采集單元的圖像數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，紙病檢測(cè)DSP接收紙病圖像預(yù)處理單元的圖像數(shù)據(jù)，并進(jìn)行紙病檢測(cè)；以太網(wǎng)接ロ控制單元一方面控制千兆網(wǎng)控制與收發(fā)芯片接收來(lái)自以太網(wǎng)的相機(jī)設(shè)置參數(shù)，并將其傳送至圖像采集単元，另一方面接收來(lái)自圖像預(yù)處理單元的紙病檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)，并控制千兆網(wǎng)控制與收發(fā)芯片將其傳送至以太網(wǎng)。
所述高速相機(jī)由多路エ業(yè)用線陣CXD相機(jī)組成，橫向并排安裝在運(yùn)動(dòng)紙幅的上方；姆路相機(jī)通過(guò)Camera Link線纜連接到各自的嵌入式紙病檢測(cè)處理器。
ー種采用基于嵌入式處理器的分布式紙病檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，它的步驟為(1)參數(shù)設(shè)置通過(guò)中心服務(wù)器的前臺(tái)檢測(cè)軟件操作，對(duì)各路高速相機(jī)的行頻、曝光時(shí)間以及圖像尺寸等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；(2)檢測(cè)啟動(dòng)參數(shù)設(shè)置完成后，通過(guò)中心服務(wù)器的前臺(tái)檢測(cè)軟件發(fā)出紙病檢測(cè)命令，該命令通過(guò)以太網(wǎng)傳送至各路嵌入式紙病檢測(cè)處理器，啟動(dòng)在線紙病檢測(cè)；(3)紙頁(yè)圖像采集各路嵌入式紙病檢測(cè)處理器通過(guò)FPGA內(nèi)的圖像采集單元和Camera Link接ロ將相機(jī)采集的紙頁(yè)圖像數(shù)據(jù)保存到FPGA內(nèi)的雙ロ RAM中；(4)圖像預(yù)處理嵌入式紙病檢測(cè)處理器通過(guò)FPGA內(nèi)的圖像預(yù)處理單元從雙ロ RAM中讀取圖像數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行中值濾波及分段灰度線性變換預(yù)處理；(5)紙病檢測(cè)與定位 預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)輸入紙病檢測(cè)DSP，紙病檢測(cè)DSP利用閾值分割法將圖像中亮斑、 刮痕類(lèi)高亮度紙病區(qū)域和黒斑、褶皺類(lèi)低亮度紙病區(qū)域分別從背景中分離出來(lái)；然后計(jì)算各個(gè)紙病區(qū)域的圓形度，井根據(jù)圓形度區(qū)分孔洞與刮痕、黒斑與褶皺；(6)如果紙病檢測(cè)DSP檢測(cè)到紙頁(yè)圖像中存在紙病，則將每個(gè)紙病的類(lèi)型、面積、位置參數(shù)及相應(yīng)紙病圖像通過(guò)千兆以太網(wǎng)傳送至中心服務(wù)器；(7)中心服務(wù)器通過(guò)多個(gè)子窗ロ對(duì)多路檢測(cè)結(jié)果及紙病圖像進(jìn)行更新顯示，同時(shí)將其保存到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。
所述步驟(I)中，在中心服務(wù)器上的檢測(cè)軟件將各路高速相機(jī)的行頻、曝光時(shí)間、 圖像大小等參數(shù)從硬盤(pán)上直接調(diào)入內(nèi)存，然后通過(guò)以太網(wǎng)傳送至嵌入式紙病檢測(cè)處理器中 FPGA內(nèi)的圖像采集單元，圖像采集單元由此產(chǎn)生相機(jī)控制信號(hào)，并由LVTTL/LVDS轉(zhuǎn)換芯片和Camera Link線纜傳送至高速相機(jī)。
所述步驟(3)中，高速相機(jī)輸出圖像的有效像素?cái)?shù)據(jù)經(jīng)Camera Link連接電纜和 LVDS/LVTTL接ロ轉(zhuǎn)換芯片，傳送至FPGA內(nèi)的圖像采集單元；圖像采集單元以行同步信號(hào)作為寫(xiě)有效信號(hào)，以像素時(shí)鐘作為寫(xiě)時(shí)鐘將高速相機(jī)的圖像數(shù)據(jù)寫(xiě)入到雙ロ RAM中。
所述步驟(4)中，當(dāng)采集到ー幀圖像數(shù)據(jù)后，F(xiàn)PGA內(nèi)的圖像預(yù)處理單元讀取雙ロ RAM中的圖像數(shù)據(jù)，先根據(jù)圖像尺寸對(duì)圖像進(jìn)行邊界裁剪處理，然后進(jìn)行中值濾波，以消除隨機(jī)噪聲干擾，之后再進(jìn)行分段線性灰度變換，增強(qiáng)圖像中的紙病區(qū)域，抑制其背景區(qū)域； 預(yù)處理結(jié)果保存到FPGA外的高速SRAM中；預(yù)處理結(jié)束后，圖像預(yù)處理單元向紙病檢測(cè)DSP 發(fā)出中斷信號(hào)。
所述步驟(5)中，紙病檢測(cè)DSP接收到中斷信號(hào)后，讀取SRAM中圖像數(shù)據(jù)；先利用閾值分割出圖像中孔洞和刮痕類(lèi)高亮度紙病區(qū)域以及斑點(diǎn)、褶皺類(lèi)低亮度紙病區(qū)域；利用開(kāi)運(yùn)算去除噪聲干擾后，再利用標(biāo)記法確定圖像中各個(gè)紙病區(qū)域的位置及面積；然后計(jì)算各個(gè)紙病區(qū)域周長(zhǎng)平方與面積比得到圓形度，圓形度較大的區(qū)域?yàn)轳薨櫥蚬魏郏瑘A形度較小區(qū)域的為黑斑與亮斑。
所述步驟(6)中，紙病檢測(cè)DSP完成圖像檢測(cè)后，如果紙病的個(gè)數(shù)不為零，則將每個(gè)紙病的類(lèi)型、面積、位置等參數(shù)傳送至FPGA的以太網(wǎng)接ロ控制單元，該單元將紙病參數(shù)、 紙病圖像以及所屬的相機(jī)號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，并控制千兆網(wǎng)控制與收發(fā)芯片將數(shù)據(jù)傳送至以太網(wǎng)，再由以太網(wǎng)傳送至中心服務(wù)器。
所述步驟(7)中，在中心服務(wù)器的前臺(tái)檢測(cè)軟件界面上，每個(gè)相機(jī)都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的子窗ロ，用于顯示該路相機(jī)檢測(cè)結(jié)果；軟件接收到以太網(wǎng)傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)后，根據(jù)其所屬的相機(jī)號(hào)將采集的紙病圖像及相應(yīng)的紙病參數(shù)顯示在對(duì)應(yīng)的子窗口中，并將其保存到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。
本發(fā)明采用了并排的多路エ業(yè)用線陣CXD相機(jī)采集運(yùn)動(dòng)紙幅圖像數(shù)據(jù)，圖像數(shù)據(jù)經(jīng)Camera Link接ロ傳送至各自對(duì)應(yīng)的嵌入式紙病檢測(cè)處理器，由于Camera Link接ロ的傳輸速率最高可達(dá)2. lGbps，可以保證數(shù)據(jù)采集的高速性。
嵌入式紙病檢測(cè)處理器通過(guò)對(duì)紙病圖像進(jìn)行分析處理實(shí)現(xiàn)紙病檢測(cè)，是整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的核心，也是制約整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)速度的瓶頸。為了保證圖像分析處理的高速性，該單元由FPGA和DSP協(xié)作實(shí)現(xiàn)，充分利用DSP的高速數(shù)據(jù)處理能力和FPGA的復(fù)雜邏輯處理能力。 嵌入式紙病檢測(cè)處理器完成紙病檢測(cè)后，檢測(cè)結(jié)果及對(duì)應(yīng)的紙病圖像通過(guò)千兆以太網(wǎng)傳送至中心服務(wù)器。中心服務(wù)器由計(jì)算機(jī)及運(yùn)行在計(jì)算機(jī)上的前臺(tái)檢測(cè)軟件及后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)組成。服務(wù)器接收各路檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果，并進(jìn)行顯示和保存。
本發(fā)明的有益效果是通過(guò)Camera Link接ロ線陣(XD相機(jī)實(shí)現(xiàn)了紙頁(yè)圖像的快速采集；利用FPGA和DSP嵌入式處理器實(shí)現(xiàn)了快速紙病檢測(cè)與定位；利用千兆以太網(wǎng)保證了檢測(cè)結(jié)果和紙病圖像的快速傳輸。構(gòu)建的紙病在線檢測(cè)系統(tǒng)具有成本低、速度提升空間大、易于實(shí)現(xiàn)分布式檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于車(chē)速不低于lkm/min的運(yùn)動(dòng)紙幅的黒斑、孔洞、褶皺、刮痕等常見(jiàn)紙病高速在線檢測(cè)。


圖I基于嵌入式處理器的分布式紙病檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2嵌入式紙病檢測(cè)處理器原理框圖；圖3紙病檢測(cè)算法總體流程圖；圖4確定紙病面積、位置及分離孔洞、刮痕的算法流程圖；圖5示例紙病圖像及紙病類(lèi)型識(shí)別結(jié)果。
其中，I.高速相機(jī)，2.運(yùn)動(dòng)紙幅，3. LED光源，4.嵌入式紙病檢測(cè)處理器，5.以太網(wǎng)交換機(jī)，6.中心服務(wù)器，7. LVDS/ LVTTL轉(zhuǎn)換芯片，8. LVTTL/LVDS轉(zhuǎn)換芯片，9.圖像采集單元，10.雙ロ RAM，11.圖像預(yù)處理單元，12.紙病檢測(cè)DSP，13.高速SRAM，14.以太網(wǎng)接 ロ控制單元，15.千兆網(wǎng)控制與收發(fā)芯片。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說(shuō)明。
如圖I所示，基于嵌入式處理器的分布式紙病檢測(cè)系統(tǒng)主要包含LED光源3、運(yùn)動(dòng)紙幅2、高速相機(jī)I、嵌入式紙病檢測(cè)處理器4、以太網(wǎng)交換機(jī)5和中心服務(wù)器6。LED光源、3安裝在運(yùn)動(dòng)紙幅2的下方，高速相機(jī)I由多路線陣CCD相機(jī)組成，橫向并排安裝在運(yùn)動(dòng)紙幅2的上方。姆路相機(jī)通過(guò)Camera Link接ロ連接到各自的嵌入式紙病檢測(cè)處理器4。如圖2所示，嵌入式紙病檢測(cè)處理器4主要由FPGA內(nèi)的圖像采集単元9、紙病圖像預(yù)處理單元11、以太網(wǎng)接ロ控制單元14、雙ロ RAMlO以及紙病檢測(cè)DSP12組成，此外還包括片外高速 SRAMl3和LVDS/LVTTL轉(zhuǎn)換芯片7、LVTTL/LVDS轉(zhuǎn)換芯片8、千兆網(wǎng)控制與收發(fā)芯片15等外部接ロ芯片。各路嵌入式紙病檢測(cè)處理器4內(nèi)的以太網(wǎng)接ロ控制單元14通過(guò)以千兆網(wǎng)控制與收發(fā)芯片15連接到以太網(wǎng)交換機(jī)5，再由以太網(wǎng)交換機(jī)5連接到中心服務(wù)器6。中心服務(wù)器6由計(jì)算機(jī)及運(yùn)行在計(jì)算機(jī)上的前臺(tái)檢測(cè)軟件及后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)組成。
本發(fā)明的紙病檢測(cè)方法為(I)參數(shù)設(shè)置。中心服務(wù)器6的前臺(tái)檢測(cè)軟件從硬盤(pán)上調(diào)入各路高速相機(jī)I的行頻、 曝光時(shí)間、圖像大小等設(shè)置參數(shù)，設(shè)置參數(shù)通過(guò)以太網(wǎng)傳送至嵌入式紙病檢測(cè)處理器4。如圖2所示，F(xiàn)PGA內(nèi)的圖像采集單元9產(chǎn)生TTL形式的相機(jī)控制信號(hào)，該控制信號(hào)由LVTTL/ LVDS轉(zhuǎn)換芯片8轉(zhuǎn)換成LVDS形式，并由Camera Link連接電纜傳送至各路高速相機(jī)I。
(2)檢測(cè)啟動(dòng)。通過(guò)軟件界面發(fā)出紙病檢測(cè)命令，該命令通過(guò)以太網(wǎng)傳送至嵌入式紙病檢測(cè)處理器4，啟動(dòng)在線紙病檢測(cè)。
(3)圖像數(shù)據(jù)采集。如圖2所示，高速相機(jī)I 輸出的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)Camera Link連接電纜傳送至LVDS到LVTTL轉(zhuǎn)換芯片7，該芯片將4對(duì)LVDS數(shù)據(jù)信號(hào)和I對(duì)LVDS時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL形式28位數(shù)據(jù)和I路時(shí)鐘信號(hào)。28位數(shù)據(jù)中包含幀同步信號(hào)(FVAL，本系統(tǒng)中無(wú)效)、行有同步信號(hào)(LVAL)。FPGA內(nèi)的圖像采集單元9以LVAL作為寫(xiě)有效信號(hào)，以像素時(shí)鐘作為寫(xiě)時(shí)鐘將高速相機(jī)I的圖像數(shù)據(jù)寫(xiě)入FPGA內(nèi)的雙ロ RAMlO中。存儲(chǔ)在雙ロ RAMlO 中的是8位灰度圖像，共256個(gè)灰度等級(jí)。
(4)圖像預(yù)處理。當(dāng)采集到ー幀圖像數(shù)據(jù)后，F(xiàn)PGA內(nèi)的圖像預(yù)處理單元9讀取雙ロ RAMlO的圖像數(shù)據(jù)，如圖3所示，先根據(jù)圖像尺寸對(duì)圖像進(jìn)行邊界裁剪處理，再利用3X3的十字形模板進(jìn)行中值濾波，然后利用分段線性灰度變換對(duì)紙病區(qū)域進(jìn)行增強(qiáng)處理，圖5a是一幅經(jīng)過(guò)預(yù)處理后紙病圖像(512X512)。預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)存入到高速SRAM13中。預(yù)處理結(jié)束后，F(xiàn)PGA內(nèi)的圖像預(yù)處理單元9向紙病檢測(cè)DSP12發(fā)出中斷請(qǐng)求。
(5)紙病檢測(cè)。紙病檢測(cè)DSP12接收到中斷請(qǐng)求后，讀取高速SRAM13中圖像數(shù)據(jù)， 并進(jìn)行紙病檢測(cè)與定位。如圖5a所示，由于LED光源3在運(yùn)動(dòng)紙幅2的下方，孔洞和刮痕屬于圖像中的高亮度區(qū)域，斑點(diǎn)及褶皺是屬于圖像中的低亮度區(qū)域。如圖3所示，利用較小的經(jīng)驗(yàn)閾值ろ分割出黒斑、褶皺等低亮度紙病區(qū)域，分割結(jié)果如圖5b所示。再利用開(kāi)運(yùn)算去除噪聲，標(biāo)記連通域確定紙病位置、面積，然后計(jì)算各個(gè)區(qū)域的圓形度，圓形度較小的為黒斑，圓形度較大的為褶皺，如圖4所示。黒斑識(shí)別結(jié)果如圖5c所示，褶皺識(shí)別結(jié)果如圖5d 所示。如圖3所示，利用較大的經(jīng)驗(yàn)閾值T2分割出圖像中孔洞、刮痕等高亮度紙病區(qū)域，分割結(jié)果如圖5e所示。再用同樣的方法區(qū)分孔洞和刮痕并確定其位置、面積參數(shù)?？锥醋R(shí)別結(jié)果如圖5f所示,刮痕識(shí)別結(jié)果如圖5g所示。
(6)檢測(cè)結(jié)果傳送。紙病檢測(cè)DSP12完成圖像檢測(cè)后，如果紙病的個(gè)數(shù)不為零，則將每個(gè)紙病的類(lèi)型、面積、位置等數(shù)據(jù)傳至FPGA內(nèi)的以太網(wǎng)接ロ控制單元14，該單元將紙病參數(shù)、紙病圖像以及所屬的高速相機(jī)號(hào)進(jìn)行打包，再通過(guò)千兆網(wǎng)控制與收發(fā)芯片15將數(shù)據(jù)傳送至以太網(wǎng)，再由以太網(wǎng)傳送至中心服務(wù)器6。
(7)檢測(cè)結(jié)果更新、顯示。 在中心服務(wù)器6的前臺(tái)檢測(cè)軟件界面上，每路高速相機(jī) I都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的子窗ロ，用于顯示該路高速相機(jī)I檢測(cè)結(jié)果。軟件接收到以太網(wǎng)傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)后，一方面根據(jù)其所屬的高速相機(jī)號(hào)將紙病圖像及相應(yīng)的紙病參數(shù)顯示在對(duì)應(yīng)的子窗口中，另一方面將其保存到中心服務(wù)器6的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。
權(quán)利要求
1.一種基于嵌入式處理器的分布式紙病檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，它包括至少ー組高速相機(jī)，高速相機(jī)安裝在運(yùn)動(dòng)紙幅上方，在運(yùn)動(dòng)紙幅下方則設(shè)有LED光源；高速相機(jī)與嵌入式紙病檢測(cè)處理器連接，嵌入式紙病檢測(cè)處理器通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)與中心服務(wù)器通信；其中，嵌入式紙病檢測(cè)處理器由FPGA和DSP協(xié)作實(shí)現(xiàn)，包括FPGA內(nèi)的圖像采集單元，它與FPGA內(nèi)的雙ロ RAM、紙病圖像預(yù)處理単元、以太網(wǎng)接ロ控制單元以及FPGA外的千兆網(wǎng)控制與收發(fā)芯片依次通信；紙病圖像預(yù)處理單元與紙病檢測(cè)DSP、高速SRAM通信；圖像采集単元通過(guò) LVDS/ LVTTL轉(zhuǎn)換芯片采集圖像數(shù)據(jù)，通過(guò)LVTTL/ LVDS轉(zhuǎn)換芯片控制高速相機(jī)；紙病圖像預(yù)處理単元接收?qǐng)D像采集單元的圖像數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，紙病檢測(cè)DSP接收紙病圖像預(yù)處理單元的圖像數(shù)據(jù)，并進(jìn)行紙病檢測(cè)；以太網(wǎng)接ロ控制單元一方面控制千兆網(wǎng)控制與收發(fā)芯片接收來(lái)自以太網(wǎng)的相機(jī)設(shè)置參數(shù)，并將其傳送至圖像采集単元，另一方面接收來(lái)自圖像預(yù)處理單元的紙病檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)，并控制千兆網(wǎng)控制與收發(fā)芯片將其傳送至以太網(wǎng)。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種基于嵌入式處理器的分布式紙病檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述高速相機(jī)由多路エ業(yè)用線陣CCD相機(jī)組成，橫向并排安裝在運(yùn)動(dòng)紙幅的上方；每路相機(jī)通過(guò)Camera Link線纜連接到各自的嵌入式紙病檢測(cè)處理器。
3.ー種采用權(quán)利要求I所述的基于嵌入式處理器的分布式紙病檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其特征是，它的步驟為(1)參數(shù)設(shè)置通過(guò)中心服務(wù)器的前臺(tái)檢測(cè)軟件操作，對(duì)各路高速相機(jī)的行頻、曝光時(shí)間、圖像尺寸等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；(2)檢測(cè)啟動(dòng)參數(shù)設(shè)置完成后，通過(guò)中心服務(wù)器的前臺(tái)檢測(cè)軟件發(fā)出紙病檢測(cè)命令，該命令通過(guò)以太網(wǎng)傳送至各路嵌入式紙病檢測(cè)處理器，啟動(dòng)在線紙病檢測(cè)；(3)紙頁(yè)圖像采集各路嵌入式紙病檢測(cè)處理器通過(guò)嵌入式FPGA內(nèi)的圖像采集單元和Camera Link接ロ 將相機(jī)采集的紙頁(yè)圖像數(shù)據(jù)保存到FPGA內(nèi)的雙ロ RAM中；(4)圖像預(yù)處理嵌入式紙病檢測(cè)處理器通過(guò)FPGA內(nèi)的圖像預(yù)處理單元從雙ロ RAM中讀取圖像數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行中值濾波及分段灰度線性變換進(jìn)行預(yù)處理；(5)紙病檢測(cè)與定位預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)輸入紙病檢測(cè)DSP，紙病檢測(cè)DSP利用閾值分割法將圖像中亮斑、 刮痕類(lèi)亮度紙病區(qū)域和黒斑、褶皺類(lèi)低亮度紙病區(qū)域分別從背景中分離出來(lái)；然后計(jì)算各個(gè)紙病區(qū)域的圓形度，井根據(jù)圓形度區(qū)分孔洞與刮痕、黒斑與褶皺；(6)紙病檢測(cè)DSP如果發(fā)現(xiàn)紙頁(yè)圖像中存在紙病，則將每個(gè)紙病的類(lèi)型、面積、位置參數(shù)及相應(yīng)紙病圖像通過(guò)千兆以太網(wǎng)傳送至中心服務(wù)器；(7)中心服務(wù)器通過(guò)多個(gè)子窗ロ對(duì)多路檢測(cè)結(jié)果及紙病圖像進(jìn)行更新顯示，同時(shí)將其保存到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。
4.如權(quán)利要求3所述檢測(cè)方法，其特征是，所述步驟(I)中，中心服務(wù)器上的檢測(cè)軟件將各路高速相機(jī)的行頻、曝光時(shí)間、圖像大小等參數(shù)從硬盤(pán)上直接調(diào)入內(nèi)存，然后通過(guò)以太網(wǎng)傳送至嵌入式紙病檢測(cè)處理器中FPGA內(nèi)的圖像采集単元，圖像采集単元由此產(chǎn)生相機(jī)控制信號(hào)，并由LVTTL/LVDS轉(zhuǎn)換芯片和Camera Link線纜傳送至高速相機(jī)。
5.如權(quán)利要求3所述的檢測(cè)方法，其特征是，所述步驟(3)中，高速相機(jī)輸出圖像的有效像素?cái)?shù)據(jù)經(jīng)Camera Link連接電纜和LVDS/LVTTL接ロ轉(zhuǎn)換芯片，傳送至FPGA內(nèi)的圖像采集單元；圖像采集単元以行同步信號(hào)作為寫(xiě)有效信號(hào)，以像素時(shí)鐘作為寫(xiě)時(shí)鐘將高速相機(jī)的圖像數(shù)據(jù)寫(xiě)入到雙ロ RAM中。
6.如權(quán)利要求3所述的檢測(cè)方法，其特征是，所述步驟(4)中，當(dāng)采集到ー幀圖像數(shù)據(jù)后，F(xiàn)PGA內(nèi)的圖像預(yù)處理單元讀取雙ロ RAM中的圖像數(shù)據(jù)，先根據(jù)圖像尺寸對(duì)圖像進(jìn)行邊界裁剪處理，然后進(jìn)行中值濾波，以消除隨機(jī)噪聲干擾，之后再進(jìn)行分段線性灰度變換，增強(qiáng)圖像中的紙病區(qū)域，抑制其背景區(qū)域；預(yù)處理結(jié)果保存到FPGA外 的高速SRAM中；預(yù)處理結(jié)束后，圖像預(yù)處理單元向紙病檢測(cè)DSP發(fā)出中斷信號(hào)。
7.如權(quán)利要求3所述的檢測(cè)方法，其特征是，所述步驟(5)中，紙病檢測(cè)DSP接收到中斷信號(hào)后，讀取SRAM中圖像數(shù)據(jù)；先利用閾值分割出圖像中孔洞和刮痕類(lèi)高亮度紙病區(qū)域以及斑點(diǎn)、褶皺類(lèi)低亮度紙病區(qū)域；利用開(kāi)運(yùn)算去除噪聲干擾后，再利用標(biāo)記法確定圖像中各個(gè)紙病區(qū)域的位置及面積；然后計(jì)算各個(gè)紙病區(qū)域周長(zhǎng)平方與面積比得到圓形度，圓形度較大的區(qū)域?yàn)轳薨櫥蚬魏?，圓形度較小區(qū)域的為黑斑與亮斑。
8.如權(quán)利要求3所述的檢測(cè)方法，其特征是，所述步驟(6)中，紙病檢測(cè)DSP完成圖像檢測(cè)后，如果紙病的個(gè)數(shù)不為零，則將每個(gè)紙病的類(lèi)型、面積、位置等參數(shù)傳送至FPGA的以太網(wǎng)接ロ控制單元，該單元將紙病參數(shù)、紙病圖像以及所屬的相機(jī)號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，并控制千兆網(wǎng)控制與收發(fā)芯片將數(shù)據(jù)傳送至以太網(wǎng)，再由以太網(wǎng)傳送至中心服務(wù)器。
9.如權(quán)利要求3所述的檢測(cè)方法，其特征是，所述步驟(7)中，在中心服務(wù)器的前臺(tái)檢測(cè)軟件界面上，每個(gè)相機(jī)都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的子窗ロ，用于顯示該路相機(jī)檢測(cè)結(jié)果；軟件接收到以太網(wǎng)傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)后，根據(jù)其所屬的相機(jī)號(hào)將采集的紙病圖像及相應(yīng)的紙病參數(shù)顯示在對(duì)應(yīng)的子窗ロ中，并將其保存到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于嵌入式處理器的分布式紙病檢測(cè)系統(tǒng)及方法，它采用并排的多路工業(yè)用線陣CCD相機(jī)采集運(yùn)動(dòng)紙幅圖像數(shù)據(jù)，圖像數(shù)據(jù)經(jīng)CameraLink線纜傳送到各自對(duì)應(yīng)的嵌入式紙病檢測(cè)處理器。嵌入式紙病檢測(cè)處理器先利用FPGA對(duì)圖像進(jìn)行采集、預(yù)處理，再利用DSP檢測(cè)圖像中存在的紙病的類(lèi)型、面積、位置等數(shù)據(jù)。各檢測(cè)處理器的檢測(cè)結(jié)果及對(duì)應(yīng)的紙病圖像通過(guò)千兆以太網(wǎng)傳送至中心服務(wù)器。中心服務(wù)器通過(guò)子窗口對(duì)多路檢測(cè)結(jié)果及紙病圖像進(jìn)行更新顯示，并將其保存到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。該系統(tǒng)具有構(gòu)建成本低、速度提升空間大、易于實(shí)現(xiàn)分布式檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于車(chē)速不低于1km/min的運(yùn)動(dòng)紙幅的黑斑、孔洞、褶皺、刮痕等常見(jiàn)紙病高速在線檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N21/89GK102721702SQ20121021553
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者劉雪真, 張少蔚, 張海倫, 李慶華, 李曉婷, 王曉芳, 豆丹丹 申請(qǐng)人:山東輕工業(yè)學(xué)院