玻璃啤酒瓶基于CCD的工件缺陷检测装置设计(2)
1 绪论
1.1 引言
虽然保存酒类的最好材质一直被认为是橡木，但是由于玻璃瓶方便、美观、易回收的特点，已经迅速成为了保存、出售酒类的最好包装之一，随着这些特点，玻璃瓶在酒类包装的份额也越来越大。一方面，由于数量的大幅增加，每年我国生产的玻璃啤酒瓶数量已达到180亿瓶左右；另一方面，由于玻璃瓶易于回收的特点，每年我国通过回收途径所得到的玻璃瓶数目也越来越多，随着玻璃啤酒瓶数量的大幅增加，啤酒瓶的安全问题也已经成为了人们关注的焦点。
1.2 本课题研究意义
我国目前大多数啤酒瓶生产企业的检测是通过人工抽样的方式来完成的，但是，采用这种方式，不仅会大大增加产业的负担，工厂在这方面既要花费力气，又要花费时间，而且，采取人工抽样的方式的效率也一直得不到有效的提高，尤其是在夏天，这种产业生产高峰期的时刻，由于生产任务的加重，对于检测的效率相对于其他时间更为低下。在这种大环境下，开展对于“基于CCD的工件缺陷检测”研究，为企业降低成本，提高啤酒瓶在生产和回收过程中安全性，降低啤酒瓶在使用中发生问题的概率，不仅仅具有理论研究价值，同时也具备着很大的社会价值和经济价值。
1.3 本课题研究背景及现状
我国的啤酒市场是一个复杂的集合体，充斥市场的不仅仅有新瓶，已使用过后来回收的旧瓶也占据着一大部分。厂家不同，新旧瓶的占有量也不尽相同。大部分的厂家都是新旧瓶混搭，基本处于三七分，新瓶占总瓶数的三成，当然也有个别厂家几乎全部使用旧瓶，即回收瓶。我国在不同年份抽检合格率仅仅文持在百分之八十。在1996年和2002年两次对啤酒生产厂家的回收瓶的抽查检测中，合格率分别为百分之三和百分之三十三。这意着虽然回收瓶的合格率在近年来有所上升，但是不合格瓶依然占据着绝大部分，这在啤酒瓶的生产和使用中存在着巨大的隐患。
而发达国家一般采用一次性薄装罐装，基本不会使用回收瓶，所以事故率一直很低，但是这也导致了国外对于回收瓶检测方面的空白。
电荷耦合元件，即CCD，是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。CCD画面的分辨率随CCD上所拥有的像素增加而提高。CCD上有许多排列整齐的光电二极管，能感应光线，并将光信号转变成电信号，经外部采样放大及模数转换电路转换成数字图像信号。基于CCD设计的工件缺陷检测系统，不仅能够充分体现出啤酒瓶上的各种缺陷，降低检测成本，而且可以基本满足复杂的生产环境。 近年来，CCD方面的技术得到了长足的进步和完善，CCD 体积小，重量轻，寿命长，可靠性高，在同类产品中，CCD的分辨率较高，另一方面，由于CCD象元阵列尺寸精确，对于光源的要求也不是太高，这两点决定了CCD可以适用于复杂的生产环境，这是在生产检测中尤为重要的。
1.4 本文内容安排和研究内容
本文对于成像系统装置、图像处理软件两个方面进行了研究。由于啤酒瓶多为墨绿和褐色，这影响了系统成像，使得对于如何设计出一个有效的成像系统带来了困难。对缺陷图像的处理主要包括图像分割和模式识别。图像分割算法很多，包括边缘检测、阈值分割等等，运用图像分割算法得到缺陷目标。啤酒瓶的缺陷包括气泡、结石、裂纹和缺口，针对缺陷的特点，设计判定标准来判断是否存在缺陷，并对缺陷进行分类。
本文由以下几部分组成：第一部分介绍了本课题的研究意义、背景及内容安排。第二部分对成像系统的设计进行了简要介绍，叙述了其构成和特点。第三部分介绍了数字图像处理方面的知识，包括数字图像中常见的图像滤波、阈值处理以及边缘检测。第四部分介绍了图像识别的过程，其中着重介绍在图像处理软件中的总体思路和根据问题所提出的解决方案。最后，给出了本文的结论。
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