玻璃啤酒瓶基于CCD的工件缺陷检测装置设计(3)
2 成像系统的设计研究
2.1 图像处理系统的组成
图像处理系统主要由成像系统、图像处理模块、机械控制三个部分组成。如图2.1，成像系统A是通过合理设计一整套成像系统，获取合理的玻璃啤酒瓶图像，为之后的图像处理奠定一定的基础；图像处理模块B，主要作用是通过图像处理软件的编写，完成待检测啤酒瓶与合格啤酒瓶的对比，判断代检啤酒瓶是否合格以及指出缺陷并对缺陷进行分类；机械控制C，主要任务是通过机械控制，在图像处理结果的基础上，实行剔除不合格啤酒瓶的工作。本文对于系统前两个组成部分，即成像装置和图像处理进行了研究。
图2.1 图像处理系统的组成
2.2 玻璃啤酒瓶常见缺陷及其影响
玻璃啤酒瓶在生产过程中出现的不同缺陷，会产生不同程度上的影响。根据生产专用啤酒瓶（b型）的最新标准，瓶身外径的不合格可能会影响感官质量，瓶口外径不符合标准或是出现裂纹，可能会引起漏气酒或者慢漏气酒，瓶口内径不合格会导致半瓶酒的出现，抗冲击和抗内压力不合格会引起破瓶甚至爆瓶，甚至连酒瓶标志出现问题也会影响企业形象、不符合国际标准、增加管理成本。由此可见，即使是啤酒瓶上出现很小的瑕疵，也会在生产和使用中产生巨大的影响。由玻璃瓶制造厂商生产出来的新的玻璃啤酒瓶，在运输过程中多数使用托盘包装的方法，这种方法可以有效的降低啤酒瓶之间的相互摩擦碰撞的概率，从而使由于物理碰撞而产生的裂缝等缺陷出现的几率减少，啤酒瓶的物理抗压能力基本能够满足使用需求，爆炸的概率很低。但是由于啤酒瓶制造工艺的特殊性，在制造过程中多多少少的问题都会影响到啤酒瓶的质量。
承装着啤酒的带有缺陷的啤酒瓶在温差等因素的影响很容易在存储过程中发生爆炸。表面存在裂缝、气泡等缺陷的啤酒瓶，在啤酒瓶使用过程中，很容易因为过激的操作而发生爆炸。
2.3 玻璃啤酒瓶的光学特征
由上述我们可以得知，玻璃啤酒瓶发生爆炸的主要原因是啤酒瓶身上出现气泡、结石、裂纹和缺口等缺陷。通过图像处理来检测啤酒瓶缺陷的原理主要是通过代检酒瓶图像与合格酒瓶图像的对比，软件进行图像处理后识别出具体缺陷并对其进行分类。由此可见，待检酒瓶图像的获取对整个检测系统的准确性、速度至关重要，所以，如何获取一个足够清晰的图像是能够进行缺陷检测的基础。
接下来，我们对于光线在玻璃啤酒瓶里的传播路径进行一个简要的分析，当光线a进入啤酒瓶中时，光线在啤酒瓶外壁发生折射以及部分反射，折射光b进入啤酒瓶身内，由于玻璃和空气折射率的差异，折射光以不同于入射光的角度射在啤酒瓶内壁上并发生反射，通过相同的方式，反射光c通过折射穿过啤酒瓶，折射光c射出瓶身。光源入射光经过两次折射和反射之后，能量大大降低，导致光照强度减小，这可能会导致成像不清，无法突出啤酒瓶的缺陷，不利于图像的后期处理。所以，为了获取清晰的图像以方便后期处理，对于光源以及图像采取装置有了较高的要求。
2.4 成像系统的设计
成像系统主要由光源、CCD摄像头和图像采集卡三个主要部分组成。为了获取较为清晰的图像，不仅需要考虑光源的选取和图像采集装置的选取，同时也要把周围的工作环境，设备成本等因素纳入考虑范围之内。为了获取较为清晰的图像，玻璃啤酒瓶应该与光源、摄相头保持一个适当的距离和高度，同时为获取清晰图像的光源需要满足以下几个条件：①光源有足够的强度且分布均匀②光源高度要满足一定条件使得生成的像是玻璃啤酒瓶各个部分清晰的像。本文中光源选用灯为LED,因为从表格2.1可以看出，LED灯相比于其他类型的光源，在各个方面都展示出优于其他类型光源的性能，另外LED灯的发光量与电流成线性关系，因此光源和图像采集装置能够更加有效的搭配工作，以获得更高质量的图像。在图像获取过程中，如图2.3，啤酒瓶通过传输带匀速经过流水线3，当通过光源1的正前方时，光源照射下啤酒瓶形成的像投射在CCD摄像头4上，获得一个较为清晰的投影图像，图像采集卡5实时地采集图像数据，将采集到的光信号转化为数字信号，并将其传输到计算机6中存储，接下来就交由图像处理系统对图像进行处理并完成图像缺陷的识别。另外，可以在光源与啤酒瓶之间添加一个由毛玻璃制成散光板2，这样做能够使得光源的光线更加均匀，使得获得的图像更加清晰。
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