空瓶瓶壁缺陷检测方法及装置

1.一种空瓶瓶壁缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
A．扫描瓶颈上的边缘点对，利用对称分析结合位置关系确定瓶壁各部分中心轴线的方法进行瓶壁定位，获得瓶身处理区域的位置，对瓶壁检测区域划分进行分区域处理；
B．对定位的区域采用灰度拉伸法对图像数据预处理，增加图像的对比度和亮度；
C．采用最大类间方差法对图像进行分割，获得目标信息；
D．对经过分割后的瓶壁图像进行连通性分析，提取各缺陷的特征数据，根据连通域的质心位置、体态比和面积特征判断每个检测到的连通域是否为真正的缺陷。
2.根据权利要求1所述的空瓶瓶壁缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤A中的瓶壁定位依据瓶颈边缘来进行定位跟踪，具体的跟踪步骤如下：
1）因为在侧壁图像中只在水平方向上产生波动，所以在定位时只计算中心的横坐标，首先确定一组共n条扫描直线的位置，其中，n为5到20的整数；保证每条扫描直线都能够穿过瓶颈的两侧边缘；
2）建立点数组P0、P1和P2；
3）沿着每条扫描直线进行双向扫描，搜索直线上灰度值由低到高突变强度最大的点，将每条直线上由左向右扫描和由右向左扫描得到的点分别记为、，i=1到n的整数，将点顺序存放在数组P1中，点顺序存放在数组P2中；
4）利用公式（1）对每条扫描直线上的一对边缘点即、的横坐标和求均值，利用公式（2）求每对边缘点之间的距离，记为，由扫描到的这些成对边缘点计算得到一组中心点横坐标参考值；
           (1)；
  (2)；
5）结合分析中心点横坐标参考值的分布情况：每个位置的都应该在与所检测瓶子相对应范围内波动，如果超出了这个范围，说明这一对边缘点中至少有一个点是伪边缘点，此时可以去除这对点对应的中心点的横坐标参考值；
6）在最终选取的参考中心点集内，通过求平均值的方法得到中心点的最终计算值，继而确定瓶身处理区域的位置。
3.根据权利要求1所述的空瓶瓶壁缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤B中的灰度拉伸法对图像数据预处理包括以下步骤：x轴为变换前的灰度值，y轴为变换后的灰度值；
1）确定灰度变换函数，设(，)，(，)为变换函数上确定的点，变换前后图像中某像素点的灰度值分别为Gray1和Gray2；
2）当Gray1在0～之间时，令；
3）当Gray1在～之间时，令；
4）当Gray1在～255之间时，令。
4.根据权利要求1所述的空瓶瓶壁缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤C中的最大类间方差法对图像进行分割是利用灰度直方图的0阶和1阶矩，根据目标与背景之间的最大方差动态地确定图像分割阈值，
设一幅图像的像素点数为N，它有L个灰度级即0，1，……，L-1，L为自然数，灰度级为i的像素点数为，那么，对图像直方图归一化，有概率密度分布：
                 
其中，若整幅图像以灰度级t作为阈值，其中，0         
    
其中，和的均值分别为：       
                                 
其中，，可以验证有下式成立，
在此可以定义类内方差：                            
类间方差：                                
根据最大类间方差准则，取得最优的阈值灰度级需满足下式：
                 
即最佳阈值使类间方差最大。
5.根据权利要求1所述的空瓶瓶壁缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤D中的判断每个检测到的连通域是否为真正的缺陷为：
首先提取连通域算法返回的参数，建立一个像素模板，即空瓶瓶壁1mm×1mm的缺口所返回的像素阵列为H×W，这个阵列在固定的摄像系统中是个常值；
相应空瓶瓶壁Amm×Bmm大小的缺口对应的参数模板为（A×H）×(B×W)；
然后对返回的像素高度系数、返回像素宽度系数、返回像素面积系数、返回像素密集度与设定的检测标准相比较，如果提取的参数不在标准范围内，则认为是瓶壁有缺陷的图像，判定信号传给控制器，由剔除装置进行剔除。
6.一种空瓶瓶壁缺陷检测装置，其特征在于：包括入口瓶壁检测单元、出口瓶壁检测单元和速差传送机构，所述入口瓶壁检测单元和出口瓶壁检测单元分别位于速差传送机构的两端，所述入口瓶壁检测单元和出口瓶壁检测单元分别包括光电传感器、相机、背光源和三级反射镜，光电传感器与控制器相连，控制器与出口检测单元后的剔除机构连接，背光源设置于被检测瓶壁一侧，三级反射镜和相机设置于被检测瓶壁的另一侧，三级反射镜分别与被检测瓶壁和相机相对应，相机和图像处理系统电连接，图像处理系统与控制器电连接。
7.根据权利要求6所述的空瓶瓶壁缺陷检测装置，其特征在于，所述速差传送机构包括上下两个平行的传送带，两传送带之间的距离与被检测瓶的直径相等，两传送带分别设置于不同带轮上，带轮通过传动轴与电机连接。
8.根据权利要求6所述的空瓶瓶壁缺陷检测装置，其特征在于：所述控制器为工控机CPU；所述图像处理系统是带有图像采集卡的工控机。
9.根据权利要求6所述的空瓶瓶壁缺陷检测装置，其特征在于：所述背光源是接有频闪控制器的LED光源，LED光源颜色可调：白瓶时选用白光，绿瓶用绿色，棕瓶用红色光源。
10.根据权利要求6所述的空瓶瓶壁缺陷检测装置，其特征在于：所述的三级反射镜包括一级反射镜、二级反射镜、三级反射镜，一级反射镜的入射方向正对着空瓶，一级反射镜位于二级反射镜的入射方向上，二级反射镜位于三级反射镜的入射方向上，相机位于三级反射镜的反射方向上；所述一级反射镜包含两组，每组各有两个平行交错的反射镜，两组分别位于二级反射镜的两侧，与空瓶传送方向成的角度，其中，；二级反射镜包含两个反射镜，两个反射镜之间成的角度，其中，；所述两个二级反射镜各与本侧的一级反射镜成的角度，其中，；三级反射镜平面与空瓶传送方向平行，与地面成的角度，其中，；相机位于三级反射镜的上方，与三级反射镜成的角度，其中，。

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