基于機器視覺(jué)的物體包裝盒實(shí)時(shí)貼標系統設計

摘要：為了實(shí)現打印貼標機智能貼標的需求，提出了一種基于機器視覺(jué)的物體包裝盒實(shí)時(shí)貼標系統設計方案，并完成了系統的軟件設計和整套硬件測試。該系統的硬件部分主要用來(lái)獲取圖像數據以及進(jìn)行打印貼標操作，軟件部分采用基于輪廓提取和形狀特征識別相結合的圖像處理技術(shù)，能夠完成對其輸出圖像進(jìn)行目標識別和實(shí)時(shí)定位，并通過(guò)串口通信將數據轉發(fā)給控制系統。實(shí)際應用表明，該系統具有操作簡(jiǎn)便、測試準確的特點(diǎn)，達到了設計要求。
關(guān)鍵詞：機器視覺(jué)；目標識別；實(shí)時(shí)定位；串口通信

目前，工業(yè)生產(chǎn)上對物體包裝盒的貼標主要采用光電傳感器等觸發(fā)機器的方式，并通過(guò)計算距離、速度等方式估算目標物的位置，這樣貼出來(lái)的標簽精度不高，需要再度進(jìn)行人工檢測，費時(shí)耗力，不能滿(mǎn)足大規模的高精度貼標需求。由于機器視覺(jué)系統可以快速獲取大量信息，而且易于自動(dòng)處理，也易于同設計信息以及加工控制信息集成，因此，機器視覺(jué)已廣泛應用于工業(yè)檢測、工業(yè)探傷、精密測控、自動(dòng)化生產(chǎn)、郵政自動(dòng)化、糧食選優(yōu)、顯微醫學(xué)操作以及各種危險場(chǎng)合工作的機器人等領(lǐng)域。打印貼標行業(yè)為了提高生產(chǎn)力，獲取快速、高效的貼標方法，引進(jìn)機器視覺(jué)技術(shù)已成為大勢所趨，首先通過(guò)對目標物的識別和實(shí)時(shí)定位來(lái)獲取所需的位姿信息，再通過(guò)攝像機標定得到目標物在線(xiàn)上的精確坐標，最后交由貼標機器進(jìn)行貼標操作。
可見(jiàn)，對目標物的實(shí)時(shí)位姿信息的獲取變得非常重要。為了實(shí)現對目標物的快速識別和準確定位，在做了需求分析的基礎上，提出并設計了一種基于機器視覺(jué)的物體包裝盒實(shí)時(shí)貼標系統(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“貼標系統”)設計方案。該系統能夠完成對目標物準確貼標，具有應用價(jià)值。

1 系統需求分析
針對為滿(mǎn)足實(shí)時(shí)獲取物體包裝盒精確位置的需求，結合實(shí)際平臺與應用場(chǎng)景，經(jīng)過(guò)分析主要從物體輪廓進(jìn)行切入，因所有物體的外包裝盒均為規則的長(cháng)方體，故而采取經(jīng)過(guò)一系列圖像預處理后再對目標物進(jìn)行矩形檢測的辦法得到包裝盒貼標面的中心點(diǎn)坐標。
要想完成以上系統的設計，需要做好以下幾個(gè)方面。首先需要能夠驅動(dòng)工業(yè)相機，并通過(guò)硬件觸發(fā)的方式使相機能夠在合適的時(shí)機獲取多張圖片；其次，應能對相機獲取到的圖片進(jìn)行有效的圖像處理，需進(jìn)行一系列的算法設計從而能夠實(shí)時(shí)獲取目標物的圖像坐標；再次，還應進(jìn)行攝像機標定，將獲取到的目標物圖像坐標轉換成世界坐標系也就是機器線(xiàn)上的真實(shí)坐標；最后系統要能夠與上位機控制部分集成并能夠持續不間斷的運作，直到系統要求退出。

2 系統總體設計
該貼標系統總體結構圖如圖1所示，首先傳送帶將目標物輸送至工業(yè)相機的視野，并觸發(fā)光電傳感器給出一個(gè)3．3～12 V高電平信號觸發(fā)相機進(jìn)行抓拍，獲取目標物的圖像信息；然后，通過(guò)千兆網(wǎng)線(xiàn)將圖像數據傳輸至控制中心(上位機)，上位機的視覺(jué)處理模塊將對獲取到的圖像進(jìn)行處理，并將處理得到的數據交由運動(dòng)控制模塊；接著(zhù)，運動(dòng)控制模塊根據獲取到的有效數據實(shí)行對機器部件的命令控制；最后，機器部件根據上位機的指示進(jìn)行打印和貼標操作，從而實(shí)現一次完整的貼標過(guò)程。