基于機(jī)器視覺的物體包裝盒實(shí)時貼標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)打印貼標(biāo)機(jī)智能貼標(biāo)的需求，提出了一種基于機(jī)器視覺的物體包裝盒實(shí)時貼標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并完成了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和整套硬件測試。該系統(tǒng)的硬件部分主要用來獲取圖像數(shù)據(jù)以及進(jìn)行打印貼標(biāo)操作，軟件部分采用基于輪廓提取和形狀特征識別相結(jié)合的圖像處理技術(shù)，能夠完成對其輸出圖像進(jìn)行目標(biāo)識別和實(shí)時定位，并通過串口通信將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給控制系統(tǒng)。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有操作簡便、測試準(zhǔn)確的特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺；目標(biāo)識別；實(shí)時定位；串口通信

目前，工業(yè)生產(chǎn)上對物體包裝盒的貼標(biāo)主要采用光電傳感器等觸發(fā)機(jī)器的方式，并通過計(jì)算距離、速度等方式估算目標(biāo)物的位置，這樣貼出來的標(biāo)簽精度不高，需要再度進(jìn)行人工檢測，費(fèi)時耗力，不能滿足大規(guī)模的高精度貼標(biāo)需求。由于機(jī)器視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動處理，也易于同設(shè)計(jì)信息以及加工控制信息集成，因此，機(jī)器視覺已廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測、工業(yè)探傷、精密測控、自動化生產(chǎn)、郵政自動化、糧食選優(yōu)、顯微醫(yī)學(xué)操作以及各種危險場合工作的機(jī)器人等領(lǐng)域。打印貼標(biāo)行業(yè)為了提高生產(chǎn)力，獲取快速、高效的貼標(biāo)方法，引進(jìn)機(jī)器視覺技術(shù)已成為大勢所趨，首先通過對目標(biāo)物的識別和實(shí)時定位來獲取所需的位姿信息，再通過攝像機(jī)標(biāo)定得到目標(biāo)物在線上的精確坐標(biāo)，最后交由貼標(biāo)機(jī)器進(jìn)行貼標(biāo)操作。
可見，對目標(biāo)物的實(shí)時位姿信息的獲取變得非常重要。為了實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物的快速識別和準(zhǔn)確定位，在做了需求分析的基礎(chǔ)上，提出并設(shè)計(jì)了一種基于機(jī)器視覺的物體包裝盒實(shí)時貼標(biāo)系統(tǒng)(以下簡稱“貼標(biāo)系統(tǒng)”)設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)能夠完成對目標(biāo)物準(zhǔn)確貼標(biāo)，具有應(yīng)用價值。

1 系統(tǒng)需求分析
針對為滿足實(shí)時獲取物體包裝盒精確位置的需求，結(jié)合實(shí)際平臺與應(yīng)用場景，經(jīng)過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(guī)則的長方體，故而采取經(jīng)過一系列圖像預(yù)處理后再對目標(biāo)物進(jìn)行矩形檢測的辦法得到包裝盒貼標(biāo)面的中心點(diǎn)坐標(biāo)。
要想完成以上系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要做好以下幾個方面。首先需要能夠驅(qū)動工業(yè)相機(jī)，并通過硬件觸發(fā)的方式使相機(jī)能夠在合適的時機(jī)獲取多張圖片；其次，應(yīng)能對相機(jī)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(shè)計(jì)從而能夠?qū)崟r獲取目標(biāo)物的圖像坐標(biāo)；再次，還應(yīng)進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定，將獲取到的目標(biāo)物圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成世界坐標(biāo)系也就是機(jī)器線上的真實(shí)坐標(biāo)；最后系統(tǒng)要能夠與上位機(jī)控制部分集成并能夠持續(xù)不間斷的運(yùn)作，直到系統(tǒng)要求退出。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
該貼標(biāo)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，首先傳送帶將目標(biāo)物輸送至工業(yè)相機(jī)的視野，并觸發(fā)光電傳感器給出一個3．3～12 V高電平信號觸發(fā)相機(jī)進(jìn)行抓拍，獲取目標(biāo)物的圖像信息；然后，通過千兆網(wǎng)線將圖像數(shù)據(jù)傳輸至控制中心(上位機(jī))，上位機(jī)的視覺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(shù)據(jù)交由運(yùn)動控制模塊；接著，運(yùn)動控制模塊根據(jù)獲取到的有效數(shù)據(jù)實(shí)行對機(jī)器部件的命令控制；最后，機(jī)器部件根據(jù)上位機(jī)的指示進(jìn)行打印和貼標(biāo)操作，從而實(shí)現(xiàn)一次完整的貼標(biāo)過程。