基于计算机视觉的中线胶检测系统

王冠华，徐国现，陈忠祥

（红云红河烟草（集团）有限责任公司会泽卷烟厂，云南曲靖 654200）

0 引言

中线胶作为滤棒质量控制的重要指标之一，越来越备受关注，而KDF2 成型机目前无相关的检测手段。在日常生产中，中线胶的检查工作主要依靠操作人员用肉眼观察上胶情况，判断中线胶的有无。若发现中线胶缺失，立即停机处理，然而，当滤棒中缺少中线胶时，机器依然能正常运行，无任何异常迹象，不易被操作人员察觉，故滤棒的质量隐患系数高，而且仅依靠操作人员用肉眼判断中线胶，可靠性差、劳动强度高。

1 检测原理

KDF2 成型机的中线胶采用的是乳胶，是为了提高滤棒内丝束和滤纸的粘接强度，保证滤棒的质量，乳胶通过带有电磁离合器的控制和齿轮泵的传送系统，经过胶水软管，被输送到冷胶嘴体内，然后通过压缩空气把胶水传递给正在运行中的成型纸，这样在成型纸上就形成一条细小的乳胶线。

成型纸与附有乳胶线的成型纸可以通过以下方式区分：通过人眼从正面观察，可以清晰的看到，附有中线胶的成型纸上会呈现出一条比较醒目的白线，所以可以借助图像识别技术来实现检测，采用图像传感器获取图像，利用计算机视觉的思维，有效识别成型纸表面有无这条白线，从而判断中线胶是否正常上胶。

2 检测系统结构（图1）

如图1 系统结构图所示，中线胶检测装置由USB 摄像头、S3C2440 处理器、显示屏、执行器件等构成，采用型号为0V9650 的图像传感器，经过中星微的ZC301 连接，做成一个具有640×480 像素的USB 摄像头，通过USB 总线连接到具有400 M 主频的ARM9 开发板S3C2440。装置将USB 摄像头安装在成型纸的正前方获取成型纸的表层图像，并转换成图像数字信号，通过USB 传送给S3C2440 处理器，处理器经过图像采集、显示、分析处理后，对图像进行识别辨认，从而判别出中线胶的状态，向执行器件（报警灯、剔除电磁阀、停机继电器）发出执行命令。

图1 系统结构

USB 摄像头，采用CMOS 图像传感器，它借助光学系统和处理电路将图像的光照度或颜色色彩转化为电信号，并进行传输、存储和处理。被检测的成型纸在一定光照度情况下，直射光线通过光学系统进入CMOS 表面，CMOS 图像传感器将入射光的强度转化成一定比例的电荷量，即电量可以反映光照度。在时钟电路、逻辑电路和驱动电路的作用下将这些电量以视频信号方式传输出来，形成数字图像信号。

KDF2 成型机运行速度快，高达400 m/min，系统采用S3C2440 处理器，一般处理器速度远远高于存储器访问速度，当存储器访问成为系统性能的瓶颈，则处理器再快也都毫无作用。而ARM9 的高速缓存（Cache）和写缓存（Write Buffer）可以很好地解决这个问题，它们存储最近常用的代码和数据，以供CPU 快速存储。通过USB 总线连接到具有400 M 主频的ARM9 开发板上，它具有专用于USB 和显示屏的DMA 高速数据传输，同时实现图像数据的采集和分析，在实时视频显示工作状况的同时，进行图像识别。

为了便于进行人机交互，交互部件包括显示屏和触摸屏，显示屏和触摸屏集成一体，通过人机接口与开发板S3C2440 连接，实时显示运行过程的中线胶状态，并采用触摸屏获取输入指令、设定参数。

3 电路设计

ARM9 开发板作为检测系统的核心，其GPIO 接口通过外围电路与KDF2 成型机的输入信号、输出信号一一连接，ARM9 开发板GPIO 接口原理电路如图2 所示。

图2 ARM9 开发板GPIO 接口原理电路

外围电路的输入信号由处理器通过光藕隔离单元与成型机上的上胶信号线连接，上胶信号线上串连有一滑动变阻器，光藕隔离单元分别与滑动变阻器的滑动端及一固定端电路连接。

执行部件包括剔除继电器、停机继电器、发光二极管报警灯，均与处理器电路连接，发光二极管回路串入限流电阻，剔除继电器用于控制串接在成型机剔除信号线上的剔除开关，停机继电器用于控制串接在成型机的停机信号线上的停机开关。如此，能够实现对无中线胶的情况进行报警、剔除及停机。

4 软件设计

检测装置采用ARM9 芯片的三星S3C2440 处理器，在嵌入式Linux 实时操作系统下，编写C 语言程序，完成中线胶检测程序程序后生成bin 文件，应用USB TO RS232 数据线将计算机与ARM9 开发板实现通信对接，将程序bin 文件成功烧录进处理器中。中线胶检测程序流程如图3 所示。

图3 中线胶检测程序流程

KDF2 成型机上电后系统自启动，完成开机自检，判断是否正常，正常后开始检测上胶信号，识别模块开始工作；通过USB摄像头采集图像数据并进行预处理，预处理包括边缘提取、二值化和图像分割等系列算法；并通过特征值抽取，采用模糊识别算法，解决环境因素引起的干扰问题，根据图像点阵的线性相关系数，检测胶线是否存在，从而判定成型纸是否有中线胶，有效实现中线胶的监控；系统检测到无中线胶时，报警并剔除，当判断故障10 s 未消除时，发出停机信号，KDF2 成型机停转。

5 结束语

中线胶检测系统有效检测中线胶的上胶情况，最大程度地排除不可控因素对滤棒中线胶缺失质量缺陷的影响，从源头上保证每支滤棒的产品质量，为下游生产环节提供强有力的质量保障，而且操作人员无需时刻近距离关注成型纸上的上胶情况，有效降低操作人员劳动强度。