0引言

自动灌装机械在现代工业自动化生产中占有很重要的地位，广泛应用于石油、化工、医疗、饮料等生产领域中。然而，当容器的加注口为偏心口时，全自动灌装技术的应用受到了严重的制约，目前多数企业的灌装生产线对此多采用半自动方式，即人工定位桶口加注。这对于渗透能力较强的剧毒液体如氰化钠、氢氟酸等的灌装，则成为极为危险的操作工序。文中在深人调查国内外现状的基础上，开发了基于计算机视觉技术的剧毒自动灌装机桶口自定位系统。实验证明，该系统运行可靠，算法高效、稳定，具有很好的实用性。

1灌装系统工作原理概述

填充系统由工业摄像机、单色图像采集卡、高亮度低角度LED阵列环形光源、工控机、驱动器、三坐标工作台、LabVIEW和IMAQVision开发平台构成。

工业摄像机CCD实时摄取检测台上被检测桶的图像，传送到图像采集卡。经过数字解码A/D转换等处理，通过PCI总线传送至计算机内存进行存储。图像处理程序对保留图像的内存缓冲区进行访问，经计算，得到桶盖表面图像中圆形加注口的位置信息，即加注口半径、加注口圆心坐标和油枪高度。然后将相应位置信息传送至步进电机控制系统，由电机控制系统根据由计算机发出的脉冲指令，驱动XYZ轴步进电机，带动油枪运行至加注口上方，实现自动定位加注。系统采用了CCS高亮度低角度LED阵列环形光源照明，可获得高对比度图像，便于图像分割处理。

2偏心桶口图像处理

在摄像头采集到的未标定原始图像中，箭头所指处为偏心加注口。因其像素灰度值低，而桶口表面杂质干扰的灰度值较高，为增强图像对比度，文中采用了黑色背景。

2.1图像采集系统校准标定

计量灌装机通过摄像机获取目标图像像素信息来计算桶口实际位置尺寸，因而，准确求取桶口的像素坐标非常重要。由于透镜径向或切向畸变、摄像机安装角度的偏差及环境的变化等因素对摄像机参数方面的影响，导致图像产生变形失真，因此，必须进行摄像机校准及参数标定。

填充机以标准栅格点阵作校准模板，采用非线性校准方式来标定目标图像，通过获取正确的桶口图像像素坐标与实际坐标的比率，准确地得到了实际桶口的位置。基本步骤如下：

(1)在栅格图像中建立一个直角坐标系并选取左上角顶点为标准原点。

(2)指定栅格在工向、y向的实际距离，即令相邻栅格点间中心距相等(dx=dy=10mm)，圆半径r=2mm，应用图像采集系统获取一幅栅格图像。

(3)选择非线性校准算法运算，并设置刻度模式，认知分数不低于600，保存校准信息，对获取的图像与校准信息相联系实现像素转换。

本系统中透镜焦距为固定值8mm，物距65cm，所采用CCD靶面尺寸为4.8mmx3.6mm，图像分辨率为768x576。经计算求得摄像系统的空间分辨率为0.5mm/pixel。即图像上相邻像素之间的距离代表了实际拍摄物体上这两点0.5mm的距离。可得桶盖上加注口的圆心位置的空间坐标。

2.2图像预处理

图像信号在获取、传输过程中，由于环境影响、传感器件等电气信号干扰影响、传输信道等不完善所形成的噪声，使图像退化。对于数字图像中的噪声，如高斯噪声、椒盐噪声、均匀分布噪声等要有降噪预处理。图像进行预处理的主要目的是要改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度，使其更有利于计算机运算处理。系统使用快速中值滤波算法对信号降噪，再用图像二值化进行图像分割。和相近的低通线性滤波器相比，中值滤波可滤除图像中的点、粗线噪声，去除二值噪声、脉冲噪声和颗粒噪声，在衰减随机噪声的同时，不使边界模糊，适合于检测要求。

快速中值滤波的思想，就是选择一定形式的窗口，如方形、十字形、线形、圆形、菱形，使其在图像的各点上移动，用窗内像素灰度值的中值代替窗中心点处的像素灰度值。在求当前窗中值时，只考虑移出和移入像素对前一窗中值的影响，避免了对大量没有变动像素值的比较，节省了运算时间。还运用了图像二值化技术，将桶口图像从原图像中提取出来。图像二值化是通过设定阈值，把图像变换成由两个灰度值表示的二值图像其关键在于阈值的选取。

2.3圆形加注口匹配模板设计

灌装容器的加注口一般为圆形口，快速准确地检测出圆区域的位置是检测系统的关键技术。

对圆的检测主要是指对圆形的提取和确定，传统方法主要有形状分析法、中心法、中值法、最小二乘拟合法、环路积分微分法、Hough变换法(HT)，其中HT目前应用得最广泛，且可靠性高，在有噪声、变形等情况下，仍能取得较好的结果。但是该法计算时间长，精度也不高，资源需求大。文中采用一种基于梯度特征的快速相关匹配算法，能很好地满足对先验知识较明确的圆形物体进行检测。

2.4LabVIEW中调用C语言混合编程

自动填充机算法实现部分运用了LabVIEW的CIN节点调用外部C语言代码功能，以降低G语言的编程连线繁杂度，获得更好的程序执行效率。实现原理是：首先在LabVIEW程序框图中调用CIN节点(Function/AllFunction/Advanced/CodeInterfaceNode)，生成C源代码编辑格式文件*.C文件。然后进入VC+十编程环境，在上述生成文件中添加C源代码。再用LabVIEW中的cintools工具，将VC++生成的DLL文件转换成.lsb文件。通过使用CIN节点上的LoadCodeResource选项加载.lsb文件，即可实现装载运行。

串行口通信控制步进电机系统3

LabVIEW集合了GPIB，VXI，RS-232，RS-485等硬件通信的全部功能，通过利用其图形化编程语言的优势，应用其VISA中的子VI，对串行口通信功能模块设置，可以构建测控通信系统。以下是LabVIEW通信的基本步骤：

(1)初始化端口：设定通信的端口号、波特率、停止位、校验位、数据位；

(2)读、写端口：用Read·vi和Write·vi进行字符串的读和写；

(3)获取串口字节数和串口暂停控制；

(4)关闭端口，完成通信。

4结论

剧毒液体灌装机桶口定位系统是一种集光、电、机械、计算机等技术于一体的智能检测系统。综合运用了计算机视觉技术，在采集及预处理时，将图像滤波并二值化，加快了系统整体的运行速度，能快速准确地检测出图像中的加注口位置，且实现方便、迅速，对于改进灌装设备行业具有重大意义。