棒材自动计数系统的开发

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图像分 割是 提取 图像 中与 感兴趣 部分 相对 应 的 那 些 区域 ,通 过设 定 阈值 ,对 图像进 行二值 化 处理 是常用 的 图像 分割 方法之 一 。设 图像 fXY 的灰度 (,)
O 控 制 板 发 送 停 止 链 床 的命 令 ,使 链 床 驱 动 电机
停 转 ,链 床停 止 ,再进 行分 钢等 操作 。 5 )在 链 床 传 动 轴上 安 装编 码 器 ,其输 出 的脉
方 法 自动 搜 寻 出 比较 合适 的 分 割 阈值 。先 用 初 始 阈 值 把 原 图 全 部 像 素 分 成 目标 、 背景 两 大 类 ,然 后 分 别 对 其 进 行 积 分 ,并 将 结 果取 平 均 ,获 得 一
因素 的干扰 而含 有噪 声 ,噪声 恶化 了图像 质量 ,给
后续 的图像 分割 等处理 过程 带 来困 难 ,所 以在 从 图
的研 究工作。
第3 卷 3
第7 期
2 1 - ( ) 【9 0 1 7下 6】
务l
匐 出
n1 - ,若 以升序 对 g进行 排序 后得 到 S ,则 g的 中 i
值 为 : da g =S/ 。 me i n(i i ) 2
中值 滤波 前 后效果 如 图 2 、图 3所 示 。
像 中提 取各 种特 征之 前 ,需要减 少 和消除 图像 中的 噪 声 ,即对 图像 进行 平 滑 滤 波。 滤 波方 法 有 多种 ,
如 :邻 域 平均法 、低通滤 波 、 中值 滤波 等 。综合考 虑执 行速 度及 效果 等 因素后 ,选 用 了中值滤 波 。具 体 方法 是 :选 用一 个 含有 奇数 个 点 的滑 动 窗 口 W ,
5 )界面简单 , 采用触摸 屏 , 方便 现场工人 操作 ;
尘 和随 机光 线的影 响 ,会产 生多计 现 象 ,或 者 当棒
材 出现 粘连 和重叠 时现 象 ,会 产生 漏计 现象 。为解 决漏 计 问题 ,可 以在生 产线计 数工 序之 前增 加机械
6 棒材 端 面照 明光 源亮 度可软 件调 节 。 )

( 中冶京诚工程技术 有限公司 ,北京 1 0 ) 1 6 0 7 要 : 棒材计数 问题一直是 困扰我国棒材 生产企业 的一个难题 ,目前广泛采 用的人工计 数方法和光
电检测等方 法满足不 了企业要 求。因此 ,开 发出基于机器 视觉和 图像 处理技术 的棒材自动计 数系统 ,系统 通过对棒材 端面图像进 行预处理 、图像分割 、数学形态 学处理 、目标 识别等手 段 获得图像 中的棒材根 数 ,并介绍 了系统的 软件 和硬件 情况。该系统 可以有效提 高计数准确
冲信 号输 入 置 于 工控 机 中 的 计数 卡 , 测得 链 床 移 动 速 度 ,进 而获 得 前 后 两 幅 图 片 中相 同棒 材 的位 移量 ,图像识 别 系统 利用 位移 量实 现 图像跟 踪 。
范围是 (l h,阈值 是介于 T和 T 之间的一个 T, ) T l h 整数 ,则分 割 后的 图像 中标 记为 l的像素 对 应于 感 兴趣 的 目标 ,标 记为 0的像 素对应于背 景 ,表示为 :
色光源 会增 加棒 材端 面光 反 射强 度 。 2 )拍 摄 装 置 采 用 黑 白 数 码 摄 像 机 , 采 用 黑
1 系统功能
采 用 机 器 视 觉 方 法 ,利 用 工 业 相 机 、照 明光
源 、 图像 采 集卡 等设 备 获 取 生 产 线 上 运 动 的棒 材
端 面 ,通 过 计 算 机 图像 处 理 等方 法 ,准 确 识 别 出 中 棒 材 的 根 数 ,并 根 据 打捆 数 量 要 求 ,在 棒 材 中
述 措施仅 可 以解决 较粗棒 材 的光 电计数 问题 ,对于
解决 细棒 材 的重叠 和 交叉无 能为 力 。为 解决 上述 两种 方法 的不 足之 处 ,我 们开 发 了基于 图像 识别技 术 的棒 材 自动计 数 系统 。
成 5~ 1 0度的 夹角 ,可 减少棒 材 上表面 的 光亮 度 。 照 明 光 源 采 用 以超 高 亮蓝 色 聚 光 二 极 管 制 成 的 蓝 色 L D 光 源 ,因 为 生产 线 上 的棒 材 经上 道 工 序 冷 E 剪切 割 后 ,其 端 面 经 常呈 现 蓝 色 ,所 以 ,采 用 蓝
自动最佳分割阊值算法如下 : 第 一步 :求 初始 阈值 T- o () 3
心点像素的灰度值。其数学形式为 H :
g(, ) x y =me in< (- , - )(, ∈ ) 1 da fx k y i k i W .( ) , )
式中: W一
所选 定 模板 窗 口 ,这 里选 5 ×5;
第二步 :迭 代求 出新 的 阈值 ,
务l l 化 I 》

l k 十 娜hk hk T k l J ‘. h ‘I 酉 ∑ y
() 4
式 中 h—— 灰度值 为 k的像 素 点个数 。
第 三 步 :如果 + = ,则 T= ,程序 结束 ; 否 则 ,i 1 i + ,转 第二 步 。
图 1 系统 结构 图
图 2 摄 像 机 采 集 的 原 图
3 链 床 上 下 方 各 安 装遮 光 装 置 ,上 方 为 遮 光 )
箱 ,可 罩 住 棒 材 端 部 ,遮 挡 背 景 光 ,下 方 为 可 调
节 高 度 的 遮 光 板 ,与 棒 材 端 部 在 同 一 垂 直 面 上 , 遮挡 下部 反射 光 。
个 新 的 阈 值 ,之 后 再 以此 阈 值 将 图 像 分 成 目标 、 背 景 ,并 用作 新 的 阈值 函数 ,如 此反 复 迭代 下 去 , 当迭 代 收 敛 于 某 个 稳 定 的 阈值 时 ,此刻 的 阈值 即 作 为最 终 的阈值 结果 ,用 于对 图像 的分 割 。
把 滑动窗 口内覆盖 的子 图 中的各 点像 素的 灰度值 按 大 小排序 后 ,取其 中间位置 的值 来代 替滑动 窗 口中
mr / n s;
计数方 式 ,人工 计数 方式 劳动 强度高 、效率 低 ,为 避 免 出错 ,在管理 方面 采取 多人 重复计 数方 法 以保 证 准确 率 ,人 力 成本较 高 ,这种 计数方 式也 与棒 材
全 连轧 制不 匹配 ,成为棒 材 厂 自动 化 生产过 程 中的 速 度瓶 颈 n 】 电检 测计 数方 式 由于受 氧化 铁皮粉 。光
D i1 .9 9 J i n 1 0 -0 3 .0 1 7 下 ) 2 o : 3 6 / . s .0 9 1 4 2 1.( .0 0 s
0 引言
目前 ,我 国钢厂 在棒 材计数 方 面主要 采用人 工 计数 和光 电检 测两种 方式 。绝大 多数 企业 采用人 工
计数 ;
标 图 像 清 晰 度 。相 机 传 感 器 采 用 逐 行 扫 描 C D, C 连 接 计 算 机 的 数 据 接 口 采 用 I E 1 9 a 帧 率 E E 34 ,
为 3fs 拍 摄 装 置 与 棒 材 端 部 的 水 平 距 离 为 0p 。
1m~2 . 5 m,位 于链 床 水平 面 以上 ,且 与 该平 面在
题 。系统 具体功 能 如下 : 1 时 显 示 生 产现 场 棒 材 端 面 图 像 、并 对 其 )实
棒 材端 部 形 成 5~ 1 的夹 角 。拍摄 视 场 宽 度为 0度
30 0 mm ~ 7 0 0 mm,高度 为 2 0 0 mm。
畋稿日期:2 1- 1 4 0 1 0 -1 作者简 介:王丹 民 (9 0 17 一) ,男 ,辽宁沈 阳人 ,高级工程 师,博士 ,主要从事钢铁生 产过 程 自动化 、图象识 别等方面
间适 当的 位置 标 识 出满 足 生 产要 求 的分 钢 位 置 。 该方 法 可 以 有效 解 决 对 于 光 电检 测 法 无 法 解 决 的 细棒 材 在 重 叠 、交 叉 和 无 法 分 离 情 况 下 的 计 数 问
白 方 式 可 增 加 目标 对 象 与 背 景 的 区 别 ,提 高 目

根棒 材 的坐标 位置 ; 第 二 步 :利 用 安 装 在 传 输 链 电 机 轴 上 的 编 码
图4 二 值 化 后 效 果 图
3 1 腐蚀 .. 3
器 可 以获 得 同一 棒 材在 前 后两 帧 图 片 中的位 移 差 , 并考 虑 留有一 定 的误 差范 围 ; 第 三 步 :利用 前 一 帧 图 片 中最 后 一 根 棒 材 的 坐 标 位 置 以 及 位 移 差 ,可 以得 到 前 一 帧 中最 后 一
I l 似 I 5
棒材 自动计数系统的开发
De vel opm entof t t he au om atc i countng s t i ys em orst f eeIbar
王丹民 ,孙庆文 。沈迎君 ,王永涛 ,李耀军
WA a - n SU n . e , E igj n WA o gto L Y o u NG D n mi, N Qigw n SH N Yn - , NG Y n - , I a q n u a
率和生产效率 ,实现棒材计数过程的自动化和产品打捆的标准化。 关键词 :棒材 ;自动计数 ; 机器视 觉 ;图像处 理 中图分类号 :T 3 5 6 G 3 . 文献标识码 :A 文章编号 :1 0 - 1 4 2 1 ) ( - 0 9 0 9 0 ( 0 1 7下) 0 6 - 3 0 3
2 )满 足 打 捆 根 数 要 求 时 自动 控 制 链 床 停 止 , 并 在屏幕 上 实时 显示 分钢 位置 ;
3 )适用 于 棒 材产 品规 格直 径 lmm ~ 2 mm, O 5 或 更宽范 围的产 品规 格 ; 4 )满 足 链 床 运 行 速 度 范 围 3 0 0 mm/ 1 0 s~ 0 0
2 系统结构
系统 结构 如 图 1 示 ,具体 说 明如下 : 所 1 光 源与棒 材端 部 的水 平距 离 为 1 m ~ 2 ) . 5 m, 位 于 链 床 水 平 面 以 下 ,且 与 该 平 面 在 棒 材 端 部 形
平铺 装 置 ,实 现棒 材的单 层平 铺且 相互分 离 ,但上
式 中 T, I 分 别 是图像 f x Y 中最小 和 最 Tl -一 (,)
大 灰 度值 ;
fxy, XY—— 分 别为中值滤波 前后的图像 ; (,)g(,) meil da—— 中值算 法 。 有 n 1 设 个值 g, 0 1… , i= , , i
[0 第3卷 71 3 第7 期 21- ( ) 0 1 7下
4 棒 材 端 面 图 像 经 图像 采 集卡 输 入 到 图像 识 )
别 系统 ,经过 图像 处理 后 识 别 出 图像 中棒 材 根数 。 当棒 材 根 数 达 到 打 捆 根 数 要 求 时 ,在 屏 幕 上 最 后

图 3 中值 滤 波 后效 果 图
312 图像分 割 .。
根棒 材位 置 后面 标识 出分 钢位 置 , 同时 系统 向 I /
图像二 值化 后 如图 4所示 。 .
图6 计 数 后 效 果 图
帧 中所 对 应的位 置 ,以识 别 出在 当前 帧 中相对于 前

帧新 增加 的棒材 ,并 进行 累加 计数 。算 法如下 :
第 一 步 :对 当前 帧 图 片 进 行 图 像 处 理 ,获 得
每 根 棒 材 的坐 标 位 置 ,并 保存 前 一 帧 图 片 中最 后

3 图像识别 系统
31 棒材根数识别 .
311平 滑滤 波 .. 棒 材 图像在 采集过 程 中因 受到 背景光 线等诸 多

由于 外 界 光 源 亮 度变 化 或 受 到 杂 光 干 扰 ,采
用固定的阈值 分割方法效果较差 ,为使图像分割 具 有 更好 的鲁 棒 性 和 自适 应 性 ,采 用 阈 值 迭 代 的
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