基于Hough变换与最小二乘拟合的香烟小包拉线错牙检测方法

摘要：针对小盒香烟包装生产过程中经常出现外包装透明薄膜上没有拉线或拉线错牙等现象，提出一种基于图像处理技术的检测方法。首先，对烟包拉线图像进行边缘检测，获得拉线的轮廓；其次，利用Hough变换检测小盒拉线的上下边缘；当Hough变换无法完全找到拉线的上下边界时，采用最小二乘算法对左右两侧拉线弧进行圆拟合，最后根据计算出的拉线宽度或两圆心的垂直距离判断拉线是否错牙并计算出拉线错牙偏移量。实验结果表明所提方法能有效地检测出烟包拉线的错牙程度，且具有较好的鲁棒性和有效性。

关键词：拉线错牙；图像处理；霍夫直线检测；最小二乘圆拟合

中图分类号：TP3文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.10036199.2017.01.024

1引言

目前，国内各大烟草制造企业的包装都是在高速流水线上进行，设备的自动化程度高，机械电器控制系统复杂，生产过程中可能会产生不合格品。其中，在小盒香烟包装生产过程中， 因为设备精度下降、故障等原因经常出现外包装上没有拉线或拉线错牙等现象，并且该类现象在香烟包装质量问题中占有较大比例。目前各烟厂基本靠抽检，这种检测方式有较大滞后性和随机性，人工无法准确判断快速移动的小盒是否存在拉线或拉线错牙的问题。当发现不合格产品时生产早已进入后续工序，不利于质量追溯和责任认定，严重影响了相关部门或车间的生产和质量管理水平。同时，不合格产品会减少用户的满意度，也会降低品牌价值和产品信誉。因此， 在卷包生产线上进行香烟小包包装质量检测，是非常有经济效益和社会效益的。这有利于在线提高生产质量和管理水平，也可为全厂实施生产执行系统（MES）提供实时、准确和真正有用的数据，进而对建设创新性工厂、提升企业形象提供有力支撑。

图像检测技术通过对采集的图像进行处理、识别，近几年在香烟外包装质量检测中得到了广泛应用。李风波设计了一种基于机器视觉技术的包装透明纸拉线检测系统，可检测出拉线缺失、拉线偏移等缺陷[1]。张留刚运用图像特征统计、模版匹配等算法对香烟条包正面拉线和端面折线进行检测，有效地找出包装不合格的烟条[2]。王磊将图像识别技术应用于透明纸、拉线异常的检测中，在条包输送线上得到了较好的检测效果[3]。提出了一种基于机器视觉的香烟小包外包装膜破损检测方法[4]。

目前尚无关于香烟小包拉线错牙检测方法的研究，针对云南省曲靖卷烟厂香烟小包拉线错牙实时检测的要求，本文提出一种基于图像识别技术的检测方法。针对边缘检测算法获取的边缘存在较多冗余信息问题，提出了一种基于链码长度判断的边界取舍方法，可明显减少图像中的目标像素个数且能保留拉线的主要轮廓信息，极大地减少Hough变换和最小二乘拟合拉线弧的时间，提高检测的精度。经过实际检验，开发的相关软件系统具有良好的实时性和适应性，可有效地检测出小盒香烟外包装上没有拉线或拉线错牙的情况，满足了香烟生产企业卷包部门的检测要求。

2检测原理与流程

2.1烟包拉线错牙检测原理

3检测原理与流程

3.1边缘检测

图像的边缘是所要提取目标和背景的分界线，提取出边缘才能将目标和背景区分开来。图4是使用三种不同边缘检测的结果，Sobel算子获得的边缘较模糊，拉线的上下边界不突出且拉线弧也不连续。形态学提取的边缘较完整，但其对弱边缘的检测能力不足，如图4（b）中没有找到拉线的上边界。Canny算法可以在噪声和边缘两者间找到较好的平衡，能确定真正弱边缘的位置，检测到的边缘位置与实际边缘之间的偏差最小

3.2冗余边界处理

Canny检测得到的边缘存在较多的冗余信息，如D4（c）中红色圈内的白色像素，其不仅影响拉线边界和拉线弧的检测精度，而且会增大后续处理的运算时间，降低系统的实时性。从图4（c）中可以看出，需要保留的边界链码连续，而冗余边界的链码长度较短，因此采用八邻域搜索算法提取每一条边界的链码，根据链码长度对边界进行取舍。

以顺时针方向搜索起始像素P的八邻域内的每一个像素，直至找到白色像素W（若黑色为背景），将其设置为当前边界像素点并搜索其八邻域。重复该过程，当起始像素被第二次访问时算法终止。上述过程遍历的白色像素即封闭区的边界如图5所示。冗余边界处理后的结果如图6所示：

5结论

本文针对香烟生产过程中广泛存在的香烟小包拉线错牙问题，提出一种基于图像处理技术的拉线错牙检测方法，测试结果验证了所提方法的有效性和鲁棒性。提出的基于链码长度的边界取舍方法，减少了Canny边缘检测后的冗余信息，极大地降低了Hough直线检测和最小二乘圆拟合的时间，提高了检测速度。该方法已在所研制的基于机器视觉的小盒香烟拉线错牙智能检测系统中得到应用。

参考文献

[1]李风波，文政幸，杨光，等.基于机器视觉技术的拉线检测系统设计[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2015，14（3）：1-3.

[2]张留刚，张乐年，李计刚，等.烟箱重量在线检测系统的研究[J].长沙航空职业技术学院学报，2007，7（2）：48-50.

[3]王磊，张疆，邹玉胜，等.卷烟包装图像识别检测技术[J].机械工程与自动化，2010，（5）：116-118.

[4].基于机器视觉的香烟外包装膜在线检测技术研究[D].武汉：华中科技大学，2006.

[5]许宏科，秦严严，陈会茹，等.一种基于改进Canny的边缘检测算法[J].红外技术，2014，（3）：210-214..

[6]NASHAT S，ABDULLAH A，ABDULLAH M Z，et al.Unimodal thresholding for Laplacianbased CannyDeriche filter[J]. Pattern recognition letters，2012，33（10）：1269-1286.

[7]段汝娇，赵伟，黄松岭，等.一种基于改进Hough变换的直线快速检测算法[J].仪器仪表学报，2010，31（12）：2774-2780.

[8]GUERREIRO A.ConnectivityEnforcing Hough Transform for the Robust Extraction of Line Segments[J].IEEE Transactions on Image Processing ， 2012，21（12）：4819-4829.

[9]陈明晶，方源敏，陈杰，等.最小二乘法和迭代法圆曲线拟合[J].测绘科学，2016，41（1）：194-197，202.

[10]朱嘉，李醒飞，谭文斌，等.基于圆心约束最小二乘圆拟合的短圆弧测量[J].光学精密工程，2009，17（10）：2486-2493.

第36卷第1期2017年3月计算技术与自动化Computing Technology and AutomationVol36，No1Mar. 2 0 1 7第36卷第1期2017年3月计算技术与自动化Computing Technology and AutomationVol36，No1Mar. 2 0 1 7