基于機器視覺的物體包裝盒實時貼標系統設計

摘要：為了實現打印貼標機智能貼標的需求，提出了一種基于機器視覺的物體包裝盒實時貼標系統設計方案，并完成了系統的軟件設計和整套硬件測試。該系統的硬件部分主要用來獲取圖像數據以及進行打印貼標操作，軟件部分采用基于輪廓提取和形狀特征識別相結合的圖像處理技術，能夠完成對其輸出圖像進行目標識別和實時定位，并通過串口通信將數據轉發給控制系統。實際應用表明，該系統具有操作簡便、測試準確的特點，達到了設計要求。
關鍵詞：機器視覺；目標識別；實時定位；串口通信

目前，工業生產上對物體包裝盒的貼標主要采用光電傳感器等觸發機器的方式，并通過計算距離、速度等方式估算目標物的位置，這樣貼出來的標簽精度不高，需要再度進行人工檢測，費時耗力，不能滿足大規模的高精度貼標需求。由于機器視覺系統可以快速獲取大量信息，而且易于自動處理，也易于同設計信息以及加工控制信息集成，因此，機器視覺已廣泛應用于工業檢測、工業探傷、精密測控、自動化生產、郵政自動化、糧食選優、顯微醫學操作以及各種危險場合工作的機器人等領域。打印貼標行業為了提高生產力，獲取快速、高效的貼標方法，引進機器視覺技術已成為大勢所趨，首先通過對目標物的識別和實時定位來獲取所需的位姿信息，再通過攝像機標定得到目標物在線上的精確坐標，最后交由貼標機器進行貼標操作。
可見，對目標物的實時位姿信息的獲取變得非常重要。為了實現對目標物的快速識別和準確定位，在做了需求分析的基礎上，提出并設計了一種基于機器視覺的物體包裝盒實時貼標系統(以下簡稱“貼標系統”)設計方案。該系統能夠完成對目標物準確貼標，具有應用價值。

1 系統需求分析
針對為滿足實時獲取物體包裝盒精確位置的需求，結合實際平臺與應用場景，經過分析主要從物體輪廓進行切入，因所有物體的外包裝盒均為規則的長方體，故而采取經過一系列圖像預處理后再對目標物進行矩形檢測的辦法得到包裝盒貼標面的中心點坐標。
要想完成以上系統的設計，需要做好以下幾個方面。首先需要能夠驅動工業相機，并通過硬件觸發的方式使相機能夠在合適的時機獲取多張圖片；其次，應能對相機獲取到的圖片進行有效的圖像處理，需進行一系列的算法設計從而能夠實時獲取目標物的圖像坐標；再次，還應進行攝像機標定，將獲取到的目標物圖像坐標轉換成世界坐標系也就是機器線上的真實坐標；最后系統要能夠與上位機控制部分集成并能夠持續不間斷的運作，直到系統要求退出。

2 系統總體設計
該貼標系統總體結構圖如圖1所示，首先傳送帶將目標物輸送至工業相機的視野，并觸發光電傳感器給出一個3．3～12 V高電平信號觸發相機進行抓拍，獲取目標物的圖像信息；然后，通過千兆網線將圖像數據傳輸至控制中心(上位機)，上位機的視覺處理模塊將對獲取到的圖像進行處理，并將處理得到的數據交由運動控制模塊；接著，運動控制模塊根據獲取到的有效數據實行對機器部件的命令控制；最后，機器部件根據上位機的指示進行打印和貼標操作，從而實現一次完整的貼標過程。