系统软件实现 - 基于SOPC技术的PET瓶缺陷检测系统设计

2系统软件实现

　　2.1软件总体设计

　　系统配置完成后，摄像头获取图像，送人SDRAM存储器，每帧图像经转换生成图像数据进入预处理模块进行灰度变化、阈值分割、二值化和边缘跟踪，使用硬件语言进行处理和结合NIOSⅡ处理器进行图像的先后续处理和控制，处理后的图像经数模转换在监视器上实时显示。系统软件总流程图如图7所示。

　　2.2图像后处理算法的设计

　　2.2.1NIOS中使用C++实现图像检测判断准则

　　(1)求取瓶盖上边缘到基准线的最大距离，先与标准瓶盖的上边缘到基准线的标准距离比较，判断瓶盖旋封是否合格，大于标准距离，认为瓶子不合格，剔除瓶子。

　　(2)通过左边缘直线、右边缘直线分别和基准线、上边缘的直线之间的夹角来判断瓶盖旋封是否合格，如果4个夹角都在(90°-δ)内(δ为一个允许的误差，取一个很小的角度)，认为瓶子合格，否则瓶子不合格，剔除。

　　2.2.2设计步骤

　　(1)采集经过适当预处理的图像数据后，首先找出瓶盖和瓶身的分割线，该分割线位于瓶颈区域，通过分割线，确定瓶盖所在区域，缩小了后面图像的识别范围，如图8所示。

　　

 

　　(2)在PET瓶的瓶颈和瓶盖部分有一个天然的分隔区域，在该分区区域内能找出一条距离最长的线段，规定该线段作为基准线，并求出该基准线与水平方向的夹角，如图8中所示。

　　(3)求取瓶盖上边缘上的点到基准线的距离，找出上边缘到基准线距离最大的点，并求出该最大距离d，然后根据第一条判断准则进行判断。

　　(4)分别提取出瓶盖左边缘、右边缘和上边缘上的点，接着采用Hough直线变换去除干扰点;然后用最小二乘法线性拟合出3条，并求出其与水平方向的夹角。

　　(5)利用已求出的4条直线与水平方向的夹角，可以求出左边缘确定的直线(右边缘确定的直线)与基准线之间的夹角;左边缘确定的直线(右边缘确定的直线)与上边缘确定的直线之间的夹角一共有4个角，然后根据第二条判断准则判断瓶子是否合格，流程图如图9所示。

　　

 

　　3结果

　　由系统检测在VGA上显示的背光光源效果、边缘跟踪效果图分别如图10和图11所示。

　　

 

　　图12和图13为歪盖情况经二值化后的效果图与以第一准则识别的功能图。

　　

 

　　由PC机处理的PET瓶缺陷检测，在灌装线上实现检测的，一般情况约为2～3瓶/s。经采用基于FPGA芯片的SOPC方法处理实现检测速度可达约90ms处理完一瓶的图像，且检测准确率达99%以上。不仅满足了系统的设计要求，也达到生产线速度性能指标。

　　4结语

　　介绍系统各模块的功能和设计，依据设计的逻辑需求自制相应的IP，如摄像头驱动CCD_Controller，SDRAMController，VGAcontroller，以及对外连接的PIO组件，如按键Key_pio和sw_pio等组成系统硬件的构建，再由计算机生成硬件系统。在构建的硬件系统上建立软件设计，并针对元器件在NIOSⅡ中的图像处理程序设计，阐述基于SOPC在图像处理方面的设计方法。实际应用证明了FPGA在图像处理的可行性及在处理速度上的优势。