基于机器视觉的条码自动检测系统构成.doc

基于机器视觉的 条码自动检测系统构成 ■ 王烨青 摘要：基于机器视觉的条码自动检测系统，可以完成从条码图像采集到对采集的条码图像进行图像处理、识读的系统流程。针对条 码检测的特点，结合各种硬件本身的特性，实现了条码自动检测系统的整体结构设计。 关键词：条码识读; 机器视觉; 结构设计 经过多年的发展，机器视觉技术已 经在工业自动化检测方面具有了广泛 的应用。在大批量、高效率的工业生产 过程中，用人工视觉检测产品 ，方法效 率低且精度不高。用机器视觉检测方法 则可以大大提高检测效率和生产自动 化程度。 1．机器视觉系统 机器视觉系统一般采用 CCD 摄像 机获得检测图像，并利用计算机对数字 图像信号进行处理，从而得到所需要的 各种图像特征值。机器视觉系统的基本 组成主要包括：照 明 光 源 、图 像 获 取 及 数字化设备、计算 机 系 统 、输 出 与 外 部 接口设备。其中照明光源主要有：荧光 光源、LED 光源、光纤光源等。图像获取 及数字化设备主要用于获取图像，并将 图像输入计算机，主要包括：CCD 相机、 图像采集卡等。CCD 相机获取的视频信 号必须转换成为离散的数字量，才能被 计算机所采集和显示。图像采集卡起到 把摄像机的模拟信号转换成离散的数 字量的作用。图像信息的处理和分析由 计算机系统完成，将图像中感兴趣的特 征有选择的突出，衰减不需要的特征， 从而达到识别、检测的目的。完成检测 之后的结果，可以通过输出与外部接口 设备显示及输出。 2. 条码自动检测系统 视觉检测系统使用 与 计 算 机 相 联 的摄像机来摄取图像，然后将图像转换 成机器可读的形式，软件程序被用来处 理这个数字化的图像，以取得需要的信 息[1]。基于机器视觉的条码自动检测系 统利用设置在生产线上的高速 CCD 摄 像机直接得到被测条码的图像，摄像速 度在 30 帧/s 以下，且可调。CCD 摄像机 将被测条码转换成图像信号，传送给图 像处理系统。图像系统对这些信号进行 处理识别，得出识别结果。系统构成主 要考虑四个方面，即光源、CCD 摄像机、 图像采集卡、计算机系统。系统实验装 置如图 1 所示。 （1）光源。 视觉检测系统中的 光 源 应 尽 可 能 地突出物体特征量，在物体需要检测的 部分与不重要部分之间，应尽可能地产 生明显的区别，增加对比度。同时还应 保证足够的整体亮度，物体位置的变化 不应该影响成像的质量。光源设备的选 择必须符合所需的几何形状，照明亮 度、均匀度、发光的光谱特性也必须符 合实际的要求，同时还要考虑光源的发 光效率和使用寿命。 在本课题系统中， 使 用 的 是 日 本 CCS 公司直接型条形方式 LED 光源。高 密度的 LED 阵列置于紧凑的、成直角 的、可倾斜的发光照明单元内。照明光 源角度几乎可被自由地设成任意角度。 如图 2 所示。 图 1 系统实验装置 图 2 直接型条形方式 LED光源照明  使用直接型条形方式 LED 光源照 明，所拍摄的图像受表面材料和背景影 响较小，所得图像对比度好，图像质量较 高。尤其在对容易反光的表面材料拍摄 时，能很好地抑制反光，避免了有用信息 的丢失，有利于减少系统处理时间，加快 识读速度，提高识读正确率。图 3 为使 用光源照明的二维条形码图像。 ③相机的输出接口形式有 RS422、 RS644、USB、IEEE1394 以 及 Cameralink 等。在选择相机时，要注意图像采集卡 是否支持所选相机的输出形式。 CCD 器件是系统获得待处理 信 号 的重要部分，直接影响到整个系统方案 的成败。在本课题系统中，根据系统的 实际情况和具体要求，采用台湾敏通公 司生产的 MTV-1881EX 摄像机。该摄像 机 使 用 的 是 SONY 面 阵 CCD， ICX039DLA，其光谱响应灵敏度的峰值 约位于 λ=518nm 处，与正常人眼的明视 觉光谱光视效率峰值比较接近。图 4 所 示为其光谱响应灵敏度曲线。 发出复合同步信号，从而保证不同设备 输出的视频信号具有相同的帧起始时间 [3]。多个相机就会有多个输出信号，这就 要求图像采集卡支持多路输入输出。 ③数据流量。大多数图像采集卡都 是基于 PCI 形式的，这就有一个数据流 量大小的问题。PCI 接口的最大理论带 宽为 132MB/S，但在实际使用过程中通 常只能达到 50~90MB/S。如果瞬间数据 流量太大，就可能导致数据丢失。为了 解决这个问题，图像采集卡上应该有数 据缓存。有的图像采集卡上有板上内存， 可解决这个问题。 在本课题系统中，选用加拿大 Ma－ trox 公司的 Orion 图像采集卡。该图像采 集 卡 兼 容 S -Video、PAL/NTSC、RGB、 RS-