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1、 纸病检测 背景纸病的概述传统的检测方式现代纸病检测系统发展趋势 背景 1 造纸业一直占重要地位 已经成为一些经济发达国家的支柱产业2 我国造纸工业却出现生产量增长滞后于消费量增长的情况 需要大量的进口纸张 3 纸张幅值宽 纸机车速快是当今造纸业中一个重要的特点 单靠人工肉眼检测纸张缺陷已不可能 纸病的概述 凡不包括在纸张质量技术要求范围内的纸张缺陷均可称为纸病 纸病的一般性定义 如果纸张的纤维结构分布偏离了标准模型的纤维结构的理想分布 就可以认定产生了纸病 即纸张的不同外观纸病实际上是对理想纤维结构的某种严重偏离 在纸张的抄造过程中 纤维结构的分布是随机的 质量高的纸张其分布是随机而均匀的
2、从物体亮度的物理性质看 纸病代表了灰度对背景平均值的偏离 不同纸病其偏离程度不同 不同种类的偏离 代表了不同类型的外观纸病 几种常见纸病常见纸病主要有褶子 透明点 孔眼 破洞 尘埃 脏点 条痕 皱纹 斑点 硬质块 纤维组织不匀 裂口 切边不整齐 不洁净 毛布痕 色调不一等等 褶子 通常指纸页重叠或折叠形成的可以分开或不能分开的折痕 分暗色细条纹状的小斜褶和粗条痕状的大斜褶两种形状 在张力作用下能伸开的折子叫活褶子 反之叫死褶子 透明点 通常是指纸页上纤维层比较薄 但并未完全穿透 其透光度较纸页其他部位为大的部分 小者叫透明点 成道成片的叫透帘 孔眼 破洞 孔眼 破洞一般指纸页上产生的完全穿透的
3、没有纤维的部分 极易在透射光照射下凭肉眼看出 一般小的称孔眼 大的叫破洞 尘埃 脏点 一般是指纸页表面肉眼可见且与纸面颜色有显著区别的小杂质 传统的检测方式 在以前的纸张生产过程中 纸的外观纸病通常不借助仪器设备进行测试 主要是利用光线凭肉眼与手摸直接对纸张的外观纸病进行抽查检测分析 主要的检测方法有 迎光 透光 检测 反射光平视检测 反射光斜视检测 手摸检测 缺陷 1 利用人工抽检的抽检率低 单靠这些样本反映出纸张表面的质量情况的真实性不能被保证 而且很难用肉眼检测出微小的缺陷 很可能造成纸病的漏检 2 人工检测缺乏检测的一致性和科学性 检测人员的主观判断占了一定比例 不同检测人员判断标准会
4、不同 同一纸病可能会得出不同的结论 导致纸病分类不准确 大大降低了检测的可信度 3 检测环境比较恶劣 劳动强度大 对检测人员的危害很大 现代纸病检测方式随着纸机车速的不断提高 纸张面临着出现更多缺陷的风险 人工肉眼检测外观纸病已不现实 因此出现了纸病检测系统 纸病检测系统 纸病检测系统 WebInspectionSystemWIS 是目前已被广泛接受的造纸过程监测系统之一 它能对纸及纸板的生产过程提供全面的监视及测量 纸病检测系统的现状 国外的 ABB公司ULMA系统 ES17系统 MeasurexRoibox公司的MXOpenWIS系统OMRON公司的AUTOSPEC系统 霍尼韦尔 美杰公司
5、的达芬奇系统 国内的 国内第一个纸病检测系统是浙江大学双元公司于2004年自行开发推出的SYWIS3000治病检测分选系统 最近该公司又推出了SYWIS3200纸病检测系统 最早的纸病检测系统 ABB公司的ULMA产品是最早的在线纸幅检测系统 在70年代初期 它采用光电晶体管传感器 红外光光源和附加输出报警信号及驱动颜色打标器和打印机 该系统的主要局限在于它不能检测到纸边 纸边裂口 和不能检测到连续的纸病如褶子和刮痕等 只对简单的纸病可以检测 如洞眼 斑点等 现代纸病检测系统 80年代初期 新一代的基于CCD Charge coupledDevice 技术的WIS系统投放市场 这种系统采用CC
6、D元件作为传感器 因为通过CCD相机的检测不需要接触被检测物体 而且检测精度比较高 另外CCD相机还具有灵敏度高和动态范围广的特点 CCD相机分为线阵和面阵两种 其中线阵相机适合检测动态物体 而面阵则更适用于静态物体的检测 现代纸病检测系统的基本原理 在纸张的整个幅面上 用若干个CCD 电荷耦合元件 摄像机在线检测专用光源反射或透射光的强度 转化成电信号 经计算机处理 判断出纸张上各种外观纸病的类型 尺寸及位置 同时 用色标器在幅面的边缘打上标记 以便在后续的整理工序中针对不同纸病进行相应的处理 提高成品的合格率 三个阶段 纸页缺陷的在线检测过程实际是计算机或者数字信号处理器采用图像处理算法分
7、析由图像采集装置采集的纸页图像 并输出相关信息或者根据分析结果进行某种操作的过程 采集纸页图像 第二阶段 处理纸页图像 第三阶段 根据第二阶段的处理做出相应的输出 纸页图像的采集 纸页图像的采集过程实际上是将纸张的光学特性转换成利于数字信号处理的电信号的过程 对于这个采集过程而言 影响采集质量最主要的是纸页反射或者折射的光和接受这些光的光电转换器件 通常由光源的照明 光学器件 以及传感器构成 主要包括相机横梁和光源横梁 光源横梁用于给纸幅提供充足 明亮 一致的照明 根据纸种的不同 可以使用穿透式或者反射式照明 而相机横梁则安装有线阵的CCD相机 为了满足检测分辨率的需求 横梁上可以采用多达数十
8、个相机以覆盖整个纸幅宽度 纸页图像的处理 纸页缺陷检测系统要实现的是自动检测出纸张中存在的缺陷 因此 对于纸页图像的处理就是利用数字图像处理技术将纸页图像中存在的缺陷搜索出来 并对这些缺陷进行分析 包括缺陷种类 面积大小 位置等 处理结果的输出 纸页缺陷检测的目的是为了提高纸产品的质量 因此 处理完纸页图像并不是检测的结束 根据检测的结果进行相关的操作才是检测的主要目的 比如 在纸上标记存在缺陷的位置 为提高产品质量奠定坚实的基础 保存纸页缺陷信息 为分析造纸过程中可能出现的故障提供有用的信息 纸病检测的方法 阈值法形态学方法灰度级统计法 阈值法 阈值法是一种简单有效的纸病检测方法 它用一个或
9、几个阈值将图像的灰度级分为几个部分 认为属于同一个部分的像素是同一个物体 优点 计算简单 运算效率高 适合实时检测 缺点 该方法对不同的纸张 不同的纸病所选取的阈值都是不同的 所以通用性差 抗噪声能力也不尽如人意 形态学方法 数学形态学是研究图像形态结构特征与快速并行处理方法的理论 通过对目标图像的形态变换 实现结构分析和特征提取 数学形态学算子的性能主要以几何方式进行刻画 传统的理论却以解析方式的形式描述算子的性能 而几何描述特点似乎更适合视觉信息的处理和分析 优点 该方法克服了阈值法检测中不同纸病选取不同阈值的繁琐工作 而且对图像细节和边缘定位具有很好的结果 特别是对噪声图像 灰度级统计法
10、 灰度级统计法是一种基于纸页纤维结构随机分布的统计分析方法 从物体亮度的物理性质看 纸病代表了灰度对背景平均值的一种偏离 不同纸病其偏离程度不同 随机信号的标准差 均方差 正是信号的幅值相对于均值分散程度的一种表示 所以用统计的方法可以检测和定义各种纸病 JukkaIivarinen等利用灰度共生矩阵的各种统计量作为纹理特性的度量 于2000年提出了基于共生矩阵和自组织神经网络的纸病检测方法 在纸病检测中的一些快速算法 小波变换比如利用小波奇异性可对纸病处的奇异性来区分其和背景纹理 Hough变换可对褶子等直线型纸病进行检测改进Hough变换可解决治病缺陷中存在较近斜率或截距造成的误检问题CB形态学滤波的形态学的纸病检测抗干扰能力强 发展趋势 随着各种快速算法和高性能信号处理器件的出现 利用空域分析 频域分析 小波变换 统计方法 建模法的结合将是纸病检测研究的一种趋势
