基于FPGA的烟梗在线检测系统设计.pdfVIP

中国烟草学报ActaTabac撕aSinica 基于FPGA的烟梗在线检测系统设计 l湖南中烟工业有限责任公司技术研发中心，长沙市雨花区劳动中路386号410008； 2深圳市格雷柏机械有限公司，深圳市福田区天安数码城创新科技广场B17lO室518040 摘要：为了实现烟片中烟梗的在线检测并剔除，设计了一种以基于FPGA的高速图像处理设备为核心的烟梗在线检测系统。该 系统采用x光源透射皮带上的烟叶以及烟梗，探测器接收衰减的x射线，形成数字图像并传送到高速图像处理设备，在高速图 像处理设备中采用图像处理算法进行烟梗图像识别，再通过控制剔除子设备分离出烟片中的烟梗，同时可通过工控机观察烟梗图 像。实验结果表明该系统可以实现大部分烟梗的识别，且剔除率可达到90％以上。 关键词：烟梗；FPGA；图像处理；在线检测 引用本文：席建平，易浩，刘斌，等．基于FPGA的烟梗在线检测系统设计【J】．中国烟草学报，2016，22(5) 烟片原料的纯净度在很大程度上决定着烟支的品 容，易于设计；⑨FPGA是专用集成电路中设计风险 质，烟片原料的纯净度越高，生产出的烟支品质就越 最小、开发费用最低、设计周期最短的器件之一。本 高，而烟梗是影响烟片原料纯净度最大的因素，因此 文着重描述了以基于FPGA的高速图像处理设备为核 去除烟片中的烟梗是烟支生产过程中一项重要工 心的烟梗X光透射在线检测剔除系统以及在线检测 艺[I。2】。目前，行业对烟叶中含梗烟片剔除方式包括 并剔除烟片中烟梗‘昏101的应用效果。 人工精选和自动化辅助两种模式。人工精选，采用选 1系统总体架构及原理 叶工逐片筛选方式，费时费力，效率低下；自动化辅 助精选模式主要有两种，第一种采用风选方法，通过 在生产线上，有烟梗的烟叶在传送带上进行传输， 抛落抽风等方式将与烟片悬浮速度差异较大的含梗烟 烟梗在线检测属于动态检测，因此对烟梗在线检测系 片剔除【3。5】。其缺点是设备稳定性相对较差，风分效 统的要求很高。传统的工业检测系统通常用工控机作 率难以精确控制。第二种方法采用一定的自动化技术， 为系统的核心，但由于工控机具有实时性差、稳定性 将大流量烟叶自动按照节拍分到多个皮带上，皮带将 差、成本高等缺点，在工业环境下无法长期稳定运行。 烟叶传输至选叶工位前，选叶工将含梗烟叶挑选出来 本系统是以基于FPGA的高速图像处理设备为烟梗图 并人工去除烟梗。这种模式效率相对有所提升，速度 像数据的处理核心，将工控机作为系统的用户交互控 可达到20公斤／小时／人。目前，从国内外的相关文 制中心，系统的总体架构见图1。 献报道来看，国外尚没有一种自动化精确分离含梗叶 ——————．1剔际于仅备l 片的设备，国内通过图像处理技术检测剔除含梗叶片 竺I圈 的相关研究相对也较少，都无法应用于实际生产。为 ·±当幽l工控机 了解决以上问题，采用X射线透射成像，通过基于 图1系统总体架构 FPGA的图像处理识别烟叶中的含梗烟片并且剔除， oVerallarchitecmre Fig．1 是一种有效的自动去除片烟中的烟梗的方法。FPGA 有如下特点：①采用FPGA设计专用集成电路，无需 从系统架构图可以看出，本系统以X射线探测 投片生产就可以得到合用的芯片；②FPGA内部有丰器作为系统的图像源，这是由于常用的图像光谱法很 富的触发器和I／0引脚，可以与COMS，TTL电平兼难找到烟梗和烟叶的显著的、稳定的区分