基于機(jī)器視覺的IC 卡自動(dòng)挑線系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

高曉靜　梁鵬　吳偉文

摘要：針對(duì)智能IC卡自動(dòng)挑線的需求，采用C++和OpenCV，提出一種基于機(jī)器視覺的IC卡自動(dòng)挑線系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用 CCD 攝像機(jī)攝取現(xiàn)場IC卡圖像，圖像傳送到 PC 機(jī)上，在 PC 上對(duì)圖像進(jìn)行處理并根據(jù)檢測的結(jié)果發(fā)出控制信號(hào)，系統(tǒng)一共有以下功能：圖像預(yù)處理、邊緣檢測、邊緣特征提?。旤c(diǎn)、夾角以及特征點(diǎn)等），實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的挑線輔助工作。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺；邊緣檢測；特征提取

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）35-0105-03

Abstract：Aiming at the requirement of smart IC card auto thread picking mechanism， this paper proposes a smart IC card auto thread picking based on machine vision by using C++ and OpenCV. The system accesses IC card image by using CCD camera. Image is transformed to PC machine and processed. The robot is controlled by processed results. System is composed by preprocess module， edge detection module and edge feature extraction module. The experimental results show that our proposed system can pick up thread picking automatic.

Key words：Machine Vision； Edge Detection； Feature Extraction

1 概述

2011年3月15日，中國人民銀行發(fā)布了《中國人民銀行關(guān)于推進(jìn)金融IC卡應(yīng)用工作的意見》，正式在全國范圍內(nèi)啟動(dòng)銀行卡芯片化（簡稱EMV遷移）工作，“十二五”期間將全面推進(jìn)金融IC卡應(yīng)用。截止2014年底，中國已累計(jì)發(fā)行銀行卡近50億張，其中金融IC卡累計(jì)12.26億張，其中2014年新增6.34億張，剩余的磁條銀行卡均需換成金融IC卡，市場容量巨大。金融IC卡不僅從根本上替代傳統(tǒng)磁條卡以提高銀行卡的安全性，滿足人民群眾對(duì)支付安全的迫切需求。

然而金融IC卡制造過程復(fù)雜、精細(xì)，其中IC卡挑線碰焊制造設(shè)備分為挑線、扶線、碰焊三道工序，如圖1所示，挑線工序是指從銑槽后的卡槽中，用鉤針挑出卡片中細(xì)微的金屬絲并放置于卡槽兩側(cè)，其加工要求是金屬絲被完整地挑出卡槽；扶線工序是指將挑出的金屬絲用夾具扶直，其加工要求是垂直（誤差不大于9度）于卡面；碰焊工序是指用具有吸附功能的前端夾具將芯片卡移出，并處于電焊針垂直方向，運(yùn)動(dòng)手臂推動(dòng)金屬線頭運(yùn)動(dòng)到電焊針處。三者匯聚后，電路閉合，電焊針融化金屬線頭上的焊錫，與芯片卡對(duì)應(yīng)的電路接口相連接。加工的金屬絲僅為0.01mm，加工過程要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化。

機(jī)器視覺已經(jīng)逐漸成為工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中的主要技術(shù)解決手段之一[1-5]，彭娟設(shè)計(jì)了基于機(jī)器視覺來對(duì)模具進(jìn)行檢測的技術(shù)的方案，搭建了檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用 CCD 攝像機(jī)攝取現(xiàn)場注塑模具圖像，圖像傳送到 PC 機(jī)上，在 PC 上對(duì)圖像進(jìn)行處理并根據(jù)檢測的結(jié)果發(fā)出控制信號(hào)，完成檢測的工作[6]。伍濟(jì)鋼用薄片零件尺寸機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)硬盤中的彈性臂薄片零件和精密標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸進(jìn)行了檢測，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明視覺檢測系統(tǒng)可以有效地對(duì)精密零件進(jìn)行檢測[7]。

基于上述需求，本文提出一種基于機(jī)器視覺的IC卡自動(dòng)挑線系統(tǒng)。采用機(jī)器視覺系統(tǒng)對(duì)加工過程進(jìn)行輔助，系統(tǒng)一共有以下功能：圖像預(yù)處理、邊緣檢測、邊緣特征提?。旤c(diǎn)、夾角以及特征點(diǎn)等）。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 開發(fā)環(huán)境及相關(guān)技術(shù)

系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境采用Visual Studio 2010，開發(fā)語言為C++，視覺API采用OpenCV。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)采用SQL Server 2008。光源采用單側(cè)LED背光板，相機(jī)采用svs4022CFGE相機(jī)。

2.2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

系統(tǒng)流程圖如圖1所示，分為幾個(gè)主要步驟：輸入、預(yù)處理、特征提取、輸出。IC卡挑線碰焊工序中需要挑出卡片中細(xì)微的金屬絲進(jìn)行自動(dòng)碰焊，內(nèi)部電路線頭構(gòu)件的位置都有所不同，要求加工機(jī)器人不僅實(shí)現(xiàn)柔性感知，同時(shí)加工精度要求控制在±0.01mm。因此，智能機(jī)器人系統(tǒng)不僅需要采用機(jī)器視覺感知內(nèi)部電路線頭，還需要進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的背景顏色，選擇合適的光源照明方案，以便獲取最佳的含有目標(biāo)信息的最小容量的數(shù)字圖像。

2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的功能模塊主要分為四個(gè)部分：輸入模塊、預(yù)處理模塊、特征提取模塊、輸出模塊。移動(dòng)客戶端功能模塊由首頁和通訊錄模塊組成，平臺(tái)功能模塊由用戶管理、系統(tǒng)管理、實(shí)用接口和安全四個(gè)模塊組成。首頁中包括新聞和應(yīng)用導(dǎo)航，滿足用戶通過手機(jī)終端進(jìn)行新聞和使用應(yīng)用。通訊錄提供了搜索、瀏覽、打電話、發(fā)郵件、發(fā)短信和去溝通等功能。用戶管理和系統(tǒng)管理則實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的后臺(tái)管理以及用戶細(xì)分功能。應(yīng)用接口則滿足用戶通過手機(jī)終端或者頁面完成公文處理、報(bào)賬以及新聞評(píng)論的需求。安全模塊則在鏈路安全和應(yīng)用安全雙層體系進(jìn)行了設(shè)置。

1）輸入模塊

攝像機(jī)和采集卡獲取的圖像是彩色圖像，包含信息量大，圖像處理速度較慢?？紤]到挑線碰焊識(shí)別技術(shù)不需要使用彩色和視覺系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，對(duì)彩色圖像進(jìn)行灰度化處理是必需的?；叶然褪鞘共噬腞、G、B分量值相等的過程，灰度圖像中的灰度Gray值等于原彩色圖像中的RGB值的平均值即：Gray=（R+G+B）/3。

2）預(yù)處理模塊

在圖像中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)對(duì)比度不夠的情況，這可能是由于圖像記錄裝置的動(dòng)態(tài)范圍大小所致，也可能是由于圖像采集過程中的原先曝光不足所造成的。為了保證可以得到圖像中金屬絲的特征，以便于進(jìn)一步分析與處理。采用直方圖均衡化可使圖像的灰度間距拉開或使灰度分布均勻，從而增大反差，使圖像細(xì)節(jié)清晰，達(dá)到增強(qiáng)的目的。

4）輸出模塊

根據(jù)提取的特征點(diǎn)所在的位置，設(shè)計(jì)電機(jī)控制與輸出模塊之間的通信，構(gòu)建視覺伺服電機(jī)，用來定位控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，具體控制技術(shù)方案如2圖所示。

3 實(shí)驗(yàn)及分析

系統(tǒng)在廣東省廣州市某機(jī)電設(shè)備有限公司智能IC卡生產(chǎn)設(shè)備上進(jìn)行了應(yīng)用，圖3為系統(tǒng)軟件的生產(chǎn)過程截圖：

4 結(jié)論及未來工作

本文提出一種基于機(jī)器視覺的IC卡自動(dòng)挑線系統(tǒng)。采用機(jī)器視覺系統(tǒng)對(duì)加工過程進(jìn)行輔助，系統(tǒng)一共有以下功能：圖像預(yù)處理、邊緣檢測、邊緣特征提?。旤c(diǎn)、夾角以及特征點(diǎn)等），實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的挑線輔助工作。此外，系統(tǒng)為IC卡實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)提供了必備的軟件支撐，也加快了智能IC卡制造企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。未來的主要工作集中在進(jìn)一步提高系統(tǒng)的魯棒性和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

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[7] 伍濟(jì)鋼. 薄片零件尺寸機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].華中科技大學(xué)，2008.