Математическая модель процесса считывания и метод распознавания перфорированного кода в условиях кожевенного производства

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 675. 014. 017−535. 31−658. 512
¦а о
Разработана математическая модель процесса считывания кода с кожи, которая учитывает характеристики процесса считывания кода, а также наличие случайных воздействий и благодаря выбору наилучшей подсветки для каждого конкретного случая обеспечивает наиболее четкое изображение, и как следствие, достоверно считанный код. Выполнена модификация признакового метода распознавания кода, которая учитывает сложные аффинные преобразования и нелинейные искажения перфорированного кода на всех этапах обработки кожи и за счет нормализации и ранжирования признаков перфорированного кода обеспечивает достоверность считанного кода
¦о & amp-
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА СЧИТЫВАНИЯ И МЕТОД РАСПОЗНАВАНИЯ ПЕРФОРИРОВАННОГО КОДА В УСЛОВИЯХ КОЖЕВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
М. В. Дубровки на
Соискатель ученой степени кандидата технических наук, Младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории компьютерно-информационных и аналитических
систем
Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт
«Искра»
ул. Звейнека, 145 с, г. Луганск, Украина, 91 033 Контактный тел. (0642) 71−75−92, (068) 689−01−60 e-mail: margarita_dubrov@mail. ru
1. Ведение
Расширение глобальной конкуренции приводит к тому, что потребитель предъявляет все более жесткие требования к качеству продукции.
Особенность технологического процесса кожевенного производства состоит в том, что в процессе технологической обработки каждое изделие (в соответствии с маршрутной картой техпроцесса) попадает в различные партии.
Следовательно, для того чтобы обеспечить высокое качество изготавливаемой продукции, необходимо отследить точность соблюдения технологических режимов, что обеспечивается однозначной идентификацией изделий на каждом этапе обработки [1, 2]. Для решения этой задачи применяют маркировку кожи перфорированным кодом, который представляет собой прямоугольную матрицу отверстий инвариантную к повороту, смещению и зеркальному отображению информации, т. к. крайний столбец по вертикали и крайний ряд по горизонтали выполнены сплошными и являются базовыми при распознавании кода [3]. На основе сравнительного анализа различных методов считывания кода [4−8] установ-
лено, что наиболее эффективным для обеспечения достоверно считанного кода в условиях кожевенного производства является оптоэлектронный метод считывания на отражение.
2. Постановка задачи
При считывании перфорированного кода на различных этапах обработки кожи могут появиться ошибки, обусловленные:
— деформацией кожи в процессе технологической обработки, и как следствие, деформацией маркировочного кода [9]-
— разнообразием кож и ее особенностями на различных этапах обработки (на некоторых этапах — мокрая, пропитана химреагентами, имеет различный цвет, покрытие) [10]-
— присутствием дефектов поверхности кожи, которые могут вносить ошибку при формировании изображения кода [11, 12].
В результате выше перечисленных особенностей кожевенного производства при считывании кода возможно:
— неразличимость отверстий на фоне кожи (на некоторых видах кожи из-за ее цвета или покрытия) (рис. 1, а) —
— «пропадание» части кода в результате попадания на них дефектов поверхности или бликов (на некоторых видах кожи из-за покрытия) (рис. 1, б, в) —
аб
К тен = к
сф
|& lt-^0тен — ^тен^ ^тен
& gt- К
порог
= 0,2 ,
где ксф — коэффициент светофильтра, L0осв, LФосв0тен, LФтен) — яркость области отверстия и фона при счипвании по освещению (затенению)отверстий кода.
Если уровень черного изображения кожи В1 & lt- 0,5, то для данной кожи характерно К/осв & lt- К/тен. Если уровень черного изображения кожи В! & gt- 0,5, то для данной кожи характерно может быть К/осв & lt- К/тен или к/осв & gt- к/тен в зависимости от ее поверхности (гладкая или шероховатая).
Площадь освещенных или затененных отверстий (при считывании по освещенным или затененных отверстиях кода):
— площадь освещенных отверстий (при считывании по освещенным отверстиям)
^ Fосв, к, п)=св (С/,^, Ь, п ,
к
Рис. 1. Изображение (считанное и с последующей бинаризацией) с плохо различимыми отверстиями кода на фоне кожи (а) и изображения кодов с потерянной частью кода в результате дефектов поверхности (б) и подсветки (в)
где п — количество отверстий кода,
к — коэффициент перевода площади в мм2 к площади в пикселях,
Sосв — площадь освещенного отверстии кода (в мм2), вычисляется по формуле:

2-
п-Я
V,
С учетом данных особенностей считывания в условиях кожевенного производства не возможно обеспечение достоверно считанного кода при применении только математической обработки считанного изображения, поэтому к решению данной задачи х необходимо подходить комплексно: программными и аппаратными средствами.
360
2 2 2 2 (Сх + Ь — tаn, а — еоэ р) + (CY + Ь — tan, а — эш в) + Я V — RN
2
2 2 2 2 (Сх + Ь — tan, а — еоэ р) + (CY + Ь — tan, а — эт р) + Я V — RN
Rv--/ 2 2 х
2 -у (Сх + Ь — tan а-еоэ р) + (CY + Ь — tan а-эт в)
2 2 2 2 (Сх + Ь — tan, а — еоэ р) + (CY + Ь — tan, а — эш р) + Я V — RN
4 -RvV (Cх + Ь — tan а-еоэ р)2 + (CY + Ь — tan а-эш р)2
Для решения задачи обеспечения +2-
п-Я
N.
достоверности считывания перфорированного кода разработана математическая модель процесса считывания кода и метод распознавания считанного кода в условиях кожевенного производства.
3. Математическая модель процесса считывания кода
360
2 2 2 2 (^ + Ь — tan а-еоэр) + (CY + Ь — tan а-эт р) + RN — RV
2 — RN (^ + Ь — tan а-еоэ р)2 + (CY + Ь — tan а-эт р)2
2 2 2 2 (Cх + Ь — tan а- еоэр) + (CY + Ь — tan а- эш р) + - RV
--I 2 * Х
2 (Cх + Ь — tan а-еоэ р) + (CY + Ь — tan а-эш р)
х эт
2 2 2 2 (Cх + Ь — tan, а — еоэ р) + (CY + Ь — tan, а — эш р) + RN — Я V
4-RN ^^|(Cх + Ь-tanа-еоэр)2 + (CY + Ь-tanа-этр)2
Достоверность считанного кода F (d)= 1 [13], если а, Р~ характеризуют положение источника света в про-получено четкое изображение перфорированного кода странстве относительно кода (направление светового
при следующих основных условиях.
Контраст изображения перфорированного кода: — при освещении отверстий кода
к^осв = к
осв L0осв)| ^ сф'- т г кпорог
L0осв
при затенении отверстий кода
= 0,2 ,
потока),
Сх, Су, Яп, Яу — параметры отверстий кода (механическое смещение оси отверстий и радиус отверстия в верхней и нижней плоскости кожи,), Ь — толщина кожи.
При выполнении условия Nmin & lt- N & lt- Nmax, гдет, Nmax- верхнее и нижнее предельное значение площади отверстий (обусловлены влиянием технологии на геометрические характеристики кода).
в
— площади затененных отверстий кода (при условии отсутствия механического сдвига оси отверстий кода):
п т
N = Р7(х& gt-У>-п>-к) = & quot-к¦ I (У1(х)-У2(х№-

где
У1,2(х) =
n ¦ b
2¦ a¦ g¦ (m2 ¦ b2 -c2 ¦ n2)
2
(2¦a¦b¦m ¦(g — x)±
мацию кожи в процессе технологической обработки и, как следствие, деформацию маркировального кода- разнообразие кож и их особенности на разных этапах обработки и благодаря выбору наилучшей подсветки (по освещению или затенению отверстий кода) для каждого конкретного случая обеспечивает наиболее четкое изображение, и как следствие, достоверно считанный код.
±2 ¦ (с
T1,2 =
2 «2
(m2 ¦ b2 ¦ g2 + n2 ¦
2 2 2 «2Ч, 2 2 ¦ a — с ¦ n ¦ g) + с ¦ n
22 m ¦ a ¦
2 ¦ x))2),
ООО ООО
a ¦ g ¦ n ¦ m ¦ (2 ¦ a ¦ n ¦ m ± 2(c ¦ n ¦ g — m ¦ b ¦ g)2)
2 (m2 ¦ b2 ¦ g2 + n2 ¦
22 ¦ a — с
n2g2)
4. Признаковый метод распознавания перфорированного кода, считанного в условиях кожевенного производства
при
Dmaxv
2
, Dminv b=
h Di
h DI
2
D maxv — D maxn
Dminv — Dminn
g =
Dmaxv- cos? 2 ¦ (D maxv — D maxn)
Dmaxv- sin? 2 ¦ (Dminv — Dminn) D maxv
¦ (2 ¦ h ¦ tga — (Dmaxv — Dmaxn)), (2^ h ¦ tga- (Dminv — Dminn)),
(2 ¦ h ¦ tga- (Dmaxv — Dmaxn)),
2 ¦ tga ¦ (Dmaxv — D maxn)
где Dmaxv, Dmmv Dmaxn, Dminn — максимальный и минимальный диаметры отверстия в верхней и нижней плоскости кожи.
При радиус отверстия в верхней и нижней плоскости кожи Nmin & lt- N & lt- Nmax и аз & gt- а & gt- а2, (а3 — ограниченно глубиной дефектов- а2 — ограниченно условием не пересечения нижней плоскости отверстия).
При выполнении условий отсечения:
— несквозных дефектов & lt- Ьтах^е? — максимально допустимая глубина несквозных дефектов кожи (50% общей толщины кожи) —
— несоизмеримых дефектов
При распознавании перфо-
рированного кода, считанного в условиях кожевенного производства, возникают проблемы, обусловленные:
— смещением, поворотом, зеркальным расположением кода на считанном изображении-
— линейной и нелинейной деформацией кода.
Для обеспечения достоверности распознавания считанного с кожи перфорированного кода был взят за основу признаковый метод [14, 15], который доработан для учета сложных аффинных преобразований и нелинейных искажений перфорированного кода на всех этапах обработки кожи.
Для решения поставленной задачи выполнено нахождение базовых столбца и строки перфорированного кода.
Основано на:
— определении расстояний от центра кода до центра каждого отверстия кода (нахождение радиусов
D1 def & gt- Dmaxv = D0 ¦
d2 def & lt- Dminv = D0 ¦

2
pxi
m
+Пk i=1
2,
Пc1 — kpxi
i)
m
+П (1 i=1
kpyi)
D1def

m
+Пk i
1
2
pyi
D2def
Щ C1 — kPXi
i)
m
+П (1 i=1
kpyi)
где D1 def, D2 def — максимальный и минимальный размеры дефекта, i — пройденный этап обработки кожи.
Иначе F (d)=0.
Разработанная математическая модель считывания перфорированного кода учитывает: присутствие дефектов поверхности кожи, которые могут вносить ошибку при формировании изображения кода- дефор-
I 2 2
векторов Reg = ^ (Xck — %ogr + (Yck — Yog), где Xck,
Yck — центр тяжести кода без учета базовых строки и столбца, Xcog, Ycog — центр g-го информационного отверстия (g=1,…, n- n — количество информационных
отверстий кода) —
— выделении тех, которые попадают в первые 8 наибольших значений (при любом расположении информационных отверстий и соответственно центра тяжести кода значения радиусов до крайних точек базового столбца и строки и их общей точки попадают в эту группу) —
— дальнейшей проверке принадлежности остальных отверстий базовым столбцу и строке при выполнении условий.
Распознавание считанного с кожи перфорированного кода. Т.к. перфорированный код при считывании должен быть инвариантен к аффинным преобразованиям, то при нахождении направления вектора Reg необходимо учитывать местоположения центра масс базовых столбца и строки. Поэтому, для обеспечения инвариантности метода распознавания к повороту, смещению и зеркальному отображению исходного изображения в качестве базы для отсчета углов векторов
1
2
m
1
2
m
v
a=
2

2
используется вектор между центрами тяжести кода и базы (рисунок 2):
Xg = arccos (
(^(Xck — Xc& gt-g)2 + (Yck — Ycog)2)2 +
(^(Xck — Xcb)2 + (Yck — Ycb)2)2
2 -^(Xck — Xc& gt-g)2 + (Yck — Yc& gt-g)2 ^(Xck — Xcb)2 + (Yck — Ycb)2
+
^(Xcb — Xc& gt-g)2 + (Ycb — Yc& gt-g)2)2
2 -^(Xck — Xc& gt-g)2 + (Yck — Yc& gt-g)2 yj (Xck — Xcb)2 + (Yck — Ycb)2

где ХсЬ, Ycb — центр тяжести отверстий базовых строки и столбца.
Рис. 2. Нахождение направления вектора Re
g
В результате получены массивы значений радиусов векторов Reg и направлений векторов ag. Дальше выполнялась сортировка ag по возрастанию (ранжирование).
При этом была выполнено ранжирование значений радиусов векторов Reg в соответствии с углами. Для обеспечения инвариантности кода к масштабированию выполнена нормализация векторов кода (в результате получен массив Re nor).
Заключительным этапом распознавания являются сравнения с эталоном.
Эталонами являются считанные и занесенные в базу данные предприятия изображений кода сразу после их нанесения.
Вычисляется коэффициент корреляции K (Re nor, R etal), где R etal — радиусы векторов от центра масс кода (без учета базы) к каждому информационному отверстию в изображениях эталонах.
При поиске подобных наборов векторов используется принцип дихотомии:
Re noq Re nor2
Re nor =
jRe norg J =
Retal = [Retalg ] =
Re norn
R etali R etal2
R etal
n
K (Renor, Retal) = -
n •? Renorg Retal —? Renorg •? Retal g=1 g=1 g=1 n n n n
|(n•? Renorg2 -(? Renorg)2) (n•? Retalg -(? Retalg)2)
g=1
g=1
g=1
Если K (Re nor, R etal) & gt- Kporog (где Kporog — предельное значение коэффициента корреляции), то считанный код совпадает с эталонным, иначе — нет.
Разработан метод распознавания перфорированного кода с кожи, основанный на признаковом методе, который модифицирован для учета сложных аффинных преобразований и нелинейных искажений перфорированного кода на всех этапах обработки кожи и за счет нормализации и ранжирования признаков перфорированного кода (значения и направления расстояния от центра массы кода до центра каждого информационного отверстия кода) обеспечивает достоверность считанного кода.
5. Выводы
1. Разработана математическая модель процесса считывания кода с кожи, которая учитывает светотехнические и геометрические характеристики процесса считывания кода, а также наличие случайных воздействий (дефекты поверхности кожи и дефекты подсветки), и благодаря выбору наилучшей подсветки для каждого конкретного случая обеспечивает наиболее четкое изображение, и как следствие, достоверно считанный код.
2. Разработан метод распознавания перфорированного кода, считанного в условиях кожевенного производства. Данный метод основан на признаковом методе, который модифицирован и в отличие от существующих, учитывает сложные аффинные преобразования и нелинейные искажения перфорированного кода на всех этапах обработки кожи и за счет нормализации и ранжирования признаков перфорированного кода (значения и направления расстояния от центра массы кода до центра каждого информационного отверстия кода) обеспечивает достоверность считанного кода.
3. На основании разработанной математическая модель процесса считывания кода с кожи и метода распознавания разработана система считывания кода [16, 17], которая работает по адаптивному алгоритму и обеспечивает считывание кода с кожи с учетом ее разнообразия (цвет, влажность, покрытие) и деформации кода (изменение формы и размера отверстий, смещение оси отверстий, изменение шага между отверстиями и деформация формы кода) на всех этапах обработки кожи. Достоверность считывания кода обеспечивается за счет выбора наилучшего варианта подсветки — верхней и боковой, который обеспечивает максимальное значение контраста изображения
считанного кода при считыва-п нии кода по освещению или
затенению перфорированных отверстий.
При этом вероятность считывания кода — на вет блу — не менее 99,9%, с готовой кожи — не менее 98% (по данным
g=1
ЗАО «ВОЗКО», на котором была внедрена система). Это позволяет реализовать на всех стадиях обработки идентификацию кожи, что является одним из способов включения механизмов экономической заинтересованности, технологической ответственности, и в конечном итоге дает значительное повышение продукции высшего сорта.
Литература
1. Системи управлшня якютю. Вимоги: ДСТУ ISO 9001-
2001. — [Чинний вщ 27. 06. 01]. — Кшв: ДержСтандарт Украши, 2001. — 30 с.
2. Michael W. Wynne. Department of Defense Unique Identifi-
cation of Items. — 2005. — 6 р.
3. Дубровкина М. В. Комплекс идентификации и контроля
изделий для АСУ ТП кожевенного производства / М. В. Дубровкина // Вюник Схщноукрашського нацюнально-го ушверситету iM. В. Даля. — 2006. — № 9 (103). — Части-на 1. — С. 135 — 139.
4. Б. Малашевич. Бесконтактная идентификация [Электрон-
ный ресурс]. — Режим доступа: http//www. chipnews. ru/html. cgi/arhiv/0008/stat_25htm.
5. Кодирование шкур: от скотобойни до готовой кожи //
World Leather — 1998. — № 10.
6. А. И. Запунный. Тенденции развития методов и средств
контроля качества продукции зарубежных промышленных фирм / А. И. Запунный — К.: УкрНИИНТИ, 1980.
— 72с.
7. Неразрушающий контроль в промышленности [Электрон-
ный ресурс]. — Режим доступа: http: //www. ndt net ru.
8. Измерение. Методы неразрушающего контроля [Электронный ресурс]: La Metrologie est qualite des measures.
— Режим доступа: www. metrologie. ru/measure-vy-bor10. htm.
9. Дубровкина М. В. Исследование влияния технологическо-
го процесса на характеристики перфорированного кода / М. В. Дубровкина // Адаптивные системы автоматического управления. Региональный межвузовский сборник научных трудов. — Вып. 10 (30). — Днепропетровск, 2007.
— С. 32 — 44
10. Ульшин В. А. Адаптивный алгоритм считывания перфорированного кода / Ульшин В. А., Дубровкина М. В //
Искусственный интеллект: Научно-теоретический журнал. — Донецк, 2007. — Выпуск 3. — С. 113−122
11. Дубровкина М. В. Исследование влияния случайной составляющей на формирование образа перфорированного кода / М. В. Дубровкина // Системний анашз та шфор-мацшш технологи: Матер1али IX Мiжнародноi науково-техшчно! конференцй (15−19 травня 2007 р., Кшв). — К.: НТУУ «КП1», 2007. — С. 106
12. Дубровкина М. В. Исследование влияния дефектов поверхности кожи на формирование перфорированного кода при контроле качества изделий для АСУ ТП кожевенного производства / М. В. Дубровкина // Вюник Схщноукрашського нацюнального ушверситету im. В. Даля. — 2007. — № 5 (111) — частина 1. — С. 183 — 188.
13. Дубровкина М. В. Математическая модель устройства считывания кода информационно-аналитической системы управления технологическим процессом / Дубров-кина М. В., Шаповалов В. Д. // Системш технологи. Репональний мiжвузiвський збiрник наукових праць. — Днепропетровськ, 2007. — Випуск 2 (49). — с. 118−122.
14. Общая схема алгоритмов распознавания [Электронный ресурс] / Антон Конушин, Ольга Баринова, Вадим Кону-шин, Антон Якубенко, Александр Велижев. — МГУ ВМК (Graphics& amp-Media lab), 2008.- Режим доступа: http: //cour-ses. graphicon. ru/main/vision2008/lection/cv_2008_02pdt.
15. Е. П. Путятин Нормализация и распознавание изображений [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http: // sumschool. sumdu. edu. ua/is-02/rus/lectures/pytyatin/pet-eatin. htm.
16. Дубровкина М. В. Адаптивное устройство считывания перфорированного кода с кожи / М. В. Дубровкина // Автоматизащя технолопчних об^екйв та процеав. По-шук молодих: Збiрник наукових праць VIII Мiжнарод-но'-1'- науково-техшчно'-1'- конференцй асшран™ та студенев (м. Донецк, 11−14 травня 2008р.) — Донецьк, ДонНТУ, 2008. — с. 105−107.
17. Пат. 34 341 Украша, МПК G 06 K 9/00. Адаптивнш при-стрш зчитування перфорованого коду для шгаряного виробництва / Дубровкша М. В.- заявник та патентов-ласник Науково-дослщний та проектно-конструкторсь-кий шститут «1скра». — № u 2008 2 444- заявл. 25. 02. 2008- опубл. 11. 08. 2008, Бюл. № 15.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой