適於球形水果表面檢測的按需觸發圖像採集方法及裝置的製作方法

2023-05-02 21:32:16

專利名稱：適於球形水果表面檢測的按需觸發圖像採集方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種適於球形水果表面檢測的按需觸發圖像採集方法及裝置。
背景技術：
目前，我國水果的產後處理水平還十分低下，大部分水果採摘後未經產後處理就直接上市，影響了水果的商品價值。也有一些水果被依照其成熟度、表面缺陷、果梗的完整性和大小、重量等分級指標的分級由人工和肉眼識別判斷，因而水果的分類具有較大的主觀性，效率相當低下，極大地阻礙了我國國民經濟的發展和農民收入的提高。現有的水果分級設備主要是通過水果的重量和大小等一兩項指標，前者主要是採用篩孔、滾筒間隙等方式來進行，後者主要是利用電子稱、力平衡支架來進行分級的設備，這類設備對存在有表面缺陷、果形獨特的水果無法分級，且存在分級過程中易損傷水果表面等不足。
在以機器視覺為基礎的水果品質檢測方法中，為了檢測水果整個表面，所採用的方法主要有鏡面反射法採用單個攝像機，檢測時水果作平動，利用鏡子反射無法為攝像機所拍攝到的水果其它表面；上下攝像機法在載物臺上打孔，在載物臺上下兩側各放一個攝像機，檢測時水果作平動，穿過兩個攝像機的視場，對兩攝像機所攝像的圖像進行合成，以得到水果全部表面信息；水果滾動法採用單攝像機，水果用滾輪承載，檢測過程中，水果同時作平動和滾動，在固定的位置拍攝水果的多幅圖像，然後進行合成處理。
這些方法並不能保證得到水果表面的全部信息在鏡面反射法和上下攝像機法中，水果必然需要一定的支撐，因而不可避免會有一部分表面被遮擋，導致得不到全部水果表面信息；而在水果滾動法中，由於水果直徑不盡一致，在固定的位置採集水果圖像，會出現這種情況小的水果在兩次拍攝之間滾動的角度過大，某些表面會被多次拍攝，可能會漏拍一些表面；而大的水果在兩次拍攝之間滾動的角度過小，某些表面可能會漏拍。

發明內容
針對水果滾動法的不足，本發明的目的在於提供一種適於球形水果表面檢測的按需觸發圖像採集方法及裝置，根據水果直徑大小，自動調整拍攝時機的方法，保證攝像機拍攝到水果全部表面。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一、適於球形水果表面檢測的按需觸發圖像採集方法水果進入視場後，觸發控制器產生觸發信號，觸發圖像採集卡採集圖像，獲取水果的第1幅圖像，由計算機計算其半徑，並將水果半徑通過RS232口傳輸給觸發控制器，觸發控制器計算出水果轉過90度所需時間，作為圖像採集的時間間隔，並用作定時器的定時時間長度，定時器中斷響應程序響應定時器中斷，產生觸發信號，觸發圖像採集卡採集圖像，獲取水果的其餘3幅圖像。
二、適於球形水果表面檢測的按需觸發圖像採集方法的裝置為實現上述方法，本發明包括編碼器，兩個鏈輪，鏈式輸送裝置，光照箱，觸發控制器，攝像機，圖像採集卡，計算機及水果轉速控制器組成的機器視覺系統。兩個鏈輪間裝有鏈式輸送裝置，一個鏈輪上裝有編碼器，鏈式輸送裝置的上鏈條下裝有水果轉速控制器，與水果轉速控制器對應的鏈式輸送裝置的上鏈條上裝有光照箱，光照箱內裝有攝像機，攝像機與圖像採集卡相連，觸發控制器分別與編碼器、圖像採集卡和計算機相連。
所述的鏈式輸送裝置包括鏈條，滾輪軸，滾輪；滾輪軸穿過鏈條和滾輪，上裝被測水果的滾輪對稱地分布在鏈條的兩側。
所述的觸發控制器包括微處理器U0，串口電平轉換器U1，第一電容C1，第二電容C2，第三電容C3，第四電容C4，第一電阻R1，第二電阻R2，三極體Q0；微處理器U0為AT89C2051，串口電平轉換器U1為MAX232，三極體Q0為9012；第一電容C1連接在串口電平轉換器U1的第1腳和第3腳上，第二電容C2連接在串口電平轉換器U1的第4腳和第5腳上，第三電容C3連接在串口電平轉換器U1的第2腳和電源正極上，第四電容C4連接在串口電平轉換器U1的第6腳和GND上；串口電平轉換器U1的第11腳連接在微處理器U0的第2腳上，串口電平轉換器U1的第12腳連接在微處理器U0的第3腳上，串口電平轉換器U1的第14腳連接計算機8串口1的TXD端，串口電平轉換器U1的第13腳連接計算機8串口1的RXD端；微處理器U0的第6腳一方面通過第一電阻R1連接在電源正極上，另一方面連接在編碼器1的輸出端，微處理器U0的第19腳連接在三極體Q0的基極上；三極體Q0的發射極連接在電源正極上，三極體Q0的集電極一方面通過第二電阻R2連接GND上，另一方面連接在圖像採集卡7的觸發輸入端。
所述的水果轉速控制器包括調速電機，傳動鏈條，鏈輪，第一輥輪，第二輥輪，帆布傳送帶；調速電機通過傳動鏈條與鏈輪連接，鏈輪安裝在第一輥輪上，第一輥輪和第二輥輪通過帆布傳送帶連接。
所述的編碼器安裝在一個鏈輪上，其輸出的同步脈衝連接在觸發控制器微處理器U0的第6腳；鏈式輸送裝置通過鏈條環繞在鏈輪上；光照箱安裝在鏈式輸送裝置的上方；攝像機安裝在光照箱內部上方，攝像機的輸出信號通過電纜輸入到圖像採集卡的圖像輸入端；圖像採集卡安裝在計算機的插槽內，其觸發採樣信號輸入端通過電纜連接在觸發控制器的三極體Q0的集電極上；觸發控制器串口電平轉換器U1的第14腳連接計算機串口1的TXD端，串口電平轉換器U1的第13腳連接計算機串口1的RXD端，其三極體Q0的集電極連接在圖像採集卡的觸發信號輸入端；水果轉速控制器安裝在由鏈式輸送裝置形成的環內，位於光照箱下方；在光照箱下方，滾輪壓在帆布傳送帶上；計算機上安裝水果圖像檢測軟體。
本發明具有的有益的效果是本發明根據水果的直逕自動調整圖像採集時刻，保證水果整個表面的檢測。


圖1是本發明的結構原理示意圖；圖2是觸發控制器電路原理圖；圖3是觸發控制時序示意圖；圖4是水果轉速控制器示意圖；圖5是圖1的A處局部放大圖；圖6是圖1的B向視圖；圖7是視場中水果位置示意圖；圖8是滾輪結構及裝置結構圖。
圖中1、編碼器，2、鏈輪，3、鏈式輸送裝置，3.1、鏈條，3.2、滾輪軸，3.3、滾輪，4、光照箱，5、觸發控制器，6、攝像機，7、圖像採集卡，8、計算機，9、水果轉速控制器，9.1、調速電機，9.2、傳動鏈條，9.3、鏈輪，9.4、第一輥輪，9.5、帆布傳送帶，9.6、第二輥輪，10、被測水果，11、視場。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明機器視覺系統由編碼器1，鏈輪2，鏈式輸送裝置3，光照箱4，觸發控制器5，攝像機6，圖像採集卡7，計算機8及水果轉速控制器9組成的機器視覺系統。兩個鏈輪2間裝有鏈式輸送裝置3，一個鏈輪2上裝有編碼器1，鏈式輸送裝置3的上鏈條3.1下裝有水果轉速控制器9，與水果轉速控制器9對應的鏈式輸送裝置3的上鏈條3.1上人裝有光照箱4，光照箱4內裝有攝像機6，攝像機6與圖像採集卡7相連，觸發控制器5分別與編碼器1、圖像採集卡7和計算機8相連。
如圖5和圖6所示，鏈式輸送裝置3由鏈條3.1，滾輪軸3.2，滾輪3.3組成；滾輪軸3.2穿過鏈條3.1和滾輪3.3，滾輪3.3對稱地分布在鏈條3.1的兩側。
如圖2所示，觸發控制器5由微處理器U0，串口電平轉換器U1，第一電容C1，第二電容C2，第三電容C3，第四電容C4，第一電阻R1，第二電阻R2，三極體Q0等組成；微處理器U0為AT89C2051，串口電平轉換器U1為MAX232，三極體Q0為9012；第一電容C1連接在串口電平轉換器U1的第1腳和第3腳上，第二電容C2連接在串口電平轉換器U1的第4腳和第5腳上，第三電容C3連接在串口電平轉換器U1的第2腳和電源正極上，第四電容C4連接在串口電平轉換器U1的第6腳和GND上；串口電平轉換器U1的第11腳連接在微處理器U0的第2腳上，串口電平轉換器U1的第12腳連接在微處理器U0的第3腳上，串口電平轉換器U1的第14腳連接計算機8串口1的TXD端，串口電平轉換器U1的第13腳連接計算機8串口1的RXD端；微處理器U0的第6腳一方面通過第一電阻R1連接在電源正極上，另一方面連接在編碼器1的輸出端，微處理器U0的第19腳連接在三極體Q0的基極上；三極體Q0的發射極連接在電源正極上，三極體Q0的集電極一方面通過第二電阻R2連接GND上，另一方面連接在圖像採集卡7的觸發輸入端。
如圖4所示，水果轉速控制器9由調速電機9.1，傳動鏈條9.2，鏈輪9.3，第一輥輪9.4，第二輥輪9.6，帆布傳送帶9.5組成；調速電機9.1通過傳動鏈條9.2與鏈輪9.3連接，鏈輪9.3安裝在第一輥輪9.4上，第一輥輪9.4和第二輥輪9.6通過帆布傳送帶9.5連接。
如圖1、圖2所示，編碼器1安裝在一個鏈輪2上，其輸出的同步脈衝連接在觸發控制器5微處理器U0的第6腳；鏈式輸送裝置3通過鏈條3.1環繞在鏈輪2上；光照箱4安裝在鏈式輸送裝置3的上方；攝像機6安裝在光照箱內部上方，攝像機6的輸出信號通過電纜輸入到圖像採集卡7的圖像輸入端；圖像採集卡7安裝在計算機8的插槽內，其觸發採樣信號輸入端通過電纜連接在觸發控制器5的三極體Q0的集電極上；觸發控制器5串口電平轉換器U1的第14腳連接計算機8串口1的TXD端，串口電平轉換器U1的第13腳連接計算機8串口1的RXD端，其三極體Q0的集電極連接在圖像採集卡7的觸發信號輸入端；水果轉速控制器9安裝在由鏈式輸送裝置3形成的環內，位於光照箱4下方；在光照箱4下方，滾輪3.3壓在帆布傳送帶9.5上；計算機8上安裝水果圖像檢測軟體。
被測水果10裝載在由4個相鄰滾輪形成的空間內。
工作時，在外部動力機帶動下，鏈輪2順時針方向旋轉，帶動鏈式輸送裝置3作順時針環繞運動，另一方面，編碼器1也隨鏈輪2旋轉，並按一定的規律產生脈衝信號(如圖3所示)每個脈衝的下降沿對應被測水果10在視場中FV0位置(如圖7所示)；被測水果10隨鏈式輸送裝置3從左側進行光照箱；然後按下面的流程進行處理(如圖7、圖8所示)①當被測水果10到達視場11的第1個圖像採集位置(FV0處)時，編碼器1產生的脈衝信號產生中斷，微處理器U0響應中斷，產生觸發信號，觸發圖像採集卡7採集該水果的第1幅圖像，並啟動定時器1開始計時；②計算機8在收到圖像採集卡7採集的圖像後，對該圖像進行處理，計算出該水果的半徑RF，將水果半徑RF通過RS232口傳遞給觸發控制器5，產生串行通訊中斷；③觸發控制器5響應串行通訊中斷，先從定時器1讀取計時值，作為第1幅圖像採集及計算水果半徑所用的時間TC1；④按式(1)計算該水果旋轉90度所需的時間TF，扣除第1幅圖像採集及計算水果半徑所用的時間TC1後，以時長TC2為定時時間長度啟動微處理器U0的定時器1進行定時；⑤當定時器1完成定時後，產生中斷，微處理器U0中斷響應程序再次產生觸發信號，觸發圖像採集卡7採集該水果的下一幅圖像；⑥判斷當前水果的4幅圖像是否完成，如果完成，則等待編碼器1產生的脈衝信號產生中斷，重複①；否則微處理器U0以時長TF為定時時間長度再次啟動定時器1進行定時，重複⑤；下式用來計算水果旋轉90度所需的時間TF 式中TF-水果觸發時間間隔 -水果的轉動速度 由式(2)確定
式中 -滾輪的轉動速度 -水果與滾輪切點處水果的旋轉半徑 -水果與滾輪切點處滾輪的旋轉半徑 由式(3)確定 式中V2-帆布傳送帶9.5與滾輪接觸段的水平速度V1-鏈條3.1的水平速度RR1-滾輪3.3大徑 由式(4)確定 式中RF-水果的半徑，由計算機在第1幅圖像採集後檢測得到α-滾輪3.3傾角 由式(5)確定 式中b-兩個滾輪內側間距長度的一半α由式(6)確定=artgRR2-RR1B---(6)]]>式中RR2-滾輪3.3小徑B-滾輪3.3的寬度
權利要求
1.一種適於球形水果表面檢測的按需觸發圖像採集方法，其特徵在於水果進入視場後，觸發控制器產生觸發信號，觸發圖像採集卡採集圖像，獲取水果的第1幅圖像，由計算機計算其半徑，並將水果半徑通過RS232口傳輸給觸發控制器，觸發控制器計算出水果轉過90度所需時間，作為圖像採集的時間間隔，並用作定時器的定時時間長度，定時器中斷響應程序響應定時器中斷，產生觸發信號，觸發圖像採集卡採集圖像，獲取水果的其餘3幅圖像。
2.用於權利要求1所說的適於球形水果表面檢測的按需觸發圖像採集方法的裝置，其特徵在於機器視覺系統包括編碼器(1)，兩個鏈輪(2)，鏈式輸送裝置(3)，光照箱(4)，觸發控制器(5)，攝像機(6)，圖像採集卡(7)，計算機(8)及水果轉速控制器(9)組成的機器視覺系統；兩個鏈輪(2)間裝有鏈式輸送裝置(3)，一個鏈輪(2)上裝有編碼器(1)，鏈式輸送裝置(3)的上鏈條(3.1)下裝有水果轉速控制器(9)，與水果轉速控制器(9)對應的鏈式輸送裝置(3)的上鏈條(3.1)上裝有光照箱(4)，光照箱(4)內裝有攝像機(6)，攝像機(6)與圖像採集卡(7)相連，觸發控制器(5)分別與編碼器(1)、圖像採集卡(7)和計算機(8)相連。
3.根據權利要求2所述的一種適於球形水果表面檢測的按需觸發圖像採集方法及裝置，其特徵在於所述的鏈式輸送裝置(3)包括鏈條(3.1)，滾輪軸(3.2)，滾輪(3.3)；滾輪軸(3.2)穿過鏈條(3.1)和滾輪(3.3)，上裝被測水果(10)的滾輪(3.3)對稱地分布在鏈條(3.1)的兩側。
4.根據權利要求2所述的一種適於球形水果表面檢測的按需觸發圖像採集方法及裝置，其特徵在於所述的觸發控制器(5)包括微處理器U0，串口電平轉換器U1，第一電容C1，第二電容C2，第三電容C3，第四電容C4，第一電阻R1，第二電阻R2，三極體Q0；微處理器U0為AT89C2051，串口電平轉換器U1為MAX232，三極體Q0為9012；第一電容C1連接在串口電平轉換器U1的第1腳和第3腳上，第二電容C2連接在串口電平轉換器U1的第4腳和第5腳上，第三電容C3連接在串口電平轉換器U1的第2腳和電源正極上，第四電容C4連接在串口電平轉換器U1的第6腳和GND上；串口電平轉換器U1的第11腳連接在微處理器U0的第2腳上，串口電平轉換器U1的第12腳連接在微處理器U0的第3腳上，串口電平轉換器U1的第14腳連接計算機8串口1的TXD端，串口電平轉換器U1的第13腳連接計算機8串口1的RXD端；微處理器U0的第6腳一方面通過第一電阻R1連接在電源正極上，另一方面連接在編碼器1的輸出端，微處理器U0的第19腳連接在三極體Q0的基極上；三極體Q0的發射極連接在電源正極上，三極體Q0的集電極一方面通過第二電阻R2連接GND上，另一方面連接在圖像採集卡7的觸發輸入端。
5.根據權利要求2所述的一種適於球形水果表面檢測的按需觸發圖像採集方法及裝置，其特徵在於所述的水果轉速控制器(9)包括調速電機(9.1)，傳動鏈條(9.2)，鏈輪(9.3)，第一輥輪(9.4)，第二輥輪(9.6)，帆布傳送帶(9.5)；調速電機(9.1)通過傳動鏈條(9.2)與鏈輪(9.3)連接，鏈輪(9.3)安裝在第一輥輪(9.4)上，第一輥輪(9.4)和第二輥輪(9.6)通過帆布傳送帶(9.5)連接。
6.根據權利要求2所述的一種適於球形水果表面檢測的按需觸發圖像採集方法及裝置，其特徵在於所述的編碼器(1)安裝在一個鏈輪(2)上，其輸出的同步脈衝連接在觸發控制器(5)微處理器U0的第6腳；鏈式輸送裝置(3)通過鏈條(3.1)環繞在鏈輪(2)上；光照箱(4)安裝在鏈式輸送裝置(3)的上方；攝像機(6)安裝在光照箱內部上方，攝像機(6)的輸出信號通過電纜輸入到圖像採集卡(7)的圖像輸入端；圖像採集卡(7)安裝在計算機(8)的插槽內，其觸發採樣信號輸入端通過電纜連接在觸發控制器(5)的三極體Q0的集電極上；觸發控制器(5)串口電平轉換器U1的第14腳連接計算機(8)串口1的TXD端，串口電平轉換器U1的第13腳連接計算機(8)串口1的RXD端，其三極體Q0的集電極連接在圖像採集卡(7)的觸發信號輸入端；水果轉速控制器(9)安裝在由鏈式輸送裝置(3)形成的環內，位於光照箱(4)下方；在光照箱(4)下方，滾輪(3.3)壓在帆布傳送帶(9.5)上；計算機(8)上安裝水果圖像檢測軟體。
全文摘要
本發明公開了一種適於球形水果表面檢測的按需觸發圖像採集方法及裝置，水果進入視場後，觸發控制器產生觸發信號，觸發圖像採集卡採集圖像，獲取水果的第1幅圖像，由計算機計算其半徑，並將水果半徑通過RS232口傳輸給觸發控制器，觸發控制器計算出水果轉過90度所需時間，作為圖像採集的時間間隔，並用作定時器的定時時間長度，定時器中斷響應程序響應定時器中斷，產生觸發信號，觸發圖像採集卡採集圖像，獲取水果的其餘3幅圖像。所採用的裝置由編碼器，鏈輪，鏈式輸送裝置，光照箱，觸發控制器，攝像機，圖像採集卡，計算機及水果轉速控制器組成的機器視覺系統。本發明根據水果的直逕自動調整圖像採集時刻，保證水果整個表面的檢測。
文檔編號G01N21/952GK1661361SQ20051004929
公開日2005年8月31日 申請日期2005年1月31日 優先權日2005年1月31日
發明者應義斌, 王劍平, 饒秀勤, 岑益科 申請人:浙江大學