獼猴桃自動分級系統的製作方法
2023-04-24 10:54:01
專利名稱：獼猴桃自動分級系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及獼猴桃的分級技術領域，更具體地說，涉及一種獼猴桃自動分級系統。
背景技術：
獼猴桃是一種營養價值豐富的水果，具有多重功效和作用，被人們稱為果中之王，其市場價格可觀，在國際國內市場具有很大的消費潛力。據果業局的統計數據顯示，截至2010年底，全球獼猴桃種植面積200萬畝，我國佔到100萬畝，但獼猴桃產後分級處理比例不到2%，而發達國家產後處理比例卻佔80% 90%。因此，我國獼猴桃在國際市場缺乏競爭力。我國現有的獼猴桃分級技術主要通過採集翻滾運動中的獼猴桃的圖像，然後對採集到的圖像經過處理後輸出分級結果。由於現有的分級技術採集的是獼猴桃翻滾運動中圖像，因此，對獼猴桃的控制較為複雜，且採集到的獼猴桃的圖像也比較複雜和模糊，在對採·集到的圖像進行處理時需要去模糊和圖像分割等複雜的處理，使得對獼猴桃的分級耗時比較長且分級結果不準確。
發明內容
有鑑於此，本發明提供一種獼猴桃自動分級系統，以實現對獼猴桃進行方便、快捷、準確的分級。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為一種獼猴桃自動分級系統，包括單行滑板裝置、單個定位輸送裝置、第一電動機、第一位置傳感器、透明傳輸帶、第二電動機、第二位置傳感器、第一攝像頭、第二攝像頭、處理器、控制器和分級執行系統；其中所述單行滑板裝置分別與儲料箱和所述單個定位輸送裝置相連，用於調節從儲料裝置中下落的獼猴桃的輸送量，使之成為單列狀輸送至所述單個定位輸送裝置中；所述第一電動機分別與所述控制器和單個定位輸送裝置相連，用於在分級時根據所述控制器發出的控制信號帶動所述單個定位輸送裝置輸送獼猴桃；所述第一位置傳感器位於所述單個定位輸送裝置的輸送末端，並與所述控制器相連，用於當獼猴桃到達所述單個定位輸送裝置末端時採集所述獼猴桃到達的信息，並將採集的所述獼猴桃到達的信息發送至控制器；所述控制器根據接收到的信息控制所述第一電動機停止運轉；所述透明傳送帶分別與所述單個定位輸送裝置和第二電動機相連，用於傳送從所述單個定位輸送裝置中下落至所述透明傳送帶的獼猴桃至圖像採集區域；所述第二傳感器位於圖像採集區域且與所述控制器相連，用於當獼猴桃隨所述透明傳送帶一起到達圖像採集區域時採集所述獼猴桃就位的信息，並將採集的所述獼猴桃就位的信息發送至控制器；所述控制器根據接收到的信息控制與其相連的第二電動機停止運轉，並將此獼猴桃就位的信息發送到處理器；
所述處理器採用觸發有效方式，圖像採集區域中的第一攝像頭和第二攝像頭採集的所有獼猴桃圖像中的當前幀獼猴桃圖像作為有效的獼猴桃圖像，並將所述圖像發送至處理器中的圖像預處理模塊作為處理對象；所述處理器接收並處理所述圖像，根據處理結果輸出分級結果；所述控制器還與所述處理器相連，用於接收所述處理器輸出的分級結果，並根據所述分級結果控制所述分級執行系統將獼猴桃分配至分級框。優選地，所述處理器包括人機互動模塊、圖像預處理模塊、特徵提取模塊和特徵融合模塊；其中所述人機互動模塊通過向控制器發送控制命令，實現對設備的操控與監視，並協調圖像處理、圖像採集、控制器三者有序工作；所述圖像預處理模塊通過圖像去噪、圖像分割和圖像裁剪對所述第一攝像頭和第 二攝像頭採集的圖像進行預處理；所述特徵提取模塊從經過預處理後的圖像中提取大小、形狀和表面缺陷特徵；所述特徵融合模塊融合提取到的所述大小、形狀和表面缺陷特徵，並根據融合結果得到分級結果。優選地，所述第一攝像頭和第二攝像頭分別通過USB接口與所述處理器相連。優選地，所述控制器為STC89C52單片機。優選地，還包括與所述控制器相連的分級執行系統；所述控制器還與所述處理器相連，用於接收所述處理器輸出的分級結果，並根據所述分級結果控制所述分級執行系統將獼猴桃分配至分級框。從上述的技術方案可以看出，本發明公開的一種獼猴桃自動分級系統，通過單行滑板裝置和單個定位輸送裝置，能夠使獼猴桃排列為單行狀且兩兩之間能夠保持4-6cm的距離，當第一位置傳感器檢測到獼猴桃到達單個定位輸送裝置的末端時，控制器控制帶動單個定位輸送裝置運轉的第一電動機停止，能夠保證在一段時間內只有一個獼猴桃在透明傳送帶上向圖像採集區域運行，當第二位置傳感器檢測到獼猴桃到達圖像採集區域時，控制器控制帶動透明傳送帶運轉的第二電動機停止，能夠使獼猴桃單個靜止在圖像採集區域，第一攝像頭和第二攝像頭對靜止在透明傳輸帶上的獼猴桃進行上下圖像採集，能夠使獼猴桃無需翻滾運轉就能採集到獼猴桃較為全面的圖像，通過處理器對採集的獼猴桃圖像進行處理並輸出分級結果，當上一個獼猴桃分級處理結束且進入對應的分級框後控制器重新啟動第一電動機對下一個獼猴桃進行分級處理。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發明實施例公開的一種獼猴桃自動分級系統的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本發明實施例公開了一種獼猴桃自動分級系統，以實現對獼猴桃進行方便、快捷、準確的分級。如圖I所示，為本發明實施例公開的一種獼猴桃自定分級系統，包括單行滑板裝置I、單個定位輸送裝置2、第一電動機3、第一位置傳感器4、透明傳輸帶5、第二電動機6、第二位置傳感器7、第一攝像頭8、第二攝像頭9、處理器10、控制器11和分級執行系統12 ;其中單行滑板裝置I分別與儲料箱和單個定位輸送裝置2相連，用於調節從儲料裝置中下落的獼猴桃的輸送量，使之成為單列狀輸送至單個定位輸送裝置2中； 第一電動機3分別與控制器11和單個定位輸送裝置2相連，用於在系統開始工作時，根據控制器11發出的控制信號帶動單個定位輸送裝置2輸送獼猴桃；第一位置傳感器7位於單個定位輸送裝置2的輸送末端，並與控制器11相連，用於當獼猴桃到達單個定位輸送裝置2末端時採集獼猴桃到達的信息，並將採集的獼猴桃到達的信息發送至控制器11 ;控制器11根據接收到的信息控制第一電動機3停止運轉，此時單個定位輸送裝置2不再向前傳輸獼猴桃，直到處理器10輸出上一個獼猴桃的分級結果(當前獼猴桃進入對應分級框)後才開始繼續傳輸下一個獼猴桃，保證了對獼猴桃進行單個分級，避免了多個獼猴桃一起集中到圖像採集區域而使分級結果不準確的問題；透明傳送帶5分別與單個定位輸送裝置2和第二電動機6相連，用於傳送從單個定位輸送裝置2中下落至透明傳送帶5的獼猴桃至圖像採集區域；第二傳感器7位於圖像採集區域且與控制器11相連，用於當獼猴桃隨透明傳送帶5 一起到達圖像採集區域時採集所述獼猴桃的獼猴桃就位信息，並將採集的所述信息發送至控制器11，其中獼猴桃下落至透明傳送帶5上後，還可以通過橫向定位裝置和減速塑料軟板，使獼猴桃靜止在透明傳送帶5上，並隨透明傳送帶5 —起向圖像採集區域運行；控制器11根據接收到的信息控制與其相連的第二電動機6停止運轉，使獼猴桃單個靜止在圖像採集區域，並將此獼猴桃就位的信息發送到處理器10，所處理器10採用觸發有效方式，此時圖像採集區域中的第一攝像頭8和第二攝像頭9採集到的當前幀獼猴桃圖像即為有效的獼猴桃圖像，送至處理器10中的圖像預處理模塊作為處理對象。第一攝像頭8和第二攝像頭9還分別與處理器10通過USB接口相連，用於將採集的圖像發送至處理器10 ；處理器10接收並處理所述圖像，根據處理結果輸出分級結果；控制器11接收處理器10輸出的分級結果，並根據所述分級結果控制分級執行系統12將獼猴桃分配至分級框。當處理器10輸出獼猴桃的分級結果且(當前獼猴桃進入對應分級框)後，控制器11發出控制信號，控制第一電動機3重新開始運轉，對下一個獼猴桃進行傳輸，如此循環，對所有的獼猴桃進行分級。
上述中，控制器11為STC89C52單片機。圖像處理器10在對接收到的圖像進行處理時，通過圖像預處理模塊通過圖像去噪、圖像分割和圖像裁剪對第一攝像頭8和第二攝像頭9採集的圖像進行預處理；特徵提取模塊從經過預處理後的圖像中提取大小、形狀和表面缺陷特徵；特徵融合模塊融合提取到的所述大小、形狀和表面缺陷特徵，並根據融合結果得到分級結果。具體的，由於攝像頭採集的圖像包含背景、噪聲等信息，需要首先對圖像進行預處理，且圖像預處理是圖像處理到圖像分析的關鍵步驟，能夠為後續的特徵提取，圖像識別工作提供有用的信息；在圖像的預處理過程中，分別採用中值濾波、均值濾波、自適應維納濾波和小波去噪對獼猴桃的灰度圖像進行濾波處理，對比去噪後的圖像發現經過小波去噪後的圖像對比度強，模糊少，清晰度高，圖像邊緣及細節部分信息保存比較完整；對經過小波去噪後的圖像進行邊緣檢測，找到更加真實的邊界；對邊緣檢測得到的圖像採用較大的膨脹參數進行膨脹，然後對膨脹後的圖像進行填充、腐蝕、開運算、刪除冗餘像素等操作，最終得到獼猴桃區域圖像；將獼猴桃區域圖像作為模板，分別與小波去噪後的R、G、B分量進行與運算，最後經合成運算得到從背景中分割出來的彩色獼猴桃圖像；為了便於後續的表面缺陷識別以及形狀特徵提取，需將圖像分割後的圖像中大量的白色背景裁掉，搜索圖像上、下、左、右的四個極限位置坐標，將此坐標信息輸入裁剪函數，得到裁剪後的圖像；經過圖像預處理後，從預處理後的圖像中提取大小、形狀和表面缺陷特徵；具體的，處理器基於區域圖像像素提取、實際重量與像素量的擬合關係和閾值選取對獼猴桃大小特徵進行提取；區域圖像像素量提取由於攝像頭分別拍攝獼猴桃上下兩個側面的圖像，且攝像頭的位置固定，焦距事先調好，所有的拍攝環境固定不變，所以可以很方便的選用獼猴桃區域圖像像素量來表示其空間尺寸。考慮到畸形獼猴桃有可能上下兩個側面大小上存在差異，對攝像頭拍攝的上下兩幅圖像同時提取區域圖像像素量，取平均，作為獼猴桃大小的判定依據；實際重量與像素量的擬合關係實驗選取10個大小不一且形狀較規則的，同品種同批次的獼猴桃作為樣本，分別提取其上下兩個側面的平均像素信息，並稱取其實際重量，採用最小二乘法擬合二者的關係，得出獼猴桃上下兩個側面的平均像素量Y (單位個)與其實際重量W (單位g)滿足如下所示近似線性關係Y=798ff+34081(1)；閾值選取根據2009年12月22日發布的中華人民共和國農業行業標準NY/T1794-2009，獼猴桃大小規格標準並結合式(I)得出獼猴桃各規格像素量閾值。處理器基於傅立葉變換對獼猴桃形狀特徵進行提取具體的，通過邊界跟蹤獲取邊界序列點、獲取中心點坐標、計算半徑序列並歸一、化、對半徑序列作離散傅立葉變換、歸一化傅立葉描述子、定義形狀不規則度描述和具體實驗進行獼猴桃形狀特徵提取。處理器基於BP網絡對表面缺陷特徵進行識別具體的，針對獼猴桃常見病斑症狀，用黑斑模擬獼猴桃實際病斑，通過小波分解得到圖像近似分量，並提取其統計特徵用於訓練BP網絡，訓練後的BP網絡作為分類器實現獼猴桃的表面缺陷識別。小波分解小波變換是一種新的變換分析方法，它的主要特點是通過變換能夠充分突出問題某些方面的特徵，廣泛應用於數字圖像處理。任意信號f(t)
權利要求
1.一種獼猴桃自動分級系統，其特徵在於，包括單行滑板裝置、單個定位輸送裝置、第一電動機、第一位置傳感器、透明傳輸帶、第二電動機、第二位置傳感器、第一攝像頭、第二攝像頭、處理器、控制器和分級執行系統；其中 所述單行滑板裝置分別與儲料箱和所述單個定位輸送裝置相連，用於調節從儲料裝置中下落的獼猴桃的輸送量，使之成為單列狀輸送至所述單個定位輸送裝置中； 所述第一電動機分別與所述控制器和單個定位輸送裝置相連，用於在分級時根據所述控制器發出的控制信號帶動所述單個定位輸送裝置輸送獼猴桃； 所述第一位置傳感器位於所述單個定位輸送裝置的輸送末端，並與所述控制器相連，用於當獼猴桃到達所述單個定位輸送裝置末端時採集所述獼猴桃到達的信息，並將採集的所述獼猴桃到達的信息發送至控制器； 所述控制器根據接收到的信息控制所述第一電動機停止運轉； 所述透明傳送帶分別與所述單個定位輸送裝置和第二電動機相連，用於傳送從所述單個定位輸送裝置中下落至所述透明傳送帶的獼猴桃至圖像採集區域； 所述第二傳感器位於圖像採集區域且與所述控制器相連，用於當獼猴桃隨所述透明傳送帶一起到達圖像採集區域時採集所述獼猴桃就位的信息，並將採集的所述獼猴桃就位的信息發送至控制器； 所述控制器根據接收到的信息控制與其相連的第二電動機停止運轉，並將此獼猴桃就位的信息發送到處理器； 所述處理器採用觸發有效方式，圖像採集區域中的第一攝像頭和第二攝像頭採集的所有獼猴桃圖像中的當前幀獼猴桃圖像為有效的獼猴桃圖像，並將所述圖像發送至處理器中的圖像預處理模塊作為處理對象； 所述處理器接收並處理所述圖像，根據處理結果輸出分級結果； 所述控制器還與所述處理器相連，用於接收所述處理器輸出的分級結果，並根據所述分級結果控制所述分級執行系統將獼猴桃分配至分級框。
2.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述處理器包括人機互動模塊、圖像預處理模塊、特徵提取模塊和特徵融合模塊；其中 所述人機互動模塊通過向控制器發送控制命令，實現對設備的操控與監視，並協調圖像處理、圖像採集、控制器三者有序工作； 所述圖像預處理模塊通過圖像去噪、圖像分割和圖像裁剪對所述第一攝像頭和第二攝像頭採集的圖像進行預處理； 所述特徵提取模塊從經過預處理後的圖像中提取大小、形狀和表面缺陷特徵； 所述特徵融合模塊融合提取到的所述大小、形狀和表面缺陷特徵，並根據融合結果得到分級結果。
3.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述第一攝像頭和第二攝像頭分別通過USB接口與所述處理器相連。
4.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述控制器為STC89C52單片機。
全文摘要
本發明公開了一種獼猴桃自動分級系統，包括單行滑板裝置、單個定位輸送裝置、第一電動機、第一位置傳感器、透明傳輸帶、第二電動機、第二位置傳感器、第一攝像頭、第二攝像頭、分級執行系統、處理器和控制器，通過單行滑板裝置和單個定位輸送裝置可使獼猴桃排列為單行狀且兩兩之間保持一定的距離，通過控制器對第一電動機和第二電動機的控制，可使獼猴桃能夠單個靜止在圖像採集區域，通過第一攝像頭和第二攝像頭對靜止在透明傳送帶上的獼猴桃進行圖像採集，可採集到獼猴桃較為全面清晰的圖像，通過處理器對採集的圖像進行圖像特徵提取後，經BP網絡進行損傷檢測，並結合大小、形狀特徵輸出較為準確的分級結果。
文檔編號B07C5/02GK102773217SQ20121029684
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月20日 優先權日2012年8月20日
發明者吳林, 左興鍵, 張權, 武斌, 許麗佳, 韋婷婷 申請人:四川農業大學