CN100365411C - 适于球形水果表面检测的按需触发图像采集方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适于球形水果表面检测的按需触发图像采集方法及装置，水果进入视场后，触发控制器产生触发信号，触发图像采集卡采集图像，获取水果的第1幅图像，由计算机计算其半径，并将水果半径通过RS232口传输给触发控制器，触发控制器计算出水果转过90度所需时间，作为图像采集的时间间隔，并用作定时器的定时时间长度，定时器中断响应程序响应定时器中断，产生触发信号，触发图像采集卡采集图像，获取水果的其余3幅图像。所采用的装置由编码器，链轮，链式输送装置，光照箱，触发控制器，摄像机，图像采集卡，计算机及水果转速控制器组成的机器视觉系统。本发明根据水果的直径自动调整图像采集时刻，保证水果整个表面的检测。

Description

适于球形水果表面检测的按需触发图像采集方法及装置

技术领域

本发明涉及一种适于球形水果表面检测的按需触发图像采集方法及装置。

背景技术

目前，我国水果的产后处理水平还十分低下，大部分水果采摘后未经产后处理就直接上市，影响了水果的商品价值。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、重量等分级指标的分级由人工和肉眼识别判断，因而水果的分类具有较大的主观性，效率相当低下，极大地阻碍了我国国民经济的发展和农民收入的提高。现有的水果分级设备主要是通过水果的重量和大小等一两项指标，前者主要是采用筛孔、滚筒间隙等方式来进行，后者主要是利用电子称、力平衡支架来进行分级的设备，这类设备对存在有表面缺陷、果形独特的水果无法分级，且存在分级过程中易损伤水果表面等不足。

在以机器视觉为基础的水果品质检测方法中，为了检测水果整个表面，所采用的方法主要有：

镜面反射法：采用单个摄像机，检测时水果作平动，利用镜子反射无法为摄像机所拍摄到的水果其它表面；

上下摄像机法：在载物台上打孔，在载物台上下两侧各放一个摄像机，检测时水果作平动，穿过两个摄像机的视场，对两摄像机所摄像的图像进行合成，以得到水果全部表面信息；

水果滚动法：采用单摄像机，水果用滚轮承载，检测过程中，水果同时作平动和滚动，在固定的位置拍摄水果的多幅图像，然后进行合成处理。

这些方法并不能保证得到水果表面的全部信息：在镜面反射法和上下摄像机法中，水果必然需要一定的支撑，因而不可避免会有一部分表面被遮挡，导致得不到全部水果表面信息；而在水果滚动法中，由于水果直径不尽一致，在固定的位置采集水果图像，会出现这种情况：小的水果在两次拍摄之间滚动的角度过大，某些表面会被多次拍摄，可能会漏拍一些表面；而大的水果在两次拍摄之间滚动的角度过小，某些表面可能会漏拍。

发明内容

针对水果滚动法的不足，本发明的目的在于提供一种适于球形水果表面检测的按需触发图像采集方法及装置，根据水果直径大小，自动调整拍摄时机的方法，保证摄像机拍摄到水果全部表面。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、适于球形水果表面检测的按需触发图像采集方法：

水果进入视场后，触发控制器产生触发信号，触发图像采集卡采集图像，获取水果的第1幅图像，由计算机计算其半径，并将水果半径通过RS232口传输给触发控制器，触发控制器计算出水果转过90度所需时间，作为图像采集的时间间隔，并用作定时器的定时时间长度，定时器中断响应程序响应定时器中断，产生触发信号，触发图像采集卡采集图像，获取水果的其余3幅图像。

二、适于球形水果表面检测的按需触发图像采集方法的装置：

为实现上述方法，本发明包括编码器，两个链轮，链式输送装置，光照箱，触发控制器，摄像机，图像采集卡，计算机及水果转速控制器组成的机器视觉系统。两个链轮间装有链式输送装置，一个链轮上装有编码器，链式输送装置的链条上半部分下方装有水果转速控制器，与水果转速控制器对应的链式输送装置的链条上方装有光照箱，光照箱内装有摄像机，摄像机与图像采集卡相连，触发控制器分别与编码器、图像采集卡和计算机相连。

所述的链式输送装置：包括链条，滚轮轴，滚轮；滚轮轴穿过链条和滚轮，上装被测水果的滚轮对称地分布在链条的两侧。

所述的触发控制器：包括微处理器U0，串口电平转换器U1，第一电容C1，第二电容C2，第三电容C3，第四电容C4，第一电阻R1，第二电阻R2，三极管Q0；微处理器U0为AT89C2051，串口电平转换器U1为MAX232，三极管Q0为9012；第一电容C1连接在串口电平转换器U1的第1脚和第3脚上，第二电容C2连接在串口电平转换器U1的第4脚和第5脚上，第三电容C3连接在串口电平转换器U1的第2脚和电源正极上，第四电容C4连接在串口电平转换器U1的第6脚和GND上；串口电平转换器U1的第11脚连接在微处理器U0的第2脚上，串口电平转换器U1的第12脚连接在微处理器U0的第3脚上，串口电平转换器U1的第14脚连接计算机8串口1的TXD端，串口电平转换器U1的第1 3脚连接计算机8串口1的RXD端；微处理器U0的第6脚一方面通过第一电阻R1连接在电源正极上，另一方面连接在编码器1的输出端，微处理器U0的第19脚连接在三极管Q0的基极上；三极管Q0的发射极连接在电源正极上，三极管Q0的集电极一方面通过第二电阻R2连接GND上，另一方面连接在图像采集卡7的触发输入端。

所述的水果转速控制器：包括调速电机，传动链条，链轮，第一辊轮，第二辊轮，帆布传送带；调速电机通过传动链条与链轮连接，链轮安装在第一辊轮上，第一辊轮和第二辊轮通过帆布传送带连接。

所述的编码器安装在一个链轮上，其输出的同步脉冲连接在触发控制器微处理器U0的第6脚；链式输送装置通过链条环绕在链轮上；光照箱安装在链式输送装置的上方；摄像机安装在光照箱内部上方，摄像机的输出信号通过电缆输入到图像采集卡的图像输入端；图像采集卡安装在计算机的插槽内，其触发采样信号输入端通过电缆连接在触发控制器的三极管Q0的集电极上；触发控制器串口电平转换器U1的第14脚连接计算机串口1的TXD端，串口电平转换器U1的第13脚连接计算机串口1的RXD端，其三极管Q0的集电极连接在图像采集卡的触发信号输入端；水果转速控制器安装在由链式输送装置形成的环内，位于光照箱下方；在光照箱下方，滚轮压在帆布传送带上；计算机上安装水果图像检测软件。

 本发明具有的有益的效果是：本发明根据水果的直径自动调整图像采集时刻，保证水果整个表面的检测。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图；

图2是触发控制器电路原理图；

图3是触发控制时序示意图；

图4是水果转速控制器示意图；

图5是图1的A处局部放大图；

图6是图1的B向视图；

图7是视场中水果位置示意图；

图8是滚轮结构及装置结构图。

图中：1、编码器，2、链轮，3、链式输送装置，3.1、链条，3.2、滚轮轴，3.3、滚轮，4、光照箱，5、触发控制器，6、摄像机，7、图像采集卡，8、计算机，9、水果转速控制器，9.1、调速电机，9.2、传动链条，9.3、链轮，9.4、第一辊轮，9.5、帆布传送带，9.6、第二辊轮，10、被测水果，11、视场。

具体实施方式

如图1所示，本发明机器视觉系统由编码器1，链轮2，链式输送装置3，光照箱4，触发控制器5，摄像机6，图像采集卡7，计算机8及水果转速控制器9组成的机器视觉系统。两个链轮2间装有链式输送装置3，一个链轮2上装有编码器1，链式输送装置3的链条3.1上半部分下方装有水果转速控制器9，与水果转速控制器9对应的链式输送装置3的链条3.1上方装有光照箱4，光照箱4内装有摄像机6，摄像机6与图像采集卡7相连，触发控制器5分别与编码器1、图像采集卡7和计算机8相连。

如图5和图6所示，链式输送装置3由链条3.1，滚轮轴3.2，滚轮3.3组成；滚轮轴3.2穿过链条3.1和滚轮3.3，滚轮3.3对称地分布在链条3.1的两侧。

如图2所示，触发控制器5由微处理器U0，串口电平转换器U1，第一电容C1，第二电容C2，第三电容C3，第四电容C4，第一电阻R1，第二电阻R2，三极管Q0等组成；微处理器U0为AT89C2051，串口电平转换器U1为MAX232，三极管Q0为9012；第一电容C1连接在串口电平转换器U1的第1脚和第3脚上，第二电容C2连接在串口电平转换器U1的第4脚和第5脚上，第三电容C3连接在串口电平转换器U1的第2脚和电源正极上，第四电容C4连接在串口电平转换器U1的第6脚和GND上；串口电平转换器U1的第11脚连接在微处理器U0的第2脚上，串口电平转换器U1的第12脚连接在微处理器U0的第3脚上，串口电平转换器U1的第14脚连接计算机8串口1的TXD端，串口电平转换器U1的第13脚连接计算机8串口1的RXD端；微处理器U0的第6脚一方面通过第一电阻R1连接在电源正极上，另一方面连接在编码器1的输出端，微处理器U0的第19脚连接在三极管Q0的基极上；三极管Q0的发射极连接在电源正极上，三极管Q0的集电极一方面通过第二电阻R2连接GND上，另一方面连接在图像采集卡7的触发输入端。

如图4所示，水果转速控制器9由调速电机9.1，传动链条9.2，链轮9.3，第一辊轮9.4，第二辊轮9.6，帆布传送带9.5组成；调速电机9.1通过传动链条9.2与链轮9.3连接，链轮9.3安装在第一辊轮9.4上，第一辊轮9.4和第二辊轮9.6通过帆布传送带9.5连接。

如图1、图2所示，编码器1安装在一个链轮2上，其输出的同步脉冲连接在触发控制器5微处理器U0的第6脚；链式输送装置3通过链条3.1环绕在链轮2上；光照箱4安装在链式输送装置3的上方；摄像机6安装在光照箱内部上方，摄像机6的输出信号通过电缆输入到图像采集卡7的图像输入端；图像采集卡7安装在计算机8的插槽内，其触发采样信号输入端通过电缆连接在触发控制器5的三极管Q0的集电极上；触发控制器5串口电平转换器U1的第14脚连接计算机8串口1的TXD端，串口电平转换器U1的第1 3脚连接计算机8串口1的RXD端，其三极管Q0的集电极连接在图像采集卡7的触发信号输入端；水果转速控制器9安装在由链式输送装置3形成的环内，位于光照箱4下方；在光照箱4下方，滚轮3.3压在帆布传送带9.5上；计算机8上安装水果图像检测软件。

被测水果10装载在由4个相邻滚轮形成的空间内。

工作时，在外部动力机带动下，链轮2顺时针方向旋转，带动链式输送装置3作顺时针环绕运动，另一方面，编码器1也随链轮2旋转，并按一定的规律产生脉冲信号(如图3所示)：每个脉冲的下降沿对应被测水果10在视场中FV0位置(如图7所示)；被测水果10随链式输送装置3从左侧进行光照箱；

然后按下面的流程进行处理(如图7、图8所示)：

①当被测水果10到达视场11的第1个图像采集位置(FV0处)时，编码器1产生的脉冲信号产生中断，微处理器U0响应中断，产生触发信号，触发图像采集卡7采集该水果的第1幅图像，并启动定时器1开始计时；

②计算机8在收到图像采集卡7采集的图像后，对该图像进行处理，计算出该水果的半径R_F,将水果半径R_F通过RS232口传递给触发控制器5，产生串行通讯中断；

⑨触发控制器5响应串行通讯中断，先从定时器1读取计时值，作为第1幅图像采集及计算水果半径所用的时间TC1；

④按式(1)计算该水果旋转90度所需的时间T_F，扣除第1幅图像采集及计算水果半径所用的时间TC1后，以时长TC2为定时时间长度启动微处理器U0的定时器1进行定时：

⑤当定时器1完成定时后，产生中断，微处理器U0中断响应程序再次产生触发信号，触发图像采集卡7采集该水果的下一幅图像：

⑥判断当前水果的4幅图像是否完成，如果完成，则等待编码器1产生的脉冲信号产生中断，重复①；否则微处理器U0以时长T_F为定时时间长度再次启动定时器1进行定时，重复⑤；

下式用来计算水果旋转90度所需的时间T_F：

式中：

T_F-水果触发时间间隔

-水果的转动速度

由式(2)确定：

式中：

-滚轮的转动速度

-水果与滚轮切点处水果的旋转半径

-水果与滚轮切点处滚轮的旋转半径

由式(3)确定：

式中：

V₂-帆布传送带9.5与滚轮接触段的水平速度

V₁-链条3.1的水平速度

R_R1-滚轮3.3大径

由式(4)确定：

式中：

R_F-水果的半径，由计算机在第1幅图像采集后检测得到

α-滚轮3.3倾角

由式(5)确定：

(b＜R_Fsinα)    (5)

式中：

b-两个滚轮内侧间距长度的一半

α由式(6)确定：

$\mathrm{\α}=\mathrm{artg}\frac{R_{R2}-R_{R1}}{B}---\left(6\right)$

式中：

R_R2-滚轮3.3小径

B-滚轮3.3的宽度

Claims (6)

1.一种适于球形水果表面检测的按需触发图像采集方法，其特征在于：水果进入视场后，触发控制器产生触发信号，触发图像采集卡采集图像，获取水果的第1幅图像，由计算机计算其半径，并将水果半径通过RS232口传输给触发控制器，触发控制器计算出水果转过90度所需时间，作为图像采集的时间间隔，并用作定时器的定时时间长度，定时器中断响应程序响应定时器中断，产生触发信号，触发图像采集卡采集图像，获取水果的其余3幅图像。

2.用于权利要求1所说的适于球形水果表面检测的按需触发图像采集方法的装置，其特征在于：机器视觉系统包括编码器(1)，两个链轮(2)，链式输送装置(3)，光照箱(4)，触发控制器(5)，摄像机(6)，图像采集卡(7)，计算机(8)及水果转速控制器(9)组成的机器视觉系统；两个链轮(2)间装有链式输送装置(3)，一个链轮(2)上装有编码器(1)，链式输送装置(3)的链条(3.1)上半部分下方装有水果转速控制器(9)，与水果转速控制器(9)对应的链式输送装置(3)的链条(3.1)上方装有光照箱(4)，光照箱(4)内装有摄像机(6)，摄像机(6)与图像采集卡(7)相连，触发控制器(5)分别与编码器(1)、图像采集卡(7)和计算机(8)相连。

3.根据权利要求2所述的适于球形水果表面检测的按需触发图像采集方法的装置，其特征在于所述的链式输送装置(3)包括链条(3.1)，滚轮轴(3.2)，滚轮(3.3)；滚轮轴(3.2)穿过链条(3.1)和滚轮(3.3)，上装被测水果(10)的滚轮(3.3)对称地分布在链条(3.1)的两侧。

4.根据权利要求2所述的适于球形水果表面检测的按需触发图像采集方法的装置，其特征在于所述的触发控制器(5)包括微处理器U0，串口电平转换器U1，第一电容C1，第二电容C2，第三电容C3，第四电容C4，第一电阻R1，第二电阻R2，三极管Q0；微处理器U0为AT89C2051，串口电平转换器U1为MAX232，三极管Q0为9012；第一电容C1连接在串口电平转换器U1的第1脚和第3脚上，第二电容C2连接在串口电平转换器U1的第4脚和第5脚上，第三电容C3连接在串口电平转换器U1的第2脚和电源正极上，第四电容C4连接在串口电平转换器U1的第6脚和GND上；串口电平转换器U1的第11脚连接在微处理器U0的第2脚上，串口电平转换器U1的第12脚连接在微处理器U0的第3脚上，串口电平转换器U1的第14脚连接计算机(8)串口1的TXD端，串口电平转换器U1的第13脚连接计算机(8)串口1的RXD端；微处理器U0的第6脚一方面通过第一电阻R1连接在电源正极上，另一方面连接在编码器(1)的输出端，微处理器U0的第19脚连接在三极管Q0的基极上；三极管Q0的发射极连接在电源正极上，三极管Q0的集电极一方面通过第二电阻R2连接GND上，另一方面连接在图像采集卡(7)的触发输入端。

5.根据权利要求2所述的适于球形水果表面检测的按需触发图像采集方法的装置，其特征在于所述的水果转速控制器(9)包括调速电机(9.1)，传动链条(9.2)，链轮(9.3)，第一辊轮(9.4)，第二辊轮(9.6)，帆布传送带(9.5)；调速电机(9.1)通过传动链条(9.2)与链轮(9.3)连接，链轮(9.3)安装在第一辊轮(9.4)上，第一辊轮(9.4)和第二辊轮(9.6)通过帆布传送带(9.5)连接。

6.根据权利要求2所述的适于球形水果表面检测的按需触发图像采集方法的装置，其特征在于所述的编码器(1)安装在一个链轮(2)上，其输出的同步脉冲连接在触发控制器(5)微处理器U0的第6脚；链式输送装置(3)通过链条(3.1)环绕在链轮(2)上；光照箱(4)安装在链式输送装置(3)的上方；摄像机(6)安装在光照箱内部上方，摄像机(6)的输出信号通过电缆输入到图像采集卡(7)的图像输入端；图像采集卡(7)安装在计算机(8)的插槽内，其触发采样信号输入端通过电缆连接在触发控制器(5)的三极管Q0的集电极上；触发控制器(5)串口电平转换器U1的第14脚连接计算机(8)串口1的TXD端，串口电平转换器U1的第13脚连接计算机(8)串口1的RXD端，其三极管Q0的集电极连接在图像采集卡(7)的触发信号输入端；水果转速控制器(9)安装在由链式输送装置(3)形成的环内，位于光照箱(4)下方；在光照箱(4)下方，滚轮(3.3)压在帆布传送带(9.5)上；计算机(8)上安装水果图像检测软件。

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