CN101088633A

CN101088633A - 光学裂纹粒挑选器

Info

Publication number: CN101088633A
Application number: CNA2007101091830A
Authority: CN
Inventors: 伊藤隆文; 原正纯; 惠木正博; 土井贵广
Original assignee: Satake Corp
Current assignee: Satake Corp
Priority date: 2006-06-15
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2027-06-14
Also published as: US20070262002A1; JP2009018310A; CN101088633B; JP5206959B2; US7851722B2

Abstract

一种光学裂纹粒挑选器，光学地识别原料米粒中混杂的裂纹粒时，不会由于存在胚芽部和/或表面划痕而将没有裂纹的正常颗粒误识别为裂纹粒。裂纹粒识别单元中的识别部可以根据由CCD摄像机中构造的第一CCD传感器接收的通过颗粒的光形成第一米粒图像(具有胚芽部和划痕)，并根据由CCD摄像机中构造的第二CCD传感器接收的通过颗粒的光形成第二米粒图像(具有裂纹、胚芽部和划痕)，并通过计算两个米粒图像之间光量的差获取裂纹图像并识别裂纹粒。

Description

光学裂纹粒挑选器

技术领域

本发明涉及光学裂纹粒挑选器，其能够光学地从诸如糙米、精白米等原料稻谷中确定和挑选出可去除的裂纹粒。

背景技术

传统上，已知光学裂纹粒挑选器装置光学地检测和挑选具有一个或多个穿入颗粒内部的裂纹的米粒(之后称为“裂纹粒”，“cracked grain”)，例如JP2005-265519A和JP 3642172B中公开的。通常，上述米粒中的裂纹沿着基本上垂直于米粒纵向方向的方向上延伸。如图10中的实例所示，一种传统的光学裂纹粒挑选器100包括斜槽200，用于向下倾倒原料米粒；和，光学检测装置300和挑选装置400，设置在接近斜槽200的底端位于沿原料米粒下降的向下轨迹G位置上。光学检测装置300具有发射器300a，设置在下降轨迹G的一侧上，其朝向下降轨迹G上的光学检测位置P发射近直线的激光光束；和CCD(电荷耦合器件)摄像机300b，设置在下降轨迹G的另一侧上，用于检测光学检测位置P处的光。这种光学裂纹粒挑选器100把原料米粒沿斜槽200向下送出，并在它们通过下降轨迹G上的光学检测点P时用光学检测装置300照射原料米粒，以便使用CCD摄像机300b拍摄穿过颗粒的光，并且使用单独设置的裂纹粒识别装置500处理信号并根据接收到的光数据识别裂纹粒，以及使用挑选装置400挑选出识别的裂纹粒以去除。

然而，以上描述的光学裂纹粒挑选器100具有下述的问题。特别是，裂纹粒识别装置500根据接收的光数据识别每个米粒的总体图像(总体视觉图像)，并且，每当在这样识别的每个颗粒的图像中检测到对应于裂纹的数据的线性暗影时识别裂纹粒。但是，每个米粒都具有胚芽部分，有时外表也会出现表面裂纹(之后称为“划痕(scratches)”)，而众所周知的，胚芽部和划痕是会不利地影响识别裂纹粒时的识别精确性的。换句话说，当米粒中存在胚芽部和划痕时，它们表现为暗影，就像裂纹一样，由于此原因，没有裂纹的正常颗粒会被错误地识别为裂纹粒，导致生产率下降。

发明内容

本发明提供了一种光学裂纹粒挑选器，光学地识别原料米粒中混杂的裂纹粒时，不会由于存在胚芽部和/或表面划痕而错误地将没有裂纹的正常颗粒识别为裂纹粒。

本发明的一种光学裂纹粒挑选器从多个米粒中挑选裂纹粒。该光学裂纹粒挑选器包括：传送装置，用于传送按多个行排列的米粒；光学检测装置，包括发光部，用于向从传送装置喷射的米粒的运动轨迹上的光检测位置发射平面光束，和摄像机，用于检测光检测位置上通过每个米粒的光，该发光部包括第一色光发射器和第二色光发射器，分别用于发射不同波长的第一色光和第二色光，该第一色光发射器包括一对发光单元，该一对发光单元设置使得其光轴和摄像机光轴之间形成基本相同的内角，或者包括设置在摄像机的光轴上的单个发光单元，该第二色光发射器包括光轴设置成与摄像机的光轴不一致的单个发光单元，该摄像机设置来使得在光检测位置上其光轴与米粒运动轨迹基本垂直并具有分别用于接收第一色光和第二色光的第一光接收部和第二光接收部；裂纹粒确定装置，用于通过根据摄像机的第一光接收部和第二光接收部接收的光检测每个米粒中的裂纹来确定米粒中的裂纹粒；以及，挑选/分离装置，用于挑选并分离由裂纹粒确定装置确定出的裂纹粒。

该第一色光和第二色光包括波长为600nm-710nm的红光、波长为500nm-580nm的绿光、和波长为420nm-520nm的蓝光中的两种。

该第一色光发射器的一对发光单元的各自的光轴和所述摄像机光轴之间形成的内角不大于70度。

第一色光发射器的一对发光单元可以设置为相对于包含摄像机光轴的平面对称。

第一色光发射器和第二色光发射器可以由发光二极管构成。

摄像机的第一光接收部和第二光接收部分别可以包括分开设置的第一CCD传感器和第二CCD传感器。

第一CCD传感器和第二CCD传感器可以是彩色CCD线传感器，并且摄像机设置有光散射装置，用于将光检测位置处通过米粒的光散射为第一色和第二色，以输入到相应的彩色CCD线传感器中。

裂纹粒确定装置可以分别根据第一光接收部接收的光和第二光接收部接收的光生成每个米粒的第一图像和第二图像，可以根据第一图像和第二图像的光量差检测每个米粒中的裂纹。

根据本发明的光学裂纹粒挑选器，裂纹确定装置上安装的识别单元根据由CCD摄像机中构造的第一CCD检测的通过米粒的光形成显示裂纹、胚芽部和划痕的第一米粒图像，并根据由CCD摄像机中构造的第二CCD检测的通过颗粒的光形成显示胚芽部和划痕的第二米粒图像，通过计算该两个图像之间光量的差消除胚芽部和划痕的图像并获取(识别)只显示裂纹的裂纹图像，并且根据裂纹图像确定该颗粒是否是裂纹粒。由此，当识别裂纹粒时，不会由于胚芽部和划痕的图像影像而将没有裂纹的正常颗粒误识别为裂纹粒，因此可以正确挑选出去除的裂纹粒，从而改善成品收率。

附图说明

图1是本发明的光学裂纹粒挑选器的垂直侧剖图；

图2是本发明的光学裂纹粒挑选器主要部件的放大图；

图3a和3b是本发明的光学裂纹粒挑选器的斜槽的剖视图；

图4是本发明的光学裂纹粒挑选器的CCD摄像机内部的示意结构图；

图5是本发明光学裂纹粒挑选器的裂纹确定装置框图；

图6a和6b是通过本发明光学裂纹粒挑选器的操作获得的第一米粒图像和第二米粒图像；

图7示出了本发明的光学裂纹粒挑选器操作中从第一米粒图像中减去第二米粒图像的过程；

图8a-8e详细示出了图7所示的减去过程；

图9示出了本发明第一色发射器的变形；

图10示出了传统光学裂纹粒挑选器的垂直侧剖图。

具体实施方式

现将参考附图给出本发明较佳实施例的详细描述。

图1是本发明的光学裂纹粒挑选器1的垂直侧剖图。图2是光学裂纹粒挑选器1主要部件的放大图。光学裂纹粒挑选器1包括容纳原料米粒K的原料槽2，用于将原料槽2中排出的原料颗粒连续送到之后描述的斜槽3的振动进料器4，以及向下倾斜的斜槽3。在本实施例中，斜槽3的向下倾斜的角度是45度。斜槽3的倾斜面上形成了多个沿向下方向上的相邻凹槽，以使每个原料米K的颗粒沿其较长方向排列，并能向下倾倒米(见图3a)。在本实施例中，凹槽3a的宽度W对应米粒K的宽度，或者为3.3毫米。光学检测装置6和挑选装置6a依次沿稻谷下降轨迹G设置在斜槽3的底部附近。

光学检测装置6包括位于米粒下降轨迹G的光检测点P一侧的光发射器7，，以及位于另一侧的CCD摄像机8(见图2)。光发射器7包括第一色光发射器9，其朝向光检测点P发射第一色彩(本实施例中为绿光)的光，以及第二色光发射器10，其发射不同于第一色光发射器9的色彩的光(本实施例中为红光)。第一色光发射器9包括设置在CCD摄像机8光轴11一侧的一个光发射器12，和设置在CCD摄像机8光轴11另一侧的另一光发射器13。光发射器12和另一光发射器13设置为使得：一方面光发射器12的光轴(光路)12a和CCD摄像机8的光轴11形成的内角α1与另一方面光发射器13的光轴(光路)13a和CCD摄像机8的光轴11形成的内角α2基本上相同。本实施例中，内角α1和内角α2都为25度。应当注意，即使由于CCD摄像机8和光发射器7安装中的定位误差而导致内角α1，α2稍微不同，内角α1和内角α2都在以上描述的基本相同的角度范围内。同时，第二色光发射器10定位为使得第二色光发射器10的光轴10a与摄像机8的光轴11不一致。

形成第一色光发射器9的光发射器12和另一光发射器13，以及第二色光发射器10，每个都能向光检测点P发射定向光。尽管例如可以使用线激光发射器作为这些光发射器，但是更优选使用LED(发光二极管)用于该目的，因为其发射的光只有很小的横向差别。在使用LED时，每个光发射器都包括如图2所示的LED元件13b和聚光透镜13c，其中LED元件13b发射的光被聚光透镜13c汇聚成如图2所示的虚线表示，从而按直线向光检测点P发射。

使用LED的第一色光发射器9使用500nm至580nm的绿光，本实施例中使用的该LED元件具有520nm的中心波长和50nm的半宽。同样使用LED的第二色光发射器10使用600nm至710nm的红光，本实施例中使用的该LED元件具有630nm的中心波长和18nm的半宽。应当注意，在本实施例中，按照如上所述，只要第一色光发射器9和第二色光发射器10发射彼此不同色彩的光就足够了。因此，除了如上所述在本实施例中使用绿光和红光的组合，还可以使用400nm至520nm波长的蓝光的组合。之后描述将第一色光发射器9和第二色光发射器10的光量的调整。

在CCD摄像机8的内部，如图2和4所示，按照光进入CCD摄像机8的方向顺序，设置了二向棱镜(分光装置)15、彩色CCD线传感器(第一CCD传感器)16和另一彩色CCD线传感器(第二线传感器)17。从通过光检测点P处米谷K的光中由二向棱镜(分光装置)15的分光作用产生的红光通过彩色CCD线传感器16来检测，而从通过光检测点P处米粒K的光中由二向棱镜(分光装置)15的分光作用产生的绿光通过彩色CCD线传感器17来检测。彩色CCD线传感器16和17每个都连接到裂纹确定装置18，从而将与检测到的通过米粒的光有关的数据(以电信号的形式)发送到裂纹确定装置18。

彩色CCD线传感器16和17，如图3b示意性表示，都包括成线(单一横线)连接的多个光接收部，利用分配到斜槽3的多个凹槽(通道)的每个凹槽中的多个光接收部，使得能够接收从经凹槽通道3a下落的米粒K通过的光。另外，通过将透镜14、二向棱镜15、彩色CCD线传感器16和彩色CCD线传感器17集成在单个单元中，以透过相同米粒K后检测到的两种不同颜色的光为基础形成的米粒的两个图像之间没有差别。

本实施例的挑选装置6a为高压喷气装置6a，用于像气枪一样形成高压气流。但是，作为替代，也可以将使用螺线管的弹簧承载机构用作挑选装置6a。高压喷气装置6a提供有喷嘴6b，在喷嘴6b中，多个喷气部件6c按照一个喷气部件6c与每个凹槽(通道)3a对准的方式连接(见图3b)，从而向在光检测点P之下的位置的米粒的下落轨迹G喷射高压气体。喷嘴6b的喷气部件6c每个都通过管道连接的方式连接到螺线管阀，每个螺线管阀都与高压气源相通。螺线管阀都连接到喷射阀驱动装置25，并在接收到来自喷射阀驱动装置25的喷气信号后立即打开和关闭，由此像气枪一样通过快速喷射高压气将不合适的颗粒从下降轨迹G中移除。

如图5所示，裂纹确定装置18包括连接到构造于CCD摄像机8内部的每个彩色CCD线传感器16和17的输入/输出电路(I/O)19，连接到输入/输出电路19的图像处理电路20，连接到图像处理电路20的中央处理单元(CPU)21和读/写存储器(RAM)22，连接到中央处理单元21的只读存储器(ROM)23，和另一输入/输出电路(I/O)24。另外，输入/输出电路24连接到喷射阀驱动装置25。本实施例中，识别单元18a表示图像处理单元20、中央处理单元21、读/写存储器22和只读存储器23。

接下来，描述本发明的操作。

原料米粒K通过作为传送装置5的振动进料器4的振动连续从原料槽2供给斜槽3的上游端部。供给斜槽3的原料米粒K进入凹槽3a，并在米粒方向(定向)伸直时被向下排到该端部，使得米粒沿它们的纵向排列。由此排出的原料米粒K在上述的定向上沿下落轨迹G下落，并在它们通过关检测点P时通过一直发光的第一色光发射器9发射的绿光和第二色光发射器10发射的红光进行照射。

CCD摄像机8检测从在光检测点P处以绿光和红光照射的颗粒K通过的光。所透过的光随后在通过CCD摄像机8的透镜14后由二向棱镜15分为绿光和红光。绿色透过光由彩色CCD线传感器17扫描(接收)，红色透过光由彩色CCD线传感器16扫描(接收)。

彩色CCD线传感器16扫描的接收光信号(红色)通过裂纹确定装置18的I/O 19连续发送到图像处理电路20。图像处理电路20根据检测到的通过米粒的红光形成光检测点P处米粒的图像。以从米粒通过的红光为基础生成的颗粒图像成为图6a所示的第一颗粒图像，其中示出了米粒的整体形状中的裂纹、胚芽部和划痕。这些第一米粒图像连续存储在RAM22中。

对比地，彩色CCD线传感器17扫描的接收光信号(绿色)通过裂纹确定装置18的I/O19连续发送到图像处理电路20。图像处理电路20根据检测到的通过米粒的绿光形成光检测点P处米粒的图像。以从米粒通过的绿光为基础形成的米粒图像成为图6a所示的第二米粒图像，其中只示出了米粒的整体形状中的胚芽部和划痕，而裂纹不出现。

在第二米粒图像中不出现裂纹(即，未检测到)是因为光发射器12和另一光发射器13发出的光从相对CCD摄像机8光轴11相同的角度(内角α1＝内角α2)照射到米粒(裂纹粒)K的裂纹上，从而由裂纹折射(refract)的光产生的阴影被相互抵消了，而只从一个倾斜方向照射米粒(裂纹粒)时，光被裂纹折射，暗影出现在颗粒的表面上。应当注意，米粒的裂纹通常沿基本垂直于米粒纵向的方向延伸。因此，斜槽3排出的米粒中的裂纹基本在包括光检测点P处CCD摄像机8的光轴11的平面内延伸。只要内角α1，α2为70度或更小产生的效果都一样。一旦内角超过70度，裂纹的暗影突出，不能完全抵消，而且划痕和胚芽部的检测精确度也下降。应当注意，第二颗粒图像(图6b)连续存储在RAM 22中。

接着，从RAM 22中读取第一米粒图像和第二米粒图像，进行计算处理，从第一米粒图像的光量(示出了裂纹、胚芽部和划痕)中减去第二米粒图像的光量(只示出了胚芽部和划痕)(见图7)。该减去过程抵消了胚芽部和划痕，从而只有裂纹保留在获得的图像中。通过该处理可以获得只包含裂纹的裂纹图像。

应当注意，需要预先调节第一色光发射器9和第二色光发射器10的光量，使得通过减去处理，胚芽部的图像(光量)、划痕的图像(光量)以及米粒的外廓彼此抵消，尽可能不再保留，只保留裂纹的图像。在胚芽部的图像(光量)、划痕的图像(光量)以及米粒外廓的模糊轨迹遗留的情况下，这些可以使用一阈值将它们数字化，以区分这些光量和裂纹图像的光量，从而只保留裂纹图像。

现参考图8a-8e详细描述图7所示的减去处理。为了描述方便，绘出了上述第一米粒图像(示出了裂纹、胚芽部和划痕)中米粒以及上述第二米粒图像(只示出了胚芽部和划痕)中相同的米粒的截面光量(波形)(连续感应的图像数据序列)，使用这些光量(波形)详细描述减去过程。

首先，图8b示出了第一米粒图像和第二米粒图像的截面处的光量(波形)。可以从图中看出，波形中检测了裂纹、胚芽部和划痕。接着，计算了图8b所示两波形之间的差。结果，得到了图8c所示的波形，由此两米粒图像中胚芽部和划痕彼此抵消，检测到了对应裂纹的下陷的波形。接着，将图8c所示裂纹波形高度从负区域上升到正区域，产生图8d所示的波形。进一步，对图8d所示波形进行微分处理，以锐化裂纹的波形。图8e中示出了该过程产生的波形。由此，以米粒的截面为单元(即，连续感应的图像数据序列)进行包括第一米粒图像和第二米粒图像的光量减去处理，只保留了裂纹的图像。

接着，CPU 21对上述保留裂纹的图像的像素数量进行计数。所计数的数量随后与识别裂纹并预先设置在ROM 23中的阈值进行比较，具体地，与识别裂纹的像素的连续数量进行比较。如果比较结果表明保留裂纹的图像的像素数量等于或超过阈值，那么有问题的米粒确定为(识别为)裂纹米粒。对比地，如果计数数量在阈值之下，那么裂纹被抵消，有问题的米粒不认为是裂纹米粒。

接着，一旦认定有问题的米粒是裂纹米粒后，CPU 21通过I/O 24向喷射阀驱动电路25输出信号。在预定延迟周期后，喷射阀驱动电路25向高压喷气装置6a的螺线管阀输出喷气信号，该高压喷气装置6a对应于检测裂纹米粒的凹槽(通道)并操作螺线管阀，由此通过从相应的喷嘴6b(气枪)的喷气部件6c喷气使得裂纹米粒从上述下落轨迹G中挑选出来。可选地，此处，可以通过已知方法(例如JP-3722354-B)检测裂纹米粒的中心等处，将信号输出到对应检测中心位置的螺线管阀，并且朝向裂纹米粒的中心喷气，从而更可靠地挑选裂纹米粒。

由此，如上所述，本发明能够抵消米粒中胚芽部和划痕的图像，获得只包含裂纹的裂纹图像。其结果是，当挑选去除的裂纹米粒时，不会由于胚芽部和划痕的图像将没有裂纹的正常米粒误识别为裂纹米粒。因此，可以正确识别并挑选去除裂纹米粒，从而改善成品收率。

应当注意，尽管上述实施例中第一色光发射器9包括光发射器12和另一光发射器13，第一色光发射器9还可以包括单个光发射器(见图9)。如果第一色光发射器9只包括单个光发射器，则内角必须为0，第一色光发射器9的光轴必须与CCD摄像机8的光轴一致，从而能够获得与本发明上述相同的效果。

此外，在通过本发明的减去处理抵消胚芽部和划痕的图像获得裂纹的图像时，尽管在上述实施例中从第一米粒图像中减去了第二米粒图像，也可以相反地从第二米粒图像中减去第一米粒图像，获得裂纹的图像。

进一步，尽管上述实施例中CCD传感器包括两个彩色CCD线传感器17和16，作为替代，CCD传感器还可以包括单个彩色CCD线传感器。在这种情况下，通过例如，替代地在彩色CCD线传感器的相邻光接收部件上安装可以透过绿光的过滤器和可以透过红光的过滤器，可以根据接收的每种颜色的光来形成上述第一和第二米粒图像。

另外，作为本发明的变形，第一的色光发射器9和第二色光发射器10可以交替发光，每个光接收传感器(CCD传感器)都配置为接收单一颜色(单一波长)的光并且两个CCD传感器接收两个色光发射器各自发出的光，从而根据这样获得的接收的光数据形成上述的第一和第二米粒图像。

在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本发明有许多明显不同的实施例，因此应当理解本发明并不限于具体的实施例，除非所附权利要求进行了限定。

Claims

1.一种光学裂纹粒挑选器，用于从多个米粒中挑选裂纹粒，包括：

传送装置，用于传送按多个行排列的米粒；

光学检测装置，包括发光部，用于向从传送装置喷射的米粒的运动轨迹上的光检测位置发射平面光束，和摄像机，用于检测光检测位置上通过每个米粒的光，

所述发光部包括第一色光发射器和第二色光发射器，分别用于发射不同波长的第一色光和第二色光，所述第一色光发射器包括一对发光单元，该一对发光单元设置使得其光轴和摄像机光轴之间形成基本相同的内角，或者包括设置在摄像机的光轴上的单个发光单元，所述第二色光发射器包括光轴设置成与摄像机的光轴不一致的单个发光单元，所述摄像机设置来使得在光检测位置上其光轴与米粒运动轨迹基本垂直并具有分别用于接收第一色光和第二色光的第一光接收部和第二光接收部；

裂纹粒确定装置，用于通过根据摄像机的第一光接收部和第二光接收部接收的光检测每个米粒中的裂纹来确定米粒中的裂纹粒；以及

挑选/分离装置，用于挑选并分离由裂纹粒确定装置确定出的裂纹粒。

2.根据权利要求1所述的光学裂纹粒挑选器，其中，第一色光和第二色光包括波长为600nm-710nm的红光、波长为500nm-580nm的绿光、和波长为420nm-520nm的蓝光中的两种。

3.根据权利要求1所述的光学裂纹粒挑选器，其中，所述第一色光发射器的一对发光单元的各自的光轴和所述摄像机光轴之间形成的内角不大于70度。

4.根据权利要求1所述的光学裂纹粒挑选器，其中，所述第一色光发射器的一对发光单元设置为相对于包含所述摄像机光轴的平面对称。

5.根据权利要求1所述的光学裂纹粒挑选器，其中，第一色光发射器和第二色光发射器由发光二极管构成。

6.根据权利要求1所述的光学裂纹粒挑选器，其中，所述摄像机的第一光接收部和第二光接收部分别包括分开设置的第一CCD传感器和第二CCD传感器。

7.根据权利要求1所述的光学裂纹粒挑选器，其中，所述第一CCD传感器和第二CCD传感器是彩色CCD线传感器，并且所述摄像机设置有光散射装置，用于将光检测位置处通过米粒的光散射为第一色和第二色，以输入到相应的彩色CCD线传感器中。

8.根据权利要求1所述的光学裂纹粒挑选器，其中，所述裂纹粒确定装置分别根据第一光接收部接收的光和第二光接收部接收的光生成每个米粒的第一图像和第二图像，并根据第一图像和第二图像的光量差检测每个米粒中的裂纹。