CN102252977A

CN102252977A - 基于嵌入式机器视觉技术的便携式牛肉品质分级检测仪

Info

Publication number: CN102252977A
Application number: CN2011101089856A
Authority: CN
Inventors: 彭增起; 刘超超; 梁林; 吴海娟; 王卫; 谌启亮; 郑斌; 沈明霞
Original assignee: Nanjing Agricultural University
Current assignee: Nanjing Agricultural University
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2011-11-23

Abstract

一种基于嵌入式机器视觉技术的便携式牛肉品质分级检测仪，它包括相机（2）、光源（3）、灯箱（4）和分析仪（5），所述的相机（2）和光源（3）均集成于灯箱（4）内部，灯箱（4）的箱体上设有一通光孔（6），相机（2）固定在灯箱（4）上，其前端的镜头（1）与通光孔（6）相对，光源（3）安装在通光孔（6）上，相机（2）的输出与分析仪（5）相连。本发明集嵌入式电路板、CCD工业相机、LCD液晶触摸屏、Wi-Fi设备、光源等模块于一体，各模块相互配合并固定成一个整体，最终使用设计的外壳进行封装。整个分级终端，重量轻、体积小，易于手持操作，操作环境适应性强。

Description

基于嵌入式机器视觉技术的便携式牛肉品质分级检测仪

技术领域

本发明涉及一种牛肉品质智能分级检测仪，尤其是集成光源、相机、嵌入式模块以及固定装置的便携式终端，具体地说是一种能够在牛胴体分割流水线上实时采集牛胴体特定部位图片并判定其品质等级的基于嵌入式机器视觉技术的便携式牛肉品质分级检测仪。

背景技术

目前，牛肉品质的评价指标主要包括牛肉的大理石花纹、牛肉色泽、牛肉的生理成熟度以及牛肉的脂肪色等，其中大理石花纹等级是最主要的评价指标。在传统的牛肉加工行业中，通常采用人工测量或目测法来实现牛肉品质的评定。由于评价员是根据个人经验，主观、定性的进行评价，因而很易受到环境和心理等主观因素的影响，并且容易产生人眼疲劳，评价效率下降等现象，因此这样的评定过程不仅缺乏公平性，而且还存在相当大误差，效率低，有时甚至严重影响整个牛肉质量在线评价环节的进行。从上世纪八十年代以来，国内外许多学者开始将机器视觉及图像处理技术引入牛肉分级领域中，研究牛肉分级的定量指标和客观评定方法，探讨牛肉的自动分级技术，提高品质评定的准确性和工作效率，并取得了一定的研究成果。利用机器视觉及图像处理技术，可以营造一个更为公正、客观的分级环境，其评定结果更准确、快速。目前一些国外牛肉生产国已开发出自己的牛肉影像分级系统并投入生产实践。具有代表性的有美国的CVS-Beefcam，澳大利亚的VIAScan，丹麦的BCC-2以及德国的VBS2000和CSB-FuzzyMeater。这些牛肉影像分级系统通过CCD工业相机采集牛肉关键部位图片，然后将图片数据传送到通用计算机上进行处理，通常设备体积庞大、移动不便。对于国内一些牛肉屠宰加工企业，由于其分割工艺和分割环境的特殊性，不适合使用大型分级系统，而是希望分级设备具有小型化和便携式的特点。随着计算机技术和微电子技术的迅速发展，基于嵌入式技术的图像处理平台向小型化、便携式方向发展，这使得研制便携式、手持式的牛肉影像分级设备成为可能。

发明内容

本发明的目的是针对现有的牛肉品质分级系统所存在的设备体积庞大、移动不便的问题，提出一种结构简单，集成光源、相机、嵌入式模块以及固定装置的基于嵌入式机器视觉技术的便携式牛肉品质分级检测仪。

本发明的技术方案是：

一种基于嵌入式机器视觉技术的便携式牛肉品质分级检测仪，它包括相机、光源、灯箱和分析仪，所述的相机和光源均集成于灯箱内部，灯箱的箱体上设有一通光孔，相机固定在灯箱上，相机前端的镜头与通光孔相对，光源安装在通光孔上，相机的输出与分析仪相连。

本发明的光源为环形光源，与通光孔的尺寸匹配，安装在灯箱的通光孔上。

本发明的分析仪包括图像解码器和嵌入式处理器，所述的图像解码器的信号输入端作为分析仪的信号输入与相机的图像信号输出端相连，图像解码器的信号输出端与嵌入式处理器的图像信号输入端相连，嵌入式处理器的信号输出端作为分析仪的信号输出端输出牛肉品质分级信息。

本发明的嵌入式处理器为OMAP3530处理器。

本发明的分析仪还包括无线通信模块，该无线通信模块的信号输入端与处理器的信号输出端相连，无线通信模块与远程的上位机牛肉品质分级器无线通信，通过上位机牛肉品质分级器处理，输出牛肉品质分级信息。

本发明的无线通信模块为WIFI8000-U模块。

本发明的上位机牛肉品质分级器包括无线路由器、无线网卡和牛肉品质分级工作站。上位机牛肉品质分级器采用专利号为“201010568936.6”的一种基于机器视觉的牛肉品质智能分级系统及其方法中的分机系统实现。

本发明的分析仪还包括UART串口、LCD触摸屏、电源、JTAG接口、RJ45网口、USB接口、SDRAM存储器和FLASH存储器，所述的电源为分析仪的各模块提供工作电源；UART串口、LCD触摸屏、JTAG接口、RJ45网口、USB接口、SDRAM存储器和FLASH存储器分别与处理器的对应信号端相连。

本发明的相机为CCD工业相机，镜头为另配的工业镜头。

本发明的有益效果：

本发明首次将嵌入式技术和机器视觉技术相结合应用于牛肉分级领域，实现了牛肉品质分级系统的便携性和小型化。系统不仅对牛胴体分割肉进行在线品质判定，还可以对未分割的二分体雪花肉分级，因此具有更广泛的适用性。

本发明的系统采用基础网络结构模式的Wi-Fi传输技术用于实现嵌入式终端即基于嵌入式机器视觉技术的便携式牛肉品质分级检测仪和上位机服务器端即远程的上位机牛肉品质分级器之间的图像、数据的共享。基础网络结构模式中一般包含无线路由器，依靠其加密功能，保证了信息的安全，还可以有选择性的将信息发布在以太网上。

本发明利用数字图像处理技术开发了基于嵌入式机器视觉的牛肉品质智能分级软件，软件对采集到的牛胴体特定部位图像进行相关所需处理，利用有效区域内大理石花纹、脂肪颜色和红肉颜色三个指标进行分析，进而实现对整条牛胴体进行有效的定级，弥补了目前牛肉分级系统利用单一指标容易误判的不足，大大提高了分级的准确性和客观性。

本发明的分级终端采用Qt Embedded开发系统软件界面。人机交互界面友好直观，简洁明了，便于用户操作。

本发明的基于嵌入式机器视觉技术的便携式牛肉品质分级检测仪集嵌入式电路板、CCD工业相机、LCD液晶触摸屏、Wi-Fi设备、光源等模块于一体，各模块相互配合并固定成一个整体，最终使用设计的外壳进行封装。整个分级终端，重量轻、体积小，易于手持操作，操作环境适应性强。同时，分级终端的外部材料完全符合国家食品行业的卫生标准。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2是本发明的结构示意图。

1、镜头；2、相机；3、光源；4、灯箱；5、分析仪；6、通光孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种基于嵌入式机器视觉技术的便携式牛肉品质分级检测仪，它包括相机2、光源3、灯箱4和分析仪5，所述的相机2和光源3均集成于灯箱4内部，灯箱4的箱体上设有一通光孔6，相机2固定在灯箱4上，其前端的镜头1与通光孔6相对，光源3安装在通光孔6上，相机2的输出与分析仪5相连。

本发明的光源3为环形光源，与通光孔6的尺寸匹配，安装在灯箱4的通光孔6上。环形光源的内径：95mm；外径：105mm。型号可为：CCS/LDR2-50SW。

本发明的相机2为CCD工业相机（采用CCD模拟工业相机），镜头1为另配的工业镜头。相机的尺寸为：35×35×43mm；镜头的尺寸为：Ф32×41mm；镜头前端距环形光源后端35mm；镜头前端距被测物100mm；相机后端距离检测仪外壳底部90mm。镜头采用：手动光圈手动变焦工业镜头,C接口；CCD工业相机采用高清晰工业仪器相机，SONY CCD传感器，像素752(H)*582(V)，540线，C接口。

本发明的分析仪5包括图像解码器（采用天漠科技有限公司生产的型号为CAM8000-A的图像解码器）和嵌入式处理器，所述的图像解码器的信号输入端作为分析仪5的信号输入与相机2的图像信号输出端相连，图像解码器的信号输出端与嵌入式处理器的图像信号输入端相连，嵌入式处理器的信号输出端作为分析仪5的信号输出端输出牛肉品质分级信息。

本发明的嵌入式处理器为OMAP3530处理器，OMAP3530处理器采用600MHz ARM Cortex-A8内核与430MHz TMS320C64x+ DSP内核。

本发明的分析仪5还包括无线通信模块，该无线通信模块的信号输入端与处理器的信号输出端相连，无线通信模块与远程的上位机牛肉品质分级器无线通信，通过上位机牛肉品质分级器处理，输出牛肉品质分级信息。

本发明的无线通信模块为天漠科技有限公司生产的WIFI8000-U模块；基于USB接口的ARM嵌入式WIFi无线通讯模块, 基于IEEE 802.11标准的无线网路通讯协议。

本发明的上位机牛肉品质分级器包括无线路由器（型号可为TP-LINK/TL-WR541G+）、无线网卡（型号可为TP-LINK/TL-WN322G+）和牛肉品质分级工作站。上位机牛肉品质分级器采用专利号为“201010568936.6”的一种基于机器视觉的牛肉品质智能分级系统及其方法中的分机系统实现。用于处理由便携式检测仪传输过来的牛胴体切面图像，对有效眼肌区域内大理石花纹分布情况、脂肪颜色和红肉颜色进行相关分析，最后在以上三个指标级别的判定基础上给出牛胴体综合等级判定结果并将判定结果发送给便携式检测仪。

本发明的分析仪5还包括UART串口、LCD触摸屏（采用5.6寸液晶模块，带触摸屏，型号可为：CHILIN/LCD8000-43T）、电源、JTAG接口、RJ45网口、USB接口、SDRAM存储器和FLASH存储器，所述的电源为分析仪的各模块提供工作电源；UART串口、LCD触摸屏、JTAG接口、RJ45网口、USB接口、SDRAM存储器和FLASH存储器分别与处理器的对应信号端相连。

本发明的“基于嵌入式机器视觉技术的便携式牛肉品质分级检测仪”能够为我国牛肉产业提供一个客观的便携的牛肉品质分级的系统平台。内容包括：集成有光源模块、CCD工业相机、嵌入式处理器以及固定装置的便携式检测仪，能够在牛胴体分割流水线上实时采集牛胴体特定部位图片并判定其品质等级；Wi-Fi无线局域网络用于实现嵌入式终端和上位机服务器之间，图像数据及处理结果的快速、无损传输；由牛肉品质分级软件和牛胴体品质信息数据库等组成的服务器系统，可以判定牛肉品质等级并将相关数据录入数据库，同时也可以这些信息发布在网络上。

本系统中采用CCD模拟工业相机模块，经过包含图像解码芯片的转接板，再与嵌入式终端的相应接口连接。另外，为使采集的图片标准化，系统规范了采集图片时的镜头焦距、物距等关键参数。

能够实时在嵌入式终端上运行较为复杂的图像处理程序是整个分级系统的关键。本系统充分利用ARM处理器的控制能力以及DSP处理器的图像信号处理能力，采用ARM+DSP的双核处理器，为运行牛肉品质分级软件提供了坚实的硬件基础。另外，嵌入式终端包含一块液晶触摸屏，构建良好的人机交互平台。

Wi-Fi无线传输实现整个系统必须确保图像和数据能够在便携式检测仪与上位机牛肉品质分级器之间快速、无损、安全的传输，因此选择哪种无线传输方式值得认真考虑。根据系统图像实时性传输需求，并从传输速率和传输距离两个方面进行考虑，约定采用Wi-Fi技术进行图像数据的传输。Wi-Fi是一种短距离无线传输技术，如今人们习惯将Wi-Fi 技术认为是无线局域网IEEE 802.11系列标准的统称。IEEE 802.11的网络结构有两种类型：自组对等式网络模式（Ad hoc mode）和基础结构模式（Infrastructure），基础网络结构模式中有多个和有线网络连接的AP，每个无线设备都数据信息发向AP，AP负责转发所有的信息，这种模式将以太网和无线局域网络整合在一起。而自组对等式模式，不需要AP的参与，设备之间直接进行对等通信，其优势是网络抗毁性好、建网容易。

对于嵌入式图像处理来说，图像用户界面研究和开发也是嵌入式系统应用中的重要部分。图像用户界面（GUI）是指计算机与使用者之间的图形化对话接口，其重要性在于它极大地方便了终端用户的使用。与通用GUI相比，嵌入式系统对其基本要求包括：轻型、占用资源少、高性能、高可靠性和可配置。本系统采用的是挪威Troltech公司的QT/Embedded，它是一个跨平台的C++图形用户界面应用程序框架，提供开发应用程序用户界面部分所需要的一切，它是完全面向对象的，容易扩展，允许真正地组件编程。本系统设计的图像用户界面主要有三个：一、是调用CCD工业相机的图像采集存储显示界面；二是调用无线设备的图像数据传输界面；三是牛肉品质分级界面。

具体实施时：

（1）牛胴体切面图像信息采集

开启工业相机电源、OMAP模块电源、无线路由器和牛肉品质分级工作站→打开专用光源3→使用LCD触摸屏运行便携式检测仪的人机交互界面→在人机交互界面的控制下通过图像解码器打开工业相机2→把工业相机2放在牛胴体切面前固定距离处→调整镜头1的光圈和焦距使人机交互界面中成像清晰，并用固定锁钮锁定光圈和聚焦（系统投入使用至产品寿命结束，该项工作只进行一次）→调整专用光源3的光亮和打光方向（系统投入使用至产品寿命结束，该项工作只进行一次）→通过LCD触摸屏上的人机交互界面控制相机2进行牛胴体切面图像信息的采集，将采集到的图像显示在人机交互界面中，判断图像是否采集成功，如不成功则重新采集。

（2）牛胴体切面图像信息的传输

使用LCD触摸屏上的人机交互界面控制便携式检测仪的Wi-Fi模块将成功采集的牛胴体切面图像进行无线发送→无线路由器将Wi-Fi模块发送的图像数据路由到嵌入式图像处理器的Wi-Fi模块→上位机牛肉品质分级器中的无线传输程序控制无线网卡接收便携式检测仪发送过来的图像数据。

（3）牛胴体各参数指标级别的判定及判定等级显示

成功接收图像数据后，上位机牛肉品质分级器分析图像数据→判定牛胴体切面上有效眼肌区域内大理石花纹的级别→判定牛胴体切面上有效眼肌区域内红肉颜色和脂肪颜色的等级→判定牛胴体的综合等级→在牛肉品质分级软件的界面上显示牛胴体的综合等级→用牛肉品质分级软件中的无线传输程序控制无线网卡将牛胴体的综合等级数据经无线路由器发送到检测仪的Wi-Fi模块→OMAP模块，通过Wi-Fi模块接收到数据后在LCD触摸屏上显示牛胴体的综合等级。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种基于嵌入式机器视觉技术的便携式牛肉品质分级检测仪，其特征是它包括相机（2）、光源（3）、灯箱（4）和分析仪（5），所述的相机（2）和光源（3）均集成于灯箱（4）内部，灯箱（4）的箱体上设有一通光孔（6），相机（2）固定在灯箱（4）上，相机（2）前端的镜头（1）与通光孔（6）相对，光源（3）安装在通光孔（6）上，相机（2）的输出与分析仪（5）相连。

2.根据权利要求1所述的基于嵌入式机器视觉技术的便携式牛肉品质分级检测仪，其特征所述的光源（3）为环形光源，与通光孔（6）的尺寸匹配，安装在灯箱（4）的通光孔（6）上。

3.根据权利要求1所述的基于嵌入式机器视觉技术的便携式牛肉品质分级检测仪，其特征所述的分析仪（5）包括图像解码器和嵌入式处理器，所述的图像解码器的信号输入端作为分析仪（5）的信号输入与相机（2）的图像信号输出端相连，图像解码器的信号输出端与嵌入式处理器的图像信号输入端相连，嵌入式处理器的信号输出端作为分析仪（5）的信号输出端输出牛肉品质分级信息。

4.根据权利要求3所述的基于嵌入式机器视觉技术的便携式牛肉品质分级检测仪，其特征所述的嵌入式处理器为OMAP3530处理器。

5.根据权利要求3所述的基于嵌入式机器视觉技术的便携式牛肉品质分级检测仪，其特征所述的分析仪（5）还包括无线通信模块，该无线通信模块的信号输入端与处理器的信号输出端相连，无线通信模块与远程的上位机牛肉品质分级器无线通信，通过上位机牛肉品质分级器处理，输出牛肉品质分级信息。

6.根据权利要求5所述的基于嵌入式机器视觉技术的便携式牛肉品质分级检测仪，其特征所述的无线通信模块为WIFI8000-U模块。

7.根据权利要求5所述的基于嵌入式机器视觉技术的便携式牛肉品质分级检测仪，其特征所述的上位机牛肉品质分级器包括无线路由器、无线网卡和牛肉品质分级工作站。

8.根据权利要求3所述的基于嵌入式机器视觉技术的便携式牛肉品质分级检测仪，其特征所述的分析仪（5）还包括UART串口、LCD触摸屏、电源、JTAG接口、RJ45网口、USB接口、SDRAM存储器和FLASH存储器，所述的电源为分析仪的各模块提供工作电源；UART串口、LCD触摸屏、JTAG接口、RJ45网口、USB接口、SDRAM存储器和FLASH存储器分别与处理器的对应信号端相连。

9.根据权利要求1所述的基于嵌入式机器视觉技术的便携式牛肉品质分级检测仪，其特征所述的相机（2）为CCD工业相机，镜头（1）为另配的工业镜头。