CN102397844B - 彩色ccd色选机的光电检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种彩色CCD色选机的光电检测装置，包括：图像采集模块，用于采集待检测杂粮的模拟图像，并将其转换成杂粮的数字图像发送至DSP模块；DSP模块，与图像采集模块交互，将图像采集模块发送的杂粮的数字图像进行预处理，然后根据预设的检测规则对杂粮的数字图像分别进行完整性、霉变、发芽和小粒检测，将检测结果依次通过同步串口、接口板发送至上位机，由上位机根据检测结果选择杂粮的出料通道；电源时钟模块，用于分别向图像采集模块和DSP模块供电，并向其提供工作时钟。该光电检测装置能够对杂粮分别进行完整性、霉变、发芽和小粒检测，并根据检测结果选择杂粮的出料通道，实现了多重分级筛选，提高了对杂粮的检测识别能力。

Description

彩色CCD色选机的光电检测装置

技术领域

本发明涉及一种杂粮色选机，尤其涉及一种彩色CCD色选机的光电检测装置。 

背景技术

随着我国改革开放形势的深入发展，综合国力越来越强，百姓越来越富，国民的生活水平越来越高，人们对食品的精度和卫生程度越来越重视，对加工食品的原料精度和纯度的要求也越来越严格。许多高级食品原料经过色选后精度明显提高，身价倍增，色选机在我国应运而生，首先在大米行业快速展开，紧接着在种子、榨油、果品等领域得到发展。 

现有的杂粮光电色选机一般包括喂料系统、光电筛选系统和出料系统，其中，光电筛选系统包括上位机和光电检测装置，光电检测装置用于对杂粮进行检测并将检测结果上报至上位机，上位机根据检测结果控制该杂粮进入出料系统的通道，从而筛选出杂粮的好坏。而现有的杂粮光电色选机的光电检测装置一般采用光电管、光电二极管、硅光电池来检测光信号，这种光电检测装置的最大优点是成本低廉，生产、调试和制作容易，后续的信号处理电路部分简单，与之相匹配的光学系统采用简单的电眼，由两片简单的透镜组成，不需要调整，成本也较低。但其检测识别能力差。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种检测识别能力强的彩色CCD色选机的光电检测装置。 

为达到上述目的，本发明提供了一种彩色CCD色选机的光电检测装置，包括： 

图像采集模块，用于采集待检测杂粮的模拟图像，并将其转换成所述杂粮的数字图像发送至DSP模块； 

DSP模块，与所述图像采集模块交互，将所述图像采集模块发送的所述杂粮的数字图像进行预处理，然后根据预设的检测规则对所述杂粮的数字图像分别进行完整性、霉变、发芽和小粒检测，将检测结果依次通过同步串口、接口板发送至上位机，由所述上位机根据所述检测结果选择所述杂粮的出料通道； 

电源时钟模块，用于分别向所述图像采集模块和所述DSP模块供电，并向其提供工作时钟。 

本发明的彩色CCD色选机的光电检测装置，所述图像采集模块是型号为LUPA-300的图像传感器，所述DSP模块的型号为TMS320DM6437。 

本发明的彩色CCD色选机的光电检测装置，还包括：由两个DDR2内存构成的随机存储器，所述随机存储器用于暂存所述图像采集模块发送的所述杂粮的数字图像、以及所述DSP模块的预处理后的所述杂粮的数字图像和所述DSP模块生成的检测结果。 

本发明的彩色CCD色选机的光电检测装置，还包括：Flash存储器，用于存储所述预设的检测规则。 

本发明的彩色CCD色选机的光电检测装置，还包括：第一数据缓冲器，用于缓存所述图像采集模块向所述DSP模块发送的所述杂粮的数字图像。 

本发明的彩色CCD色选机的光电检测装置，所述同步串口为MCBSP串口。 

本发明的彩色CCD色选机的光电检测装置，还包括：第二数据缓冲器，用于缓冲所述MCBSP串口向所述接口板发送的检测结果。 

本发明的彩色CCD色选机的光电检测装置，还包括：第三数据缓冲器和主机板，所述上位机依次通过所述主机板、所述第三数据缓冲器和异步串口向所述型号为TMS320DM6437的DSP模块发送所述预设的检测规则。 

本发明的彩色CCD色选机的光电检测装置的DSP模块能够对杂粮分别进行完整性、霉变、发芽和小粒检测，并根据检测结果选择杂粮的出料通道，从而实现了多重分级筛选，极大的提高了对杂粮样品的检测识别能力。 

附图说明

图1为本发明的彩色CCD色选机的光电检测装置的电路框图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述： 

参考图1所示，本实施例的彩色CCD色选机的光电检测装置包括图像采集模块1、第一数据缓冲器2、DSP模块3、接口板4、主机板5、由两个DDR2内存构成的随机存储器6、Flash存储器7、电源时钟模块8、第二数据缓冲器9和第三数据缓冲器10。 

其中，图像采集模块1，用于采集待检测杂粮的模拟图像，并将其转换成该杂粮的数字 图像发送至DSP模块3，该图像采集模块1由镜头101和Cypress公司推出的型号为LUPA-300的图像传感器102组成。图像传感器102将模拟图像获取、数字化和数字信号处理的功能集成在单一芯片中，分辨率为640×480；帧频达到250帧/s，属于高帧频图像传感器，可以实现动态目标的跟踪拍摄；动态范围为61dB，采用多斜率积分最高可达到90dB；内部集成有4个独立的模数转换器(ADC)，采样率为80MS/s，集成的ADC提供10bit的数字信号输出，内部有大量的寄存器和控制器，可以对图像传感器的工作状态进行选取，实现实时调整；采用同步快门，具有随机开窗与采样功能，可对片上任意感兴趣的区域进行读取，并且每帧图像可以读取不同的区域。该图像传感器的时钟频率可达到80MHz。在本实施例中我们使用的时钟频率为70MHz，达到的帧率为218帧/s。 

其中，DSP模块3，与图像采集模块1交互，用于将图像采集模块1发送的数字图像进行CFA差值、Gama校正等预处理，然后根据预设的检测规则对杂粮的数字图像分别进行完整性、霉变、发芽和小粒检测，将检测结果依次通过MCBSP同步串口、接口板4发送至上位机，由上位机根据检测结果选择杂粮的出料通道。该DSP模块3选取的是TI公司生产的型号为TMS320DM6437的DSP模块，该DSP模块3是整个光电检测装置的核心，主频可达600MHz，峰值处理能力高达4800MIPS，采用二级Cache存储器体系结构，片上有32K字节随机存储器/Cache可配置的1级程序存储器L1P，48K字节随机存储器+32K字节随机存储器/Cache可配置的1级数据存储器L1D，和128K字节随机存储器/Cache可配置的2级程序/数据存储器L2，存储器体系结构更灵活、合理，有利于提高图像处理代码/数据的吞吐率；片上具有64通道增强型DMA控制器EDMA3，其支持复杂的数据类型的传输，有利于图像数据的高效传输和格式变换；一个专用的单通道视频输入接口，既可以方便地与各种数字视频输入标准接口，还具有常用的视频预处理功能；一个专用的单通道视频输出接口，既可以提供多种模拟视频输出标准，还可以提供各种数字视频输出标准接口，并且在视频输出之前，还支持多个视频窗口管理及在视频画面上叠加文本数据。该DSP模块3采用EDMA传输，大大保证了图像传输的实时性。上述预设的检测规则包括如下流程： 

1、完整性检测 

杂粮的破损会表现在杂粮的红色种皮上，当有破损时，红衣会部分或全部脱落，脱落部分的颜色会呈现与未脱落部分不同的颜色特征，表明杂粮有破损情况。因此，可以将杂粮的破损与其对应的颜色信息联系起来，建立两者之间的关系，本实施例选择Ycbcr模型作为本检验的颜色模型。如果某杂粮有破损，DSP模块将发出剔除信号，由上位机根据该剔除信号控制光电杂粮色选机的出料系统将该杂粮筛选进入破损出料通道，否则，该杂粮进入下一步霉变和杂质检测。 

2、霉变和杂质检测 

杂粮在收获、贮藏和加工过程中极易受霉菌污染，不仅影响杂粮的风味、外观，而且对人畜生命具有潜在威胁。正常杂粮表面颜色均匀一致、有光泽，而霉变后其颜色会失去光泽，同时表面出现不同程度的皱缩，有块状斑点产生，严重霉变的杂粮表皮颜色暗晦、发黑，皱缩明显，为了获得杂粮霉变和杂质区域的图像特征信息，在检测规则中取图像霉变和杂质区域中的N×N个像素单元，以此N×N个像素的颜色分量值获得霉变和杂质的特征参数，如均值和方差等，继而基于区域对霉变和杂质杂粮进行识别检测。如果某杂粮有霉变和杂质，DSP模块将发出剔除信号，由上位机根据该剔除信号控制光电杂粮色选机的出料系统将该杂粮筛选进入霉变和杂质出料通道，否则，该杂粮进入下一步发芽检测。 

3、发芽检测 

研究发现，杂粮发芽通常有两种情况，霉变发芽或受潮发芽。前者可经由霉变识别检出，而后者通常与正常杂粮的形态、纹理相似，或有较大的颜色重叠，其芽体呈现霉变色、米色或浅灰色，由于芽体在空间呈现柱状突起，因此通过检杂粮的数字图像中是否出现柱状突起就可以筛选出杂粮发芽与否的。如果某杂粮有发芽，DSP模块将发出剔除信号，由上位机根据该剔除信号控制光电杂粮色选机的出料系统将该杂粮筛选进入发芽出料通道，否则，该杂粮进入下一步小粒检测。 

4、小粒检测 

通过检测杂粮之间的水平间隙，并统计间隙之间的杂粮个数，即可准确判定杂粮的大小。如果某杂粮为小颗粒，DSP模块将发出剔除信号，由上位机根据该剔除信号控制光电杂粮色选机的出料系统将该杂粮筛选进入小颗粒出料通道，否则，由上位机根据检测结果控制光电杂粮色选机的出料系统将该杂粮筛选进入标准杂粮通道，从而完成杂粮的筛选。 

其中，随机存储器6，用于暂存图像采集模块1发送的杂粮的数字图像、以及DSP模块3的预处理后的杂粮的数字图像和DSP模块3生成的检测结果。Flash存储器7，用于存储预设的检测规则。电源时钟模块8，用于分别向图像采集模块1、第二数据缓冲器9和DSP模块3供电，并向其提供工作时钟。第一数据缓冲器2，用于缓存图像采集模块1向DSP模块3发送的杂粮的数字图像；第二数据缓冲器9，用于缓存DSP模块3通过MCBSP串口向接口板4发送的检测结果；上位机依次通过主机板5、第三数据缓冲器10和UART异步串口向DSP模块3发送预设的检测规则。 

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。 

Claims (8)

1.一种彩色CCD色选机的光电检测装置，其特征在于，包括：

图像采集模块，用于采集待检测杂粮的模拟图像，并将其转换成所述杂粮的数字图像发送至DSP模块；

DSP模块，与所述图像采集模块交互，将所述图像采集模块发送的所述杂粮的数字图像进行CFA差值、Gama校正预处理，然后根据预设的检测规则对所述杂粮的数字图像顺序进行完整性、霉变与杂质、发芽和小粒检测，将检测结果依次通过同步串口、接口板发送至上位机，由所述上位机根据所述检测结果选择所述杂粮的出料通道；在完整性检测中，选择Ycbcr模型作为检验的颜色模型，建立起杂粮的破损与颜色信息的对应关系；在霉变与杂质检测中，先取图像霉变和杂质区域中的N×N个像素单元，以此N×N个像素的颜色分量值获得霉变和杂质的特征参数，继而基于区域对霉变和杂质杂粮进行识别检测；在发芽检测中，通过检测杂粮的数字图像中是否出现柱状突起来筛选杂粮发芽与否；在小粒检测中，通过检测杂粮之间的水平间隙，并统计间隙之间的杂粮个数，来判定杂粮的大小；

电源时钟模块，用于分别向所述图像采集模块和所述DSP模块供电，并向其提供工作时钟。

2.根据权利要求1所述的彩色CCD色选机的光电检测装置，其特征在于，所述图像采集模块是型号为LUPA-300的图像传感器，所述DSP模块的型号为TMS320DM6437。

3.根据权利要求1或2所述的彩色CCD色选机的光电检测装置，其特征在于，还包括：由两个DDR2内存构成的随机存储器，所述随机存储器用于暂存所述图像采集模块发送的所述杂粮的数字图像、以及所述DSP模块的预处理后的所述杂粮的数字图像和所述DSP模块生成的检测结果。

4.根据权利要求3所述的彩色CCD色选机的光电检测装置，其特征在于，还包括：Flash存储器，用于存储所述预设的检测规则。

5.根据权利要求4所述的彩色CCD色选机的光电检测装置，其特征在于，还包括：第一数据缓冲器，用于缓存所述图像采集模块向所述DSP模块发送的所述杂粮的数字图像。

6.根据权利要求5所述的彩色CCD色选机的光电检测装置，其特征在于，所述同步串口为MCBSP串口。

7.根据权利要求6所述的彩色CCD色选机的光电检测装置，其特征在于，还包括：第二数据缓冲器，用于缓冲所述MCBSP串口向所述接口板发送的检测结果。

8.根据权利要求7所述的彩色CCD色选机的光电检测装置，其特征在于，还包括：第三数据缓冲器和主机板，所述上位机依次通过所述主机板、所述第三数据缓冲器和异步串口向所述DSP模块发送所述预设的检测规则。

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