CN104148300A - 基于机器视觉的垃圾分拣方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于机器视觉的垃圾分拣方法与系统，所述系统包括垃圾定容装置、垃圾输送装置、红外光透射系统、图像采集装置、物料收集装置、机械臂分拣装置、分拣后废物收集装置、电机、驱动装置、控制电路装置、数据分析装置。垃圾从进料口进入输送装置，由控制系统控制输送速度，光学系统输出图像信息，计算机识别系统对图像进行处理，利用垃圾内PE物料的红外吸收特性，从中分离出PE物料回收利用。整个过程对筛选出来的物料由机械装置进行分离，从而提高资源利用率，降低垃圾填埋量。
Description
技术领域
本实用新型属于固体垃圾处理领域，具体涉及一种基于机器视觉的垃圾分拣方法和系统。
背景技术
随着经济的快速发展，人民的生活水平和生活质量也大幅提升。因此，城市生活垃圾的量也不断加大，而且还呈现逐年增长的趋势，数量越来越多的城市垃圾如何处理，是摆在面前的一个大问题。普通的垃圾填埋方式虽然能暂时缓解这一难题，但是若干年之后，城市将被生活垃圾所包围，居民的生活环境将受到严重影响。因此，许多国家已采取分类分拣，分类回收的方式，使城市生活垃圾成为一种再生资源。在现有技术中通常采用人工分拣的方式来对垃圾进行分拣，但是人工分拣方式一方面耗时耗力，另一方便工人的工作环境也无法改善。目前存在的一些自动分拣仅对磁性金属有效，还有一些自动分拣方法针对不同密度的垃圾进行分类。然而，对于生活中常见的一类采用聚乙烯(PE)材料的垃圾却无能为力，这类垃圾化学性质稳定，这种物质一旦形成废物，长时间内很难被生物降解，是一种非常难处理的废物。如果能够将这类废物进行自动分拣，那么对废物中这种可再生资源的回收利用将带来可观的经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于机器视觉的垃圾分拣方法与系统，通过红外光光谱特性识别垃圾中的透明的PE类目标垃圾，并利用机器视觉技术将其从别的垃圾中分拣出来，进行回收利用，从废物回收中提取资源，减少垃圾量和产生经济效益。
根据本发明的一方面，提供了一种基于机器视觉的垃圾分拣方法，所述方法包括以下步骤：
对待分拣的垃圾进行定容处理，每次处理3立方的垃圾；
将定容的垃圾均匀的输送到传送装置进行匀速传送，垃圾传送传送速度为O.1米/s；
根据目标垃圾信息设定特定的红外线波长，利用红外光透射系统对垃圾进行红外光透射；
采集传送带上的垃圾图像，并将采集到的图像传送到数据分析装置，数据分析装置首先对采集到的红外透射图像进行预处理得到其中采用PE材料的透明目标垃圾信息，所述图像预处理具体为灰度阈值化处理，根据目标垃圾的红外吸收特性设定图像灰度阈值，将灰度值大于阈值的像素点的灰度值统一设定为高于阈值的预设灰度值。
对预处理后的所述目标垃圾的图像采用图像边缘检测算法(SOBEL算子)得到目标垃圾的边缘图像，对每一目标垃圾边缘图像，计算全部边缘像素几何位置的算术平均值得到目标垃圾位于传送带上的相对位置，并将该位置信息传送给控制电路装置；
控制电路装置根据数据分析装置反馈的目标垃圾的位置信息输出控制信号，机械臂分拣装置根据所述控制信息对所述目标垃圾进行自动分拣。
其中，图像采集装置在垃圾输送过程中周期性采集垃圾图像，数据分析装置利用物料的红外吸收特性判断目标垃圾信息。
根据本发明的另一方面，提供了一种基于机器视觉的垃圾分拣系统，所述系统包括：垃圾定容装置、垃圾输送装置、红外光透射装置、图像采集装置、物料收集装置、机械臂分拣装置、分拣后废物收集装置、电机(8)、驱动装置(9)、控制电路装置(10)和数据分析装置，其特征在于：垃圾定容装置对待分拣的垃圾进行定容处理，每次处理3立方的垃圾，垃圾输送装置将定容的垃圾均匀的输送到传送装置进行匀速传送，垃圾传送传送速度为0.1米/s；红外光透射装置对传送带上的垃圾进行透射，图像采集装置采集传送带上的垃圾图像，并将采集到的图像传送到数据分析装置；数据分析装置对采集到的红外透射图像进行预处理得到其中采用PE材料的透明目标垃圾信息，所述图像预处理具体为灰度阈值化处理，根据目标垃圾的红外吸收特性设定图像灰度阈值，将灰度值大于阈值的像素点的灰度值统一设定为高于阈值的预设灰度值。对预处理后的所述目标垃圾的图像采用图像边缘检测算法(SOBEL算子)得到目标垃圾的边缘图像，对每一目标垃圾边缘图像，计算全部边缘像素几何位置的算术平均值得到目标垃圾位于传送带上的相对位置，并将该位置信息传送给控制电路装置；控制电路装置根据数据分析装置反馈的目标垃圾的位置信息输出控制信号，机械臂分拣装置根据所述控制信息将所述目标垃圾分拣至物料收集装置，其它的垃圾进入分拣后废物收集装置。
附图说明
图1为根据本发明实施例的垃圾分拣系统。
具体实施方式
由于不同的物质在特定的红外波长范围内呈现不同的光谱特性，因此常用来进行物质的鉴定工作。聚乙烯材料对于特定的红外线具有特定的吸收特性，对于透明的采用PE材料的垃圾利用特定波长的红外线进行透射以识别特征的垃圾种类。
下面对本发明一种基于机器视觉的垃圾分拣方法与系统做进一步的说明：
所述系统包括：垃圾定容装置、垃圾输送装置、红外光透射装置、图像采集装置、物料收集装置、机械臂分拣装置、分拣后废物收集装置、电机(8)、驱动装置(9)、控制电路装置(10)和数据分析装置。
(1)使用荧光红外灯作为光源。
(2)将编程软件输入计算机系统，采用计算机智能系统进行系统控制和数据分析，采用自动化一体式控制系统，各个操作步骤严格按程序执行。
(3)本系统对废物的输送采用批量定容法，周期性对废物进行分拣。分拣周期时长为30min，主要分为以下6个部分：
a、废物定容：采用3.0方固定容积的垃圾箱进行计量，每个分拣周期进入系统的废物容积控制在3.0方左右，保证处理周期内系统负荷的均匀性，避免进料量变化对系统的冲击。该过程历时2min。
b、废物输送：废物输送采用皮带输送机进行机械传输，最大机器的传送带带宽2.2米，有效宽度2.Om，额定速度0.1米/秒，废物摊铺厚度15cm。该过程历时3min。
c、红外光透射：子系统由封闭式腔体、红外荧光灯、石英套管、镇流器、红外线强度感应器组成。废物按照设定的额定速度、均匀的摊铺厚度、输送宽度进入红外光透射装置。该过程荧光灯发射均匀红外光，波长范围为2.8-20μm(微米)，发射强度为15mW/cm2，红外线效率不小于80％。该过程历时2min。
d、数据分析与传输：根据红外光透射装置收集的数据形成光谱曲线，程序内设定聚乙烯吸收光谱特性作为废物分拣的选择条件，对光谱曲线进行分类，筛选出正确的曲线和这些曲线对应的地址，采集红外透射图像，对采集到的红外透射图像进行阈值化预处理，所述阈值根据目标PE材料垃圾的红外吸收特性来设定，将灰度值大于阈值的像素点的灰度值统一设定为高于阈值的预设灰度值从而得到其中采用PE材料的透明目标垃圾信息，对预处理后的所述目标垃圾的图像采用图像边缘检测算法(SOBEL算子)得到目标垃圾的边缘图像，对每一目标垃圾边缘图像，计算全部边缘像素几何位置的算术平均值得到目标垃圾位于传送带上的相对位置，并将该位置信息传送给控制电路装置。该过程历时5min。
e、机械臂分拣与回收：控制电路装置接受通过指令指导执行机构进行作业，执行机构对机械臂进行控制，按照指令先锁定PE材料所在的地址，然后执行指令进行动作，对废物的中PE材料进行捕捉，并将这些捕捉到的PE材料移动至指定的收集箱内，待整个过程完成之后停机待命，PE材料的分拣纯度在95％以上。该过程历时15min。
f、分拣后废物收集：分拣后剩余的废物由皮带输送机输送至垃圾收集装置，该过程历时3min。
本发明在垃圾输送的过程中，预先在程序中输入所需要分离的PE物料特征，通过提取有针对性的图像信息，并且通过计算机智能系统对图像信息进行处理，获取需要的物料信息，计算机智能系统对收集的图像信息进行分析之后，通过程序内设置的目标物料特征，对图像信息进行筛选，然后将信息反馈给分拣系统，将具有回收价值的PE物料进行分离。回收后的物料进入PE物料收集装置处理，剩余没用的废物经废物收集装置输送至出料口，然后运至填埋场进行处理。在回收资源的同时，也减少了生活垃圾的填埋量。
Claims (3)
1.一种基于机器视觉的垃圾分拣方法，所述方法包括以下步骤：
a，对待分拣的垃圾进行定容处理，每次处理3立方米的垃圾；
b，将定容的垃圾均匀的输送到传送装置进行匀速传送，垃圾传送速度为0.1米/s；
c，根据目标垃圾信息设定特定的红外线波长，利用红外光透射系统对垃圾进行红外光透射；
d，采集传送带上的垃圾图像，并将采集到的图像传送到数据分析装置，数据分析装置首先对采集到的红外透射图像进行预处理得到其中采用PE材料的透明目标垃圾信息，所述图像预处理具体为灰度阈值化处理，根据目标垃圾的红外吸收特性设定图像灰度阈值，将灰度值大于阈值的像素点的灰度值统一设定为高于阈值的预设灰度值。对预处理后的所述目标垃圾的图像采用图像边缘检测算法(SOBEL算子)得到目标垃圾的边缘图像，对每一目标垃圾边缘图像，计算全部边缘像素几何位置的算术平均值得到目标垃圾位于传送带上的相对位置，并将该位置信息传送给控制电路装置；
e，控制电路装置根据数据分析装置反馈的目标垃圾的位置信息输出控制信号，机械臂分拣装置根据所述控制信息对所述目标垃圾进行自动分拣。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的垃圾分拣方法，其特征在于：图像采集装置在垃圾输送过程中周期性采集垃圾图像。
3.一种执行如权利要求1所述方法的垃圾分拣系统，包括垃圾定容装置、垃圾输送装置、红外光透射装置、图像采集装置、物料收集装置、机械臂分拣装置、分拣后废物收集装置、电机(8)、驱动装置(9)、控制电路装置(10)和数据分析装置，其特征在于：垃圾定容装置对待分拣的垃圾进行定容处理，每次处理3立方的垃圾，垃圾输送装置将定容的垃圾均匀的输送到传送装置进行匀速传送，垃圾传送传送速度为0.1米/s；红外光透射装置对传送带上的垃圾进行透射，图像采集装置采集传送带上的垃圾图像，并将采集到的图像传送到数据分析装置；数据分析装置对采集到的红外透射图像进行预处理得到其中采用PE材料的透明目标垃圾信息，所述图像预处理具体为灰度阈值化处理，根据目标垃圾的红外吸收特性设定图像灰度阈值，将灰度值大于阈值的像素点的灰度值统一设定为高于阈值的预设灰度值。对预处理后的所述目标垃圾的图像采用图像边缘检测算法(SOBEL算子)得到目标垃圾的边缘图像，对每一目标垃圾边缘图像，计算全部边缘像素几何位置的算术平均值得到目标垃圾位于传送带上的相对位置，并将该位置信息传送给控制电路装置；控制电路装置根据数据分析装置反馈的目标垃圾的位置信息输出控制信号，机械臂分拣装置根据所述控制信息将所述目标垃圾分拣至物料收集装置，其它的垃圾进入分拣后废物收集装置。
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