CN104162514A

CN104162514A - 一种基于图像识别的盆花智能分级装备及方法

Info

Publication number: CN104162514A
Application number: CN201310181158.9A
Authority: CN
Inventors: 周增产; 孙剑; 卜云龙; 商守海; 陈立振; 李迎忠
Original assignee: BEIJING JINGPENG GLOBAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING JINGPENG GLOBAL TECHNOLOGY Co Ltd; Beijing Kingpeng International Hi Tech Corp
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2033-05-16
Also published as: CN104162514B

Abstract

一种基于图像识别的盆花智能分级装备及方法，包括一具有主运输带及一组次输送带的输送系统；一图像采集系统，用于采集主运输带传送的盆花图像，并将采集的盆花图像转变为数字图像后传输给图像识别系统；一图像识别系统，用于对获得的盆花图像进行识别，以得到盆花的等级及编号信息，并将该信息传输给PLC控制系统；一位置检测装置，用于检测盆花的位置和控制摄像机同步摄像；一PLC控制系统，用于接收和传递盆花位置信息、等级信息和同步信号，并向分离执行机构发出动作指令；一分离执行机构，用以实现接收PLC控制系统的指令并勾取盆花至对应级的次输送带上。其可自动完成盆花品质等级的智能甄别，实现盆花分级的自动化。

Description

一种基于图像识别的盆花智能分级装备及方法

技术领域

本发明涉及一种基于图像识别的盆花智能分级装备。

背景技术

随着经济的发展和人们生活水平的不断提高，花卉消费量日益增长，花卉在整个农业生产中占有越来越重的比例，花卉产业已成为许多地区调整产业结构、振兴地方经济的支柱产业之一。与发达国家相比，我国的花卉分级和包装手段还比较落后，主要依赖于人工操作，不仅自动化程度低，效率低下，分级的一致性也比较差。盆花的收获期很短，人工分级和包装的劳动强度大，速度慢，无法满足市场对盆花品质和新鲜度的要求，简易的分级和包装设备易造成盆花外形的损伤，因此本发明提供了一种基于图像识别的的盆花智能分级装备，可实现盆花分级的自动化、智能化操作，提升花卉生产的自动化水平和花卉的分级质量，促进花卉产业的健康发展，提高花卉产业的经济效益。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种适合温室设施内使用的基于图像识别的盆花智能分级装备。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种基于图像识别的盆花智能分级装备，其由盆花输送系统及图像采集系统、图像识别系统、位置检测装置、PLC控制系统、分离执行机构和承载骨架组合构成；

所述的盆花输送系统包括一主运输带及一组次输送带；该主运输带用于输送盆花至分级装备检测点直至到达对应级次级输送线的起始位置；各级次输送带，用于输送经分级后进入本级输送带的盆花；主运输带与次输送带分别由各自独立的电机驱动；

所述的图像采集系统包括有光源、CCD摄像机和图像采集卡，用于实时采集主运输带上传送的盆花图像，并将该采集的盆花图像转变为数字图像后传输给图像识别系统；

所述的图像识别系统包括电平转换卡、存有图像识别软件的计算机，用于对获得的盆花图像进行识别，以得到盆花的等级及编号信息，并将该信息传输给PLC控制系统；

所述的位置检测装置用于检测盆花的位置和控制摄像机同步摄像，由光电传感器、射频卡和读卡器组成，至少在主运输带上检测点的入口处和次输送带的入口处设置有读卡器；

所述的PLC控制系统包括PLC可编程序控制器和一组继电器，用于接收和传递盆花位置信息、等级信息和同步信号，并向分离执行机构发出动作指令。

所述的分离执行机构，包括一组分别设置在各级次输送带起始位置处的无杆气缸和机械手，用以实现接收PLC控制系统的指令并勾取盆花至对应级的次输送带上。

所述基于图像识别的盆花智能分级装备中，采用至少3台CCD摄像机，分别安置在分级装备上且分位于主运输带的正上方和两侧，所述的光源为CCD摄像机提供照明。

所述基于图像识别的盆花智能分级装备中，在CCD摄像机上安装一调节拍摄距离和拍摄范围的调焦镜头。

所述基于图像识别的盆花智能分级装备中，所述位置检测装置的光电传感器采用电磁感应式光电传感器。

本发明的另一目的是提供一种基于图像识别的盆花智能分级方法。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种基于图像识别的盆花智能分级方法，其方法步骤如下：

1）首先以盆花高度、盆花外径和花朵参数3个指标作为评级的标准，将盆花分为N个等级，N为自然数，其中，花朵参数是指花朵数量或面积；构建一个基于图像识别的盆花智能分级装备，由盆花输送系统及图像采集系统、图像识别系统、位置检测装置、PLC控制系统、N个分离执行机构和承载骨架组合构成；所述的盆花输送系统包括一条主运输带及N条次输送带，并配设若干用于托置盆花的托盘，在主运输带上选定一检测点构建分级装备,在该分级装备上安设图像采集系统的光源和CCD摄像机，在CCD摄像机上安装一可适当调节拍摄距离和拍摄范围的调焦镜头,该图像采集系统中还包括一个图像采集卡；所述的图像识别系统包括电平转换卡及存有图像识别软件的计算机，该图像识别软件对盆花图像进行识别以生成盆花的等级信息；所述的位置检测装置由光电传感器、若干射频卡和至少N+1个读卡器组成，分别在分级装备的入口处和各个次输送带的入口处设置读卡器，在每个托置盆花的托盘内置有一个射频卡，分级装备的入口处设置有一组光电传感器；所述的PLC控制系统包括PLC可编程序控制器和继电器组；所述的各分离执行机构包括一组设置在各级次输送带起始位置处的无杆气缸和机械手；

2）启动系统，一组分别由托盘托置且待分级的盆花依次进入盆花输送系统的主运输带；

3）当一个盆花随着盆花输送系统的主运输带运动到分级装备入口处时，此处的光电传感器发出同步信号给PLC控制系统，CCD摄像机按照同步信号的时序来采集该盆花的图像，输出模拟图像，经过图像采集卡的A/D转换和滤波处理，转变为数字图像后传输给计算机；分级装备入口处的读卡器识别该盆花的编号并向计算机和PLC控制系统报告该编号盆花的位置信息；

4）当计算机接收到图像采集系统传送来的盆花图像后，安装于计算机内部的图像识别软件对盆花图像进行识别得到盆花的等级信息，同时，计算机还接收到来自读卡器的盆花编号及位置信息，由此建立起盆花编号与等级信息之间的对应关系，然后将盆花编号及其对应的等级信息同时传输给PLC控制系统临时储存；图像识别系统的电平转换卡接收PLC控制系统传送来的同步信号，经过转换和调理后，再传送给图像采集系统，控制摄像机同步采集盆花的图像；

5）计算机和PLC控制系统通讯，由PLC控制系统发送命令给相应该盆花等级的分离执行机构，该级分离执行机构的机械手勾取盆花至本级的次输送带上；

6）重复步骤3至步骤5，依次完成对该组全部盆花的分级。

所述的基于图像识别的盆花智能分级方法中，是将盆花分为8个等级：

对于高度小于35cm的盆花：侧面面积在0cm²～350cm²之间且顶部花的颜色比重在0%～25%之间的定为级别1；侧面面积在0～350cm²之间且顶部花的颜色比重在25%～30%之间的定为级别2；侧面面积在350cm²～500cm²之间且顶部花的颜色比重在25%～30%之间的定为级别3；侧面面积在350cm²～500cm²之间且顶部花的颜色比重大于30%的定为级别4。

对于高度大于或等于35cm的盆花：侧面面积在350cm²～500cm²之间且顶部花的颜色比重在0%～25%之间的定为级别5；侧面面积在350cm²～500cm²之间且顶部花的颜色比重在25%～35%之间的定为级别6；侧面面积在500cm²以上且顶部花的颜色比重在25%～35%之间的定为级别7；侧面面积在500cm²以上且顶部花的颜色比重大于35%的定为级别8。

对应的，设立8条次输送带及相应的8个分离执行机构。

本发明的优点是：可以很好的完成盆花的智能分级，实现盆花分级的自动化，能够解决人工分级所造成的花卉品质不一致、劳动效率低下等问题。

附图说明

图1为本发明基于图像识别的盆花智能分级装备一优选实施例的结构示意图（主视）。

图2为图1所示实施例的俯视图。

图3为图1所示实施例的侧视图。

图4为本发明基于图像识别的盆花智能分级装备各子系统间的关系图（不包括盆花输送系统）。

图中标号说明：

1、第一主电机；2、主运输带；3、盆花托盘；4、射频卡；5、光电传感器；6、前读卡器；7、光源；8、顶部摄像机；9、左侧摄像机；10、右侧摄像机；11、调焦镜头；12、计算机；13、图像采集卡；14、电平转换卡；15、PLC可编程序控制器；16、继电器组；17、后读卡器；18、无杆气缸；19、机械手；20、次输送带；21、次电机；22、潮汐床输送线；23、左侧摄像机位置调节装置；24、右侧摄像机调节装置；25、第二主电机。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

具体实施方式

如图1至图4所示，本发明基于图像识别的盆花智能分级装备由盆花输送系统、图像采集系统、图像识别系统、位置检测装置、PLC控制系统、分离执行机构和各种铝型材及钣金件构建的骨架结构等组成。

所述的盆花输送系统包括：一主运输带2，用于输送盆花至对应级次输送带的起始位置；一组次输送带20，其运输方向与主运输带2的运输方向相互垂直，图示实施例中共采用了8条，用于输送经分级后进入本级输送带的盆花；主运输带与次输送带分别由各自独立的电机驱动；本实施例中，主运输带分为两段行程，故至少由第一主电机1和第二主电机25负责驱动，8条次输送带则至少由一个次电机21来整体驱动。

所述的图像采集系统至少包括光源7、CCD摄像机（本实施例中包括顶部CCD摄像机8、左侧CCD摄像机9和右侧CCD摄像机10）和图像采集卡13。其中光源7、CCD摄像机可分别安装于主运输带的正上方和两侧，调焦镜头11安装于各CCD摄像机上，图像采集卡13安装于计算机内部的总线插槽上。为更好的实施拍摄，本发明还配有左侧摄像机位置调节装置23和右侧摄像机调节装置24。

为方便部分子系统的安装，本优选实施例中在主运输带的适当方位处构件了分级装备，该分级装备的骨架由各种铝型材及钣金件构建。

当盆花运输至分级装备的下方时，CCD摄像机按照同步信号的时序来采集盆花图像，CCD摄像机输出的是模拟图像，经过图像采集卡的A/D转换和滤波处理，转变为数字图像后传输给计算机，在此过程中，光源为CCD摄像机提供照明，调焦镜头使拍摄距离和拍摄范围可以适当调节。

所述的图像识别系统包括电平转换卡14、计算机12和图像识别软件；计算机是图像识别系统的硬件平台，当计算机接收到图像采集系统传送来的盆花图像后，安装于计算机12内部的图像识别软件可以对盆花图像进行识别得到盆花的等级信息，同时，计算机还接收到来自读卡器的盆花编号信息，由此建立起盆花编号与等级信息之间的对应关系，然后将盆花编号及其对应的等级信息同时传输给PLC控制系统临时储存起来；电平转换卡接收PLC控制系统传送来的同步信号，经过转换和调理后，再传送给图像采集系统，控制摄像机同步采集图像。

本发明是以盆花高度、盆花外径和花朵数量（或面积）3个指标作为评级的标准，可将盆花分为8个等级，具体见下表：

所述的位置检测装置由光电传感器5、射频卡4和读卡器（可以是包括前读卡器6和后读卡器17）组成；分级装备的入口处设置有一组光电传感器5，当盆花输送至分级装备即将进行分级时，光电传感器发出同步信号给PLC控制系统；射频卡置于盆花底部的托盘内，用以储存盆花的编号和其它信息，在分级装备的入口处和次输送带的入口处都设置了读卡器，用以识别不同编号的盆花并向计算机和PLC控制系统报告该编号盆花的位置信息，根据盆花的位置信息及图像信息，计算机建立起盆花编号与等级之间的对应关系。

所述的PLC控制系统包括PLC可编程序控制器15和一继电器组16；PLC控制系统接收位置检测装置传送来的同步信号和盆花位置信息，然后将同步信号转发给电平转换卡14，同时PLC控制系统还接收计算机传送来的盆花编号及与之对应的等级信息，当位置检测装置向PLC控制系统传来盆花已到达与其等级对应的次输送带的信号时，PLC控制系统向分离执行机构发出动作指令。

所述的分离执行机构包括无杆气缸18和机械手19；每一等级的次输送带入口处都设置了一个机械手，用以勾取盆花至次输送带上，无杆气缸用于驱动机械手的伸出和缩回，分离执行机构在接收到PLC控制系统发来的动作指令后，机械手伸出并勾取盆花后缩回，将盆花勾至次输送带上。

图4示出了本发明基于图像识别的盆花智能分级装备部分子系统间的关系图。所述图像采集系统的输出端接图像识别系统的输入端，该图像识别系统的输出端接PLC控制系统的输入端，所述的位置检测装置的输出端接PLC控制系统的一输入端，该PLC控制系统的输出控制端接分离执行机构的输入端。

本发明基于图像识别的盆花智能分级装备的工作原理及过程是：在主电机1的作用下，驱动主运输带2上的盆花移动，盆花放在内部置有射频卡4的盆花托盘3上，当盆花移动至分级装备入口处的光电传感器5的反射区域时，光电传感器5将同步信号发送给PLC控制系统，同步信号经过PLC可编程序控制器15、电平转换卡14的转换和调理后，传输给图像采集系统，控制摄像机8、9和10共同同步采集图像，其中光源7用于拍摄时的照明，调焦镜头11使拍摄距离和拍摄范围可按实际需要进行适当调节；CCD摄像机8、9、10输出的模拟图像经过图像采集卡13的A/D转换和滤波处理，转变为数字图像后传输给计算机12，安装于计算机12内部的图像识别软件对盆花图像进行识别后得到盆花的等级信息；而在此之前，当盆花经过智能分级装备入口处的前读卡器6时，其盆花编号被前读卡器6识别，前读卡器6立即通知计算机12和PLC可编程序控制器15当前正在抵达分级装备的盆花编号，计算机根据已得到的盆花编号，以及图像识别软件识别后得到的盆花等级信息，遂建立起盆花编号与等级信息之间的对应关系，然后计算机再将盆花编号及其对应的等级信息同时发送给PLC可编程序控制器15临时储存起来；盆花和盆花托盘3移出分级装备后继续向前移动，当移动至次输送带20入口处的后读卡器17时，其盆花编号被后读卡器17识别，后读卡器17立即通知PLC可编程序控制器15当前正在抵达次输送带20的盆花编号，PLC可编程序控制器15发出命令使该盆花编号所对应等级的继电器组16闭合，于是由继电器组16控制的无杆气缸18开始动作，驱动机械手19伸出并勾取盆花后缩回，将盆花勾至次输送带20上，次电机21用于驱动次输送带的运动。

上述实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。

Claims

1.一种基于图像识别的盆花智能分级装备，其特征在于：其由盆花输送系统及图像采集系统、图像识别系统、位置检测装置、PLC控制系统、分离执行机构和承载骨架组合构成；

所述的盆花输送系统包括一主运输带及一组次输送带；该主运输带用于输送盆花至分级装备检测点直至到达对应级的次级输送线起始位置；各级次输送带，用于输送经分级后进入本级输送带的盆花；主运输带与次输送带分别由各自独立的电机驱动；

所述的PLC控制系统包括PLC可编程序控制器和一组继电器，用于接收和传递盆花位置信息、等级信息和同步信号，并向分离执行机构发出动作指令；

2.根据权利要求1所述的基于图像识别的盆花智能分级装备，其特征在于：采用至少3台CCD摄像机，分别安置在分级装备上且分位于主运输带的正上方和两侧，所述的光源为CCD摄像机提供照明。

3.根据权利要求1所述的基于图像识别的盆花智能分级装备，其特征在于：在CCD摄像机上安装一调节拍摄距离和拍摄范围的调焦镜头。

4.根据权利要求1所述的基于图像识别的盆花智能分级装备，其特征在于：所述位置检测装置的光电传感器采用电磁感应式光电传感器。

5.一种基于图像识别的盆花智能分级方法，其特征在于方法如下：

1）首先以盆花高度、盆花外径和花朵参数3个指标作为评级的标准，将盆花分为N个等级，N为自然数，其中，花朵参数是指花朵数量或面积；构建一个基于图像识别的盆花智能分级装备，由盆花输送系统及图像采集系统、图像识别系统、位置检测装置、PLC控制系统、N个分离执行机构和承载骨架组合构成；所述的盆花输送系统包括一条主运输带及N条次输送带，并配设若干用于托置盆花的托盘，在主运输带上选定一检测点构建分级装备,在该分级装备上安设图像采集系统的光源和CCD摄像机，在CCD摄像机上安装一调节拍摄距离和拍摄范围的调焦镜头,该图像采集系统中还包括一个图像采集卡；所述的图像识别系统包括电平转换卡及存有图像识别软件的计算机，该图像识别软件对盆花图像进行识别以生成盆花的等级信息；所述的位置检测装置由光电传感器、若干射频卡和至少N+1个读卡器组成，分别在分级装备的入口处和各个次输送带的入口处设置读卡器，在每个托置盆花的托盘内置有一个射频卡，分级装备的入口处设置有一组光电传感器；所述的PLC控制系统包括PLC可编程序控制器和继电器组；所述的各分离执行机构包括一组设置在各级次输送带起始位置处的无杆气缸和机械手；

6）重复步骤3至步骤5，依次完成对该组全部盆花的分级。

6.根据权利要求5所述的基于图像识别的盆花智能分级方法，其特征在于：将盆花分为8个等级；

对于高度小于35cm的盆花：侧面面积在0cm²～350cm²之间且顶部花的颜色比重在0%～25%之间的定为级别1；侧面面积在0～350cm²之间且顶部花的颜色比重在25%～30%之间的定为级别2；侧面面积在350cm²～500cm²之间且顶部花的颜色比重在25%～30%之间的定为级别3；侧面面积在350cm²～500cm²之间且顶部花的颜色比重大于30%的定为级别4；

对于高度大于或等于35cm的盆花：侧面面积在350cm²～500cm²之间且顶部花的颜色比重在0%～25%之间的定为级别5；侧面面积在350cm²～500cm²之间且顶部花的颜色比重在25%～35%之间的定为级别6；侧面面积在500cm²以上且顶部花的颜色比重在25%～35%之间的定为级别7；侧面面积在500cm²以上且顶部花的颜色比重大于35%的定为级别8；

对应的，设立8条次输送带及相应的8个分离执行机构。