CN105300899B - 一种家禽多光谱图像数字定向采集装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种家禽多光谱图像数字定向采集装置和方法，其中，采集装置利用多台数字相机以及不同波长的滤光片，用三种不同波段（400nm‑1000nm波段）照射采集物（家禽）以实现多光谱图像拍摄，实时采集大小适合、完整、清晰、精确的家禽多光谱图像；利用此装置的采集方法操作简单、干扰物少、容易实现，可以获得高质量家禽多光谱图像，便于以后对家禽进行表面污物检测、重量分级、肉质检测、产品质量检测等等加工处理，不仅节约了用多光谱相机的成本，而且具有卫生安全、高效、快捷、便利等特点，这与现今所追求的生态环保、节约资源等观点不谋而合。

Description

一种家禽多光谱图像数字定向采集装置和方法

技术领域

本发明涉及一种家禽多光谱图像数字定向采集装置和方法，属于图像采集技术领域。

背景技术

多光谱图像技术（Multi-spectral Imagine Technology）是一种无损检测技术，是多通道光谱成像技术的简称，其技术途径是通过图像采集设备在可见光范围内采集拍摄现场的多个通道光谱信息，进而用算法估计其光谱，实现颜色准确再现的目的。多光谱图像包含空间、辐射、波谱信息，具有图谱合一的特点，随着科学技术的发展与应用，快速获取具有波段数多、带宽窄、空间分辨率高、信息冗余度低和数据存储量适中的多光谱图像成为需要，这样的多光谱图像具有足够的光谱分辨率和空间分辨率，能够有效地区分和识别目标，同时又避免了高光谱图像信息冗余度高、数据存储量大、处理复杂的缺点。

国内外对多光谱图像技术在家禽方面的应用也有了一定的研究，但大多是针对家禽后期图像处理（家禽肉质检测、肉质分级、食品安全等方面）的研究，而对家禽多光谱图像采集的方法以及装置研究甚少，有待填补空白。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种家禽多光谱图像数字定向采集装置和方法，实时采集大小适合、完整、清晰、精确的家禽多光谱图像。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种家禽多光谱图像数字定向采集装置，包括：箱体、输送链、位于箱体内部的多个图像采集系统、控制系统以及微调装置，所述箱体的侧壁上形成有供输送链通过的窗口；每个图像采集系统均包括：数字相机、设置于数字相机镜头前的滤光片、位于数字相机上方的光电开关、用于采集光电开关信号的数据采集卡以及为光电开关供电的电源，相邻的图像采集系统之间通过向输送链方向凸起的电路箱分隔开，所述电源安装于电路箱内；所述控制系统由工控机组成，所述图像采集系统与工控机之间通过控制电路实现电连接以实现图像存储；所述数字相机和光电开关安装于微调装置上。家禽逐一运行到各个光电开关机数字相机的镜头前，实现多光谱采集，采集到的图像具体、清晰，有利于后期图像处理与识别。

优选地，前述图像采集系统为3个，滤光片的波长分别为420nm、506nm及720nm。这样一来，利用数字相机和不同波长的滤光片，用三种不同波段照射采集物（家禽）以实现多光谱图像拍摄。

更优选地，前述箱体内的拍摄背景为黑色，与待采集的家禽颜色差异较大，从而防止背景对后期图像识别产生干扰。

为了确保采集效果，前述箱体内的滤光片旁还安装有多个LED灯，所述LED灯也安装于微调装置上。

具体地，前述光电开关的型号为E18-D50N，集发射与接收于一体的的漫反射式红外避障光电传感器。

更具体地，前述数据采集卡为研华USB-4716采集卡。

进一步地，前述数字相机型号为MVC1300 SAM /C -GE60-N00。

更进一步地，前述微调装置包括：顶座、底座、上下微调滑块、上下微调螺杆、上下锁紧螺钉、前后微调螺杆及前后锁紧螺母，所述顶座和底座之间通过滑杆连接，所述上下微调螺杆连接于上下微调滑块的底部，所述上下微调滑块在上下微调螺杆的操作下能够沿滑杆上下滑动并通过上下锁紧螺钉与滑杆锁紧；所述前后微调螺杆位于底座下方，通过前后锁紧螺母将微调装置与箱体固定连接，所述数字相机和光电开关安装于上下微调滑块上。这样就能够对数字相机和光电开关在上下、前后方向进行无级调节，从而能够得到更加准确的拍摄距离和更高质量的拍摄效果。

此外，前述微调装置上还设置有控制数字相机视口大小的遮光板，从而控制拍摄图片的大小，确保一张照片中仅显示一个家禽胴体，减少后期处理的繁琐。

本发明的图像数字定向采集装置的工作原理如下：当输送链将家禽输送到光电开光前方时，家禽遮挡住光电开关的红外光束，则光电开关启动，数字采集卡数字量输入端采集到光电开关发出的高低电平信号，由光电开关与数字相机之间的距离结合家禽输送线的速度确定定时时间t后，数字量输出端输出高低电平信号给数字相机触发输入端，程序中数字相机设置为外触发下降沿单帧采集模式，当数字相机触发输入端检测到有下降沿触发信号时，利用基于Visual C++的visual studio 2008的开发工具编程实现数字相机采集图像显示并存储。家禽逐一运行到各个光电开关及数字相机镜头前，由不同波长（波长分别为420nm、506nm、720nm）的滤光片实现多光谱图像，一次采集一张家禽胴体表面图像，继而实时地将三张图片通过千兆网线传给控制系统显示并存储。

同时，本发明还公开了利用前述的一种家禽多光谱图像数字定向采集装置进行定向采集的采集方法，包括如下步骤：

S1、调试：在使用该装置前，先对其进行调试，使数字相机相对家禽的位置合适；启动输送链使家禽运行到各个数字相机以及光电开关前，利用微调装置调节数字相机以及光电开关相对于家禽的前后、上下距离，确保数字相机以及光电开关相对家禽的位置合适；

S2、启动流水线：输送链将家禽自箱体侧壁的窗口处输送进家禽多光谱图像定向采集装置的箱体中；

S3、图像采集：家禽随着输送链移动到光电开关以及数字相机前方时，光电开关工作，触发数字相机，数字相机与相应波长滤光片同时作用，拍出相应波长的图像，随着输送链的运行，家禽每经过一个光电开关以及数字相机时都会得到对应波长的数字图像，这样就得到了3个不同波长的多光谱图像；

S4、显示及存储图像：工控机利用OpenCV编程实现数字相机的图像显示以及存储。

本发明的有益之处在于： 本发明的家禽多光谱图像数字定向采集装置利用多台数字相机以及不同波长的滤光片，用三种不同波段（400nm-1000nm波段）照射采集物（家禽）以实现多光谱图像拍摄，实时采集大小适合、完整、清晰、精确的家禽多光谱图像；利用此装置的采集方法操作简单、干扰物少、容易实现，可以获得高质量家禽多光谱图像，便于以后对家禽进行表面污物检测、重量分级、肉质检测、产品质量检测等等加工处理，不仅节约了用多光谱相机的成本，而且具有卫生安全、高效、快捷、便利等特点，这与现今所追求的生态环保、节约资源等观点不谋而合。

附图说明

图1是本发明的家禽多光谱图像数字定向采集装置的一个优选实施例的整体结构示意图；

图2是图1所示实施例的局部结构示意图；

图3是本发明的家禽多光谱图像数字定向采集装置的原理示意图；

图4是图1所示实施例中微调装置的前视结构示意图；

图5是图1所示实施例中微调装置的后视结构示意图。

图中附图标记的含义：1、输送链，2、家禽，3、电源，4、滤光片，5、光电开关，6、微调装置，7、工控机，8、控制电路，9、遮光板，10、数字相机，11、LED灯，12、箱体，13、电路箱，14、顶座，15、底座，16、上下微调滑块，17、上下微调螺杆，18、上下锁紧螺钉，19、前后微调螺杆，20、前后锁紧螺母，21、滑杆。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参见图1和图2，本发明的家禽多光谱图像数字定向采集装置，包括：箱体12、输送链1、位于箱体12内部的多个图像采集系统、控制系统以及微调装置6。其中，输送链1为环形流水线，箱体12的侧壁上形成有供输送链1通过的窗口，输送链1将采集物（家禽2）依次输送至各个图像采集系统处以进行图像采集。

如图1所示，每个图像采集系统均包括：数字相机10、设置于数字相机10镜头前的滤光片4、位于数字相机10上方的光电开关5、用于采集光电开关5信号的数据采集卡以及为光电开关5供电的电源3，相邻的图像采集系统之间通过向输送链1方向凸起的电路箱13分隔开，从而防止图像采集系统彼此之间发生干扰，电源3安装于电路箱13内。当输送链1将家禽2输送到光电开光5处时，家禽2遮挡住光电开关5的红外光束，光电开关5感应到家禽2的出现，从而快速触发处于光电开关5下方的数字相机10对当前的家禽2进行图像拍摄。

在本实施例中，图像采集系统为3个，各滤光片4的波长分别为420nm、506nm及720nm。需要注意的是，本装置可以根据需要，通过滤光片4+数字相机10的方式采集任意波长及任意多个多光谱图片，不限于3个。这样一来，利用数字相机10和不同波长的滤光片4，用三种不同波段照射采集物（家禽2）以实现多光谱图像拍摄。光电开关5的型号为E18-D50N，它是利用被检测物对光束的遮挡进行检测，集发射与接收于一体的的漫反射式红外避障光电传感器，检测距离可以根据要求进行调节；数据采集卡选用研华USB-4716采集卡，具有数字量输入输出功能、定时器功能，可实时调节时间数据采集t；数字相机10型号为MVC1300 SAM /C -GE60-N00，具有两种工作模式：连续模式和触发模式，在触发模式下，数字相机10具有外部触发信号，只有外部触发信号来到，数字相机10才会工作，采集触发信号到来时的帧信号，即采集到一帧的图像，在硬触发模式下，外部设备从数字相机10的触发输入管脚输入一触发信号，数字相机10输出1帧（或多帧）图像，触发输入信号为光耦信号，直接输入即可。

控制系统能够对图像进行存储，主要由工控机7组成，图像采集系统与工控机7之间通过控制电路8实现电连接。图像采集系统待机到家禽2胴体表面图像后，利用控制系统实现基于Visual C++的visual studio 2008的开发工具编程实现数字相机10采集图像显示并存储。

本发明的采集装置的采集原理参见图3，即：当输送链1将家禽2输送到光电开光前方时，家禽2遮挡住光电开关5的红外光束，则光电开关5启动，数字采集卡数字量输入端采集到光电开关5发出的高低电平信号，由光电开关5与数字相机10之间的距离结合家禽2输送线的速度确定定时时间t后，数字量输出端输出高低电平信号给数字相机10触发输入端，程序中数字相机10设置为外触发下降沿单帧采集模式，当数字相机10触发输入端检测到有下降沿触发信号时，利用基于Visual C++的visual studio 2008的开发工具编程实现数字相机10采集图像显示并存储。

微调装置6能够对数字相机10和光电开关5进行上下、前后方向的无级调节，从而使数字相机10及光电开关5相对于家禽2具有准确的拍摄距离，达到高质量的拍摄效果。具体地，如图4和图5所示，微调装置6包括：顶座14、底座15、上下微调滑块16、上下微调螺杆17、上下锁紧螺钉18、前后微调螺杆19及前后锁紧螺母20，顶座14和底座15之间通过滑杆21连接，上下微调螺杆17连接于上下微调滑块16的底部，起到上下调节作用的同时也起着支撑作用。上下微调滑块16在上下微调螺杆17的操作下能够沿滑杆21上下滑动，滑动到目标位置时，可通过上下锁紧螺钉18与滑杆21锁紧；前后微调螺杆19位于底座15下方，通过前后锁紧螺母20将微调装置6与箱体12固定连接。这样就能够对数字相机10和光电开关5在上下、前后方向进行无级调节，从而能够得到更加准确的拍摄距离和更高质量的拍摄效果。

此外，在微调装置6上还设置有控制数字相机10视口大小的遮光板9，从而控制拍摄图片的大小。光电开关5位于数字相机10的上方，从而缩短了光电开关5与数字相机10之间的反应时间，实现数字相机10快速实时的拍摄。LED灯11由四个LED灯11条围成矩形，用螺丝固定于LED灯11固定板上，在LED灯11固定板上形成有与数字相机10摄像头和光电开关5头部相对应的视口，方便光电开关5和竖直相机从视口伸出。

进一步地，箱体12内的拍摄背景为黑色，与待采集的家禽2颜色差异较大，对比鲜明，防止背景对后期图像识别产生干扰，得到的多光谱图像更清晰，有利于后期的图像处理与识别。

为了更好地理解本发明，下面对基于该采集装置的采集方法进行说明，包括如下步骤：

S1、调试：在使用该装置前，先对其进行调试，启动输送链1使家禽2运行到各个数字相机10以及光电开关5前，利用微调装置6调节数字相机10以及光电开关5相对于家禽2的前后、上下距离，确保数字相机10以及光电开关5相对家禽2的位置合适；

S2、启动流水线：输送链1将家禽2自箱体12侧壁的窗口处输送进家禽多光谱图像定向采集装置的箱体12中；

S3、图像采集：家禽2随着输送链1移动到光电开关5以及数字相机10前方时，光电开关5工作，触发数字相机10，数字相机10与相应波长滤光片4同时作用，拍出相应波长的图像，随着输送链1的运行，家禽2每经过一个光电开关5以及数字相机10时都会得到对应波长的数字图像，这样就得到了3个不同波长的多光谱图像；

S4、显示及存储图像：工控机7利用OpenCV编程实现数字相机10的图像显示以及存储。

综上，本发明的家禽2多光谱图像数字定向采集装置利用多台数字相机10以及不同波长的滤光片4，用三种不同波段（400nm-1000nm波段）照射采集物（家禽2）以实现多光谱图像拍摄，实时采集大小适合、完整、清晰、精确的家禽2多光谱图像；利用此装置的采集方法操作简单、干扰物少、容易实现，可以获得高质量家禽2多光谱图像，便于以后对家禽2进行表面污物检测、重量分级、肉质检测、产品质量检测等等加工处理，不仅节约了用多光谱相机的成本，而且具有卫生安全、高效、快捷、便利等特点，这与现今所追求的生态环保、节约资源等观点不谋而合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种家禽多光谱图像数字定向采集装置，其特征在于，包括：箱体、输送链、位于箱体内部的多个图像采集系统、控制系统以及微调装置，所述箱体的侧壁上形成有供输送链通过的窗口；每个图像采集系统均包括：数字相机、设置于数字相机镜头前的滤光片、位于数字相机上方的光电开关、用于采集光电开关信号的数据采集卡以及为光电开关供电的电源，相邻的图像采集系统之间通过向输送链方向凸起的电路箱分隔开，所述电源安装于电路箱内；所述控制系统由工控机组成，所述图像采集系统与工控机之间通过控制电路实现电连接以实现图像存储；所述数字相机和光电开关安装于微调装置上；

所述微调装置包括：顶座、底座、上下微调滑块、上下微调螺杆、上下锁紧螺钉、前后微调螺杆及前后锁紧螺母，所述顶座和底座之间通过滑杆连接，所述上下微调螺杆连接于上下微调滑块的底部，所述上下微调滑块在上下微调螺杆的操作下能够沿滑杆上下滑动并通过上下锁紧螺钉与滑杆锁紧；所述前后微调螺杆位于底座下方，通过前后锁紧螺母将微调装置与箱体固定连接，所述数字相机和光电开关安装于上下微调滑块上；

所述图像采集系统为3个，滤光片的波长分别为420nm、506nm及720nm；所述箱体内的拍摄背景为黑色。

2.根据权利要求1所述的一种家禽多光谱图像数字定向采集装置，其特征在于，所述箱体内的滤光片旁还安装有多个LED灯，所述LED灯也安装于微调装置上。

3.根据权利要求1所述的一种家禽多光谱图像数字定向采集装置，其特征在于，所述光电开关的型号为E18-D50N，集发射与接收于一体的的漫反射式红外避障光电传感器。

4.根据权利要求1所述的一种家禽多光谱图像数字定向采集装置，其特征在于，所述数据采集卡为研华USB-4716采集卡。

5.根据权利要求1所述的一种家禽多光谱图像数字定向采集装置，其特征在于，所述数字相机型号为MVC1300 SAM /C -GE60-N00。

6.根据权利要求1所述的一种家禽多光谱图像数字定向采集装置，其特征在于，所述微调装置上设置有控制数字相机视口大小的遮光板。

7.利用权利要求1-6任一项所述的一种家禽多光谱图像数字定向采集装置进行定向采集的采集方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、调试：在使用该装置前，先对其进行调试，使数字相机相对家禽的位置合适；启动输送链使家禽运行到各个数字相机以及光电开关前，利用微调装置调节数字相机以及光电开关相对于家禽的前后、上下距离，确保数字相机以及光电开关相对家禽的位置合适；

S2、启动流水线：输送链将家禽自箱体侧壁的窗口处输送进家禽多光谱图像定向采集装置的箱体中；

S3、图像采集：家禽随着输送链移动到光电开关以及数字相机前方时，光电开关工作，触发数字相机，数字相机与相应波长滤光片同时作用，拍出相应波长的图像，随着输送链的运行，家禽每经过一个光电开关以及数字相机时都会得到对应波长的数字图像，这样就得到了3个不同波长的多光谱图像；

S4、显示及存储图像：工控机利用OpenCV编程实现数字相机的图像显示以及存储。