CN108311411B - 一种冬虫夏草智能化分拣系统及其使用方法 - Google Patents
一种冬虫夏草智能化分拣系统及其使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种冬虫夏草智能化分拣系统及其使用方法,包括:传送带,传送需要分拣的冬虫夏草;电机用于控制传送带的运行;滑靴用于对相应道口的冬虫夏草进行分拣;摄像头,设置于分拣道口上方,用于获取冬虫夏草图像;微处理器,与摄像机通过串口相连,移植OpenCV进行图像处理,通过基于SURF算法的卷积神经网络识别冬虫夏草类型,Canny边缘检测和Hu矩算法进行等级分拣,并控制滑靴进行分拣;LCD显示屏用于显示获取到的冬虫夏草信息;上位机摄像头用于监控分拣情况,并实时反馈给上位机;上位机用于实时显示当前分拣情况,并通过图像处理获取当前传送带上的冬虫夏草数量,以控制电机速度;本发明能够识别定位不同物种和不同等级冬虫夏草,降低分拣错误率。
Description
技术领域
本发明涉及自动分拣技术领域,特别涉及一种冬虫夏草智能化分拣系统及其使用方法。
背景技术
冬虫夏草是冬虫夏草菌侵染、寄生蝠蛾幼虫形成的菌虫复合体,是冬虫夏草属400多种冬虫夏草中的一个特定品种,药用价值和经济价值极高。现今,市面上常常混有冬虫夏草的相似物种,并且冬虫夏草也因大小,虫体所占比例等分为不同等级,这就需要对收购的冬虫夏草进行拣选,而目前,国内尚无成熟的安全高效的分拣设备,我国主要以人工分拣为主,导致分拣速度低,错误率高,企业需花费大量的财力、时间在拣选阶段。因此,需要一种智能化的分拣设备。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种冬虫夏草智能化分拣系统及其使用方法,通过工业摄像头获取分拣时冬虫夏草多角度图像,搭建了基于SURF算法的卷积神经网络的识别模型,该系统实现了分拣智能化,特别适用于批量分拣,弥补了人工分拣带来的效率低、错误率高的不足。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种冬虫夏草智能化分拣系统,包括图像信息采集模块,分拣控制模块,上位机监控模块,图像信息采集模块包括分拣摄像头4,显示屏6,微处理器5;分拣控制模块包括传送带1,电机2,称重装置,分拣装置,分拣装置为滑靴3;所述的上位机监控模块包括上位机摄像头7与上位机8;
所述传送带1,由多个入口和分拣道口组成,传送需要分拣的冬虫夏草;
所述电机2,设置于传送带两端,用于控制传送带1的运行;
所述滑靴3,设置于每个传送分拣道口处,用于对相应道口的冬虫夏草进行分拣,并由称重装置获取冬虫夏草质量,以对冬虫夏草进行识别及等级分级;
所述摄像头4,设置于分拣道口上方,用于获取冬虫夏草图像;
所述微处理器5,选用STM32微处理器进行冬虫夏草分拣,通过基于SURF算法的卷积神经网络识别冬虫夏草物种,运用Canny算法和Hu矩进行冬虫夏草等级分拣处理冬虫夏草图像,并控制滑靴3进行分拣;
所述LCD显示屏6,设置于分拣道口处,用于显示获取到的冬虫夏草信息;
所述上位机摄像头7,设置于整个系统的上方,用于监控分拣情况,并实时反馈给上位机8;
所述上位机8,连接摄像头7,用于实时显示当前分拣情况,以控制电机7速度。
所述的显示屏6为LCD显示屏。
所述的微处理器5为嵌入式微处理器,所述的电机2为步进电机。
所述的摄像头4选用OV7670摄像头。
所述的冬虫夏草分拣包括基于SURF算法的卷积神经网络模型的冬虫夏草识别和基于Canny边缘检测和Hu矩的冬虫夏草等级分拣,将工业摄像头拍摄多角度冬虫夏草图像,经图像预处理,归一化后,通过SURF算法获取冬虫夏草特征点区域图作为卷积神经网络的输入样本,运用人工蜂群ABC(Artificial Bee Colony)算法替代传统的梯度下降法,搭建卷积神经网络模型,通过对同一冬虫夏草多角度比对,运用投票机制,判断物种性状,提高识别准确度,将识别是冬虫夏草的品种经Canny边缘检测和Hu矩算法得到冬虫夏草大小及虫体虫体所占比例,并结合冬虫夏草质量,判断冬虫夏草等级。
所述SURF算法是一种图像检索算法,通过提取12点最强特征点区域作为卷积神经网络的输入,以便于获取更加准确的冬虫夏草特征图。
所述的卷积神经网络模型设计由输入层、3个卷积层、3个池化层和全连接层四部分组成,输入层图像大小均为64*64像素,卷积层为C1、C3和C5,其中C1和C3选用大小为5*5的卷积核,C5卷积核的大小是4*4,以确保最后池化层输出为1*1的特征图,模型中S2、S4、S6为池化层,选用2*2的最大池化窗口,取出4个中最大的数据信息作为特征图输出,将C1的60*60特征图通过S2、S4、S6降为得到1*1的结果,全连接层类似于BP神经网络架构,由输入层、隐层和输出层三部分组成,其中输入层为S6池化后特征图得到的列向量,隐层为一层非线性映射,输出层为整个神经网络的输出结果,输出值为1、2,其中1代表冬虫夏草种类,2代表非冬虫夏草种类。
所述的上位机摄像头7记录分拣状况,通过图像处理技术,判断当前传送带上的冬虫夏草数量,根据冬虫夏草数量,时间等约束条件,通过粒子群算法,控制优化电机2速度。
一种冬虫夏草智能化分拣系统的使用方法,包括如下步骤:
步骤一:将冬虫夏草放入传送带1入口处,冬虫夏草到达分拣道口;
步骤二:分拣道口上方装有摄像头4,摄像头4获取当前快冬虫夏草的图像,通过串口送入微处理器5进行图像处理、基于SURF算法的卷积神经网络处理,以得到为冬虫夏草种类的物种,并运用Canny算法和Hu矩进行冬虫夏草等级分拣处理冬虫夏草图像,显示在LCD显示屏上,控制滑靴3分拣,并且通过无线传输技术发送给上位机8的数据库;
步骤三:上位机摄像头7记录分拣状况,通过图像处理技术,判断当前传送带1上的冬虫夏草数量,根据冬虫夏草数量,时间等约束条件,通过粒子群算法,控制优化电机2速度。
本发明的有益效果是:
本发明通过对冬虫夏草的识别分拣算法进行了研究,通过工业摄像头获取分拣时冬虫夏草多角度图像,搭建了基于SURF算法的卷积神经网络的识别模型,通过人工蜂群算法优化学习速率,并将识别为冬虫夏草的品种通过Canny边缘检测算法和Hu矩得到冬虫夏草大小以及虫体所占比例,按照一定参数进行冬虫夏草等级划分,提高了卷积神经网络的识别效率和分拣准确度。在算法上,与传统的卷积神经网络相比,优化了神经网络收敛速度,通过投票机制提高了识别正确率,并将Canny边缘检测算法和Hu矩运用于冬虫夏草等级分拣中,能够更加准确地进行等级分拣,该系统实现了分拣智能化,特别适用于批量分拣,弥补了人工分拣带来的效率低、错误率高的不足。
附图说明
图1为本发明的总体硬件框图。
图2为本发明的总体连接示意图。
图3为本发明的流程框图。
图4为图像信息获取传送流程图。
图5为图像处理流程图。
图6为上位机监控设计流程图。
图7为控制分拣模块软件设计流程图。
图8为传送带驱动电路图。
图9为图像信息采集模块电路图。
图10为卷积神经网络模型。
图11为SURF算法提取特征点图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细叙述。
如图1图2所示:一种冬虫夏草智能化分拣系统,包括图像信息采集模块,分拣控制模块,上位机监控模块,图像信息采集模块包括分拣摄像头4,显示屏6,微处理器5;分拣控制模块包括传送带1,电机2,称重装置,分拣装置,分拣装置为滑靴3;所述的上位机监控模块包括上位机摄像头7与上位机8;
所述传送带1,由多个入口和分拣道口组成,传送需要分拣的冬虫夏草;
所述电机2,设置于传送带两端,用于控制传送带1的运行;
所述滑靴3,设置于每个传送分拣道口处,用于对相应道口的冬虫夏草进行分拣,并由称重装置获取冬虫夏草质量,以对冬虫夏草进行识别及等级分级;
所述摄像头4,设置于分拣道口上方,用于获取冬虫夏草图像;
所述微处理器5,选用STM32微处理器进行冬虫夏草分拣,通过基于SURF算法的卷积神经网络识别冬虫夏草物种,运用Canny算法和Hu矩进行冬虫夏草等级分拣处理冬虫夏草图像,并控制滑靴3进行分拣;
所述LCD显示屏6,设置于分拣道口处,用于显示获取到的冬虫夏草信息;
所述上位机摄像头7,设置于整个系统的上方,用于监控分拣情况,并实时反馈给上位机8;
所述上位机8,连接摄像头7,用于实时显示当前分拣情况,以控制电机7速度。
所述的显示屏6为LCD显示屏6。
所述的微处理器5为嵌入式微处理器,所述的电机2为步进电机。
所述的摄像头4选用OV7670摄像头。
如图2所示,传送带为树状结构。
如图5所示:所述的冬虫夏草分拣包括基于SURF算法的卷积神经网络模型的冬虫夏草识别和基于Canny边缘检测和Hu矩的冬虫夏草等级分拣,将工业摄像头拍摄多角度冬虫夏草图像,经图像预处理,归一化后,通过SURF算法获取冬虫夏草特征点区域图作为卷积神经网络的输入样本,运用人工蜂群ABC(Artificial Bee Colony)算法替代传统的梯度下降法,搭建卷积神经网络模型,通过对同一冬虫夏草多角度比对,运用投票机制,判断物种性状,提高识别准确度,将识别是冬虫夏草的品种经Canny边缘检测和Hu矩算法得到冬虫夏草大小及虫体虫体所占比例,并结合冬虫夏草质量,判断冬虫夏草等级。
如图11所示:所述SURF算法是一种图像检索算法,通过提取12点最强特征点区域作为卷积神经网络的输入,以便于获取更加准确的冬虫夏草特征图。
如图10所示:所述的卷积神经网络模型设计由输入层、3个卷积层、3个池化层和全连接层四部分组成,输入层图像大小均为64*64像素,卷积层为C1、C3和C5,其中C1和C3选用大小为5*5的卷积核,C5卷积核的大小是4*4,以确保最后池化层输出为1*1的特征图,模型中S2、S4、S6为池化层,选用2*2的最大池化窗口,取出4个中最大的数据信息作为特征图输出,将C1的60*60特征图通过S2、S4、S6降为得到1*1的结果,全连接层类似于BP神经网络架构,由输入层、隐层和输出层三部分组成,其中输入层为S6池化后特征图得到的列向量,隐层为一层非线性映射,输出层为整个神经网络的输出结果,输出值为1、2,其中1代表冬虫夏草种类,2代表非冬虫夏草种类。
如图6图7所示:所述的上位机摄像头7记录分拣状况,通过图像处理技术,判断当前传送带上的冬虫夏草数量,根据冬虫夏草数量,时间等约束条件,通过粒子群算法,控制优化电机2速度。
如图3图4所示:一种冬虫夏草智能化分拣系统的使用方法,包括如下步骤:
步骤一:将冬虫夏草放入传送带1入口处,冬虫夏草到达分拣道口;
步骤二:分拣道口上方装有摄像头4,摄像头4获取当前快冬虫夏草的图像,通过串口送入微处理器5进行图像处理、基于SURF算法的卷积神经网络处理,以得到为冬虫夏草种类的物种,并运用Canny算法和Hu矩进行冬虫夏草等级分拣处理冬虫夏草图像,显示在LCD显示屏6上,控制滑靴3分拣,并且通过无线传输技术发送给上位机8的数据库;
步骤三:上位机摄像头7记录分拣状况,通过图像处理技术,判断当前传送带1上的冬虫夏草数量,根据冬虫夏草数量,时间等约束条件,通过粒子群算法,控制优化电机2速度。
如图8所示为传送带驱动电路图。
如图9所示为图像信息采集模块电路图。
Claims (9)
1.一种冬虫夏草智能化分拣系统,其特征在于,包括图像信息采集模块、分拣控制模块和上位机监控模块,图像信息采集模块包括分拣摄像头(4)、显示屏(6)和微处理器(5);分拣控制模块包括传送带(1)、电机(2)、称重装置和分拣装置,分拣装置为滑靴(3);上位机监控模块包括上位机摄像头(7)与上位机(8);
所述传送带(1),传送需要分拣的冬虫夏草,设置有多个入口和分拣道口;
所述电机(2),设置于传送带(1)两端,用于控制传送带(1)的运行;
所述滑靴(3),设置于每个分拣道口处,用于对相应分拣道口的冬虫夏草进行分拣,并由称重装置获取冬虫夏草质量,以对冬虫夏草进行识别及等级分级;
所述分拣摄像头(4),设置于分拣道口上方,用于获取冬虫夏草图像;
所述微处理器(5),选用STM32微处理器进行冬虫夏草分拣,通过基于SURF算法的卷积神经网络识别冬虫夏草物种,运用Canny算法和Hu矩进行冬虫夏草等级分拣处理冬虫夏草图像,并控制滑靴(3)进行分拣;
所述显示屏(6),设置于分拣道口处,用于显示获取到的冬虫夏草信息;
所述上位机摄像头(7),设置于整个系统的上方,用于监控分拣情况,并实时反馈给上位机(8);
所述上位机(8),连接上位机摄像头(7),用于实时显示当前分拣情况,以控制电机(2)速度。
2.根据权利要求1所述的一种冬虫夏草智能化分拣系统,其特征在于,所述的显示屏(6)为LCD显示屏。
3.根据权利要求1所述的一种冬虫夏草智能化分拣系统,其特征在于,所述的微处理器(5)为嵌入式微处理器,所述的电机(2)为步进电机。
4.根据权利要求1所述的一种冬虫夏草智能化分拣系统,其特征在于,所述的摄像头(4)选用OV7670摄像头。
5.根据权利要求1所述的一种冬虫夏草智能化分拣系统,其特征在于,所述的冬虫夏草分拣包括基于SURF算法的卷积神经网络模型的冬虫夏草识别和基于Canny边缘检测和Hu矩的冬虫夏草等级分拣,将工业摄像头拍摄多角度冬虫夏草图像,经图像预处理,归一化后,通过SURF算法获取冬虫夏草特征点区域图作为卷积神经网络的输入样本,运用人工蜂群ABC算法替代传统的梯度下降法,搭建卷积神经网络模型,通过对同一冬虫夏草多角度比对,运用投票机制,判断物种性状,提高识别准确度,将识别是冬虫夏草的品种经Canny边缘检测和Hu矩算法,确认得到冬虫夏草大小及虫体所占比例,并结合冬虫夏草质量,判断冬虫夏草等级。
6.根据权利要求5所述的一种冬虫夏草智能化分拣系统,其特征在于,所述的卷积神经网络模型设计由输入层、3个卷积层、3个池化层和全连接层四部分组成,输入层图像大小均为64*64像素,卷积层为C1、C3和C5,其中C1和C3选用大小为5*5的卷积核,C5卷积核的大小是4*4,以确保最后池化层输出为1*1的特征图,模型中S2、S4、S6为池化层,选用2*2的最大池化窗口,取出4个中最大的数据信息作为特征图输出,将C1的60*60特征图通过S2、S4、S6降为得到1*1的结果,全连接层类似于BP神经网络架构,由输入层、隐层和输出层三部分组成,其中输入层为S6池化后特征图得到的列向量,隐层为一层非线性映射,输出层为整个神经网络的输出结果,输出值为1、2,其中1代表冬虫夏草种类,2代表非冬虫夏草种类。
7.根据权利要求1所述的一种冬虫夏草智能化分拣系统,其特征在于,所述SURF算法是一种图像检索算法,通过提取12点最强特征点区域作为卷积神经网络的输入,以便于获取更加准确的冬虫夏草特征图。
8.根据权利要求1所述的一种冬虫夏草智能化分拣系统,其特征在于,所述的上位机摄像头(7)记录分拣状况,通过图像处理技术,判断当前传送带上的冬虫夏草数量,根据冬虫夏草数量,时间约束条件,通过粒子群算法,控制优化电机(2)速度。
9.一种冬虫夏草智能化分拣系统的使用方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一:将冬虫夏草放入传送带(1)入口处,冬虫夏草到达分拣道口;
步骤二:分拣道口上方装有摄像头(4),摄像头(4)获取当前冬虫夏草的图像,通过串口送入微处理器(5)进行图像处理、基于SURF算法的卷积神经网络算法处理,以得到冬虫夏草种类的物种,并运用Canny算法和Hu矩进行冬虫夏草等级分拣处理冬虫夏草图像,显示在LCD显示屏上,控制滑靴(3)分拣,并且通过无线传输技术发送给上位机(8)的数据库;
步骤三:上位机摄像头(7)记录分拣状况,通过图像处理技术,判断当前传送带(1)上的冬虫夏草数量,根据冬虫夏草数量,时间约束条件,通过粒子群算法,控制优化电机(2)速度。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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