CN109365323A - 一种基于rgb水果分类方法及分类装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RGB水果分类方法，步骤包括(1)通过RGB颜色识别传感器检测水果表面RGB成分，检测水果表面着色度，获取图像色彩值，用合适的色相值累计着色面积百分比进行颜色分级；(2)通过摄像头采集图像，经过预处理包括对图像进行灰度处理、取合适阈值分割、形态学处理、边缘检测，再通过提取图像区域点，计算图像面积、重心、周长特征参数；(3)经过边缘检测和重心计算特征参数的提取，计算出水果相对平台的位置；(4)通过机械手运行至目标位置，将水果依据步骤(1)和(2)的结果进行不同等级的分拣。本发明还公开了一种基于RGB水果分类方法的分类装置。本发明分类准确，提高生产效率和降低生产成本。

Description

一种基于RGB水果分类方法及分类装置

技术领域

本发明涉及图像识别领域，尤其涉及一种基于RGB水果分类方法及分类装置。

技术背景

目前我国的主要水果产量稳居世界第一，品种繁多，品质优良，在国家扶农政策的大力支持下，水果的发展前景广阔，但是水果产后商品化手段仍然很落后，分类、包装等过程需要大量人力和时间，造成成本较高、经济效益低。

由于我国水果种类和品质的差异性和我国水果产业的分等级的经营模式，水果分类、同一水果分等级是非常必要的经营手段。市场上水果种类繁多，等级也参差不齐，每一种水果都分为多个等级。

以苹果为例，果农采摘了苹果后，需要根据苹果的颜色、大小、品质的好坏等分成不同级别出售，这种分类用人工挑选，浪费大量的人力资源和生产时间，而且由于工人的主观因素不能准确的分等级。现在市场上也有部分水果等级自动分类机器，但大多数通过重量、直径大小分类，不能准确的分为多个等级。而颜色是衡量水果外观品质的重要指标之一，通过检测RGB成分，识别水果颜色，与重量、直径大小配合利用，可以更加精确的分类，提高经济效益。

鲜货市场广泛使用食品分拣器，主要因为劳动人员的老龄化和雇用工人成本越来越高，在从事检验外表非常相似的产品时，人工检验的效率是极其低下的。即使只涉及简单的分拣工作，他们的视觉敏锐度也会变得迟钝，这就促使了分拣技术在市场上得到越来越广地应用。与人工分选等相比，基于RGB的水果分类系统效果会更好一些。

发明内容

本发明的目的一是提供一种基于RGB水果分类方法，易于操作，分类更加准确，提高了生产效率，降低了生产成本，提高了经济效益。

本发明的目的二是提供一种基于RGB水果分类方法的分类装置，易于操作，分类更加准确，提高了生产效率，降低了生产成本，提高了经济效益。

为实现上述目的一，本发明提供一种基于RGB水果分类方法，步骤包括：

(1)RGB成分的检测

通过RGB颜色识别传感器检测水果表面RGB成分，检测水果表面着色度，获取图像色彩值，用合适的色相值累计着色面积百分比进行颜色分级；

(2)水果大小的检测

通过摄像头采集图像，经过预处理包括对图像进行灰度处理、取合适阈值分割、形态学处理、边缘检测，再通过提取图像区域点，计算图像面积、重心、周长特征参数；

(3)目标的精确定位

依据步骤(2)，经过边缘检测和重心计算特征参数的提取，计算出水果相对水果放置平台的位置，从而对水果目标精确定位；

(4)分拣运动的实现

依据步骤(3)，通过机械手运行至目标位置，将水果依据步骤(1)和步骤(2)的结果进行不同等级的分拣。

作为本发明的进一步改进，所述步骤(2)还通过压力传感器测量水果质量。

作为本发明的更进一步改进，所述RGB颜色识别传感器采用TCS3200D颜色传感器。

为实现上述目的二，本发明提供一种基于RGB水果分类方法的分类装置，包括：底板、控制箱、支架、机械手、水果放置平台，控制箱、支架、机械手和水果放置平台均安装在底板上侧，控制箱内装有主控制器、人机交互界面和供电系统，支架固定在水果放置平台的一侧，支架的上端安装有摄像头和RGB颜色识别传感器，摄像头和RGB颜色识别传感器位于水果放置平台的正上方，机械手能够旋转和自由弯曲分布在水果放置平台的另一相对侧，水果放置平台处还装有压力传感器，压力传感器、RGB颜色识别传感器、摄像头、人机交互界面、机械手和供电系统均与主控制器连接。

作为本发明的进一步改进，所述支架包括立柱和自立柱上端朝机械手方向延伸的水平臂部，水平臂部的末端外扩形成安装板一，安装板一的底部装有所述的摄像头和RGB颜色识别传感器。

作为本发明的更进一步改进，所述立柱的下端两侧与底板之间连接有斜撑一，立柱的上端与水平臂部之间连接有斜撑二。

作为本发明的更进一步改进，所述水果放置平台包括支撑柱和平板，支撑柱连接在底板和平板之间，支撑柱与平板之间装有所述压力传感器。

作为本发明的更进一步改进，所述机械手包括沿竖直方向的轴线旋转的底座，底座的底部装有驱动底座旋转的步进电机，底座上侧固定有第一连接件，第一连接件的上端铰接连接有沿水平方向的轴线转动的第二连接件，第二连接件的上端铰接连接有沿水平方向的轴线转动的第三连接件，第三连接件的上端铰接连接有沿水平方向的轴线转动的第四连接件，第二连接件、第三连接件和第四连接件转动的轴线相互平行，第四连接件的上端固定有安装板二，安装板二上安装有能够开合的两个夹指，第一连接件与第二连接件之间的铰接位置、第二连接件与第三连接件之间的铰接位置、第三连接件与第四连接件之间的铰接位置以及安装板二上均安装有分别驱动第二连接件、第三连接件和第四连接件转动的伺服电机，步进电机和伺服电机均连接至主控制器。

作为本发明的更进一步改进，所述第一连接件和第四连接件均是U型连接件，第一连接件和第四连接件的开口相对，第二连接件由上下两个开口朝向相反并且相互连接的U型连接件构成，第三连接件由上下两个相互连接的方形块构成，第二连接件的位于下侧的U型连接件套在第一连接件外，第三连接件的上下两个方形块分别套在第四连接件内以及第二连接件的位于上侧的U型连接件内。

作为本发明的更进一步改进，所述安装板二的一侧面安装有两个可开合的摆臂，两个摆臂上有相互啮合的齿，各摆臂的上端铰接连接一所述夹指，各夹指的中部与安装板二之间通过斜撑式连杆铰接连接，安装板二上安装的伺服电机位于安装板二上相对摆臂的另一侧面并且该伺服电机的输出轴贯穿安装板二与其中一个摆臂连接。

与现有技术相比，本发明的基于RGB水果分类方法及分类装置的有益效果如下：

(1)本发明集颜色识别、重量称量、大小测量、目标定位和水果分离等功能，通过RGB颜色识别传感器采集水果颜色信息，摄像头采集图像实现水果大小测量及目标定位，通过水果图像的特征值比较来简化水果分类的时间，对于不同形状的同种水果的分辨成功率得到极大提高，运用微控制器处理传感器系统提供的各类外界信息，根据既定算法驱动步进电机控制机械手将目标分离，软件上以传感器、电机的底层驱动为基础，以运算和数据处理为核心，以水果等级分离应用，完成水果分离系统既定功能，易于操作、控制了成本、提升了效率。

(2)利用传感器识别分离可以排除工作人员的主观意识，更加准确的对水果等级的分类；通过自动化分离，可以加快水果分离的速度，提高生产效率，降低生产成本，提高经济效益；人机界面调整颜色、大小、形状等分类参数，分类系统可以用于多种水果、蔬菜的分类，实现一机多用的功能。

(3)本发明具有全自动行场频自适应能力和信号自检测能力，信源端信号的变化不需要用户调节，目标定位非常精准，采用智能机械手分拣，进而实现对水果的智能化实时检测与分级，然后将它细分类包装，可实现无人值守自动化流水线作业。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为本发明RGB成分检测电路图；

图2为摄像头采集电路图；

图3为人机交互电路图；

图4为电机驱动电路图；

图5为电源电路图；

图6为主控器电路图

图7为苹果原始图像；

图8为苹果二值化图像；

图9为苹果边缘检测图像；

图10为本发明整体结构框图；

图11为本发明分类装置示意图；

图12为本发明工作流程框图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

请参考图1-12，所述的基于RGB水果分类方法，通过采集水果的颜色、形状、重量和大小四个最具代表性的外在品质特征，作为水果等级分类的输入数据，最后由机械手分类输出水果等级的结果。水果分类系统可以实现以颜色、形状、重量和大小特征中的单个特征分类，也可以通过人机界面设置多个参考特征分类。机械手4分拣速度，可根据需要调整，实现水果的自动化分类。

具体实施步骤包括：

(1)RGB成分的检测

通过RGB颜色识别传感器11检测水果表面RGB成分，检测水果表面着色度，获取图像色彩值，用合适的色相值累计着色面积百分比进行颜色分级。水果外表颜色是水果成熟状态判断的依据，是水果分类的前提。RGB成分检测能够准确测出水果表面颜色成分，用于水果等级评定，能够为机械手4动作提供信息，用于水果分类。RGB成分检测可以通过AD电路采集RGB模块各成分信息。所述RGB颜色识别传感器11采用TCS3200D颜色传感器来识别颜色成分，TCS3200D是TAOS(Texas Advanced Optoelectronic Solutions)公司推出的可编程彩色光到频率的转换器。它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上,同时在单一芯片上还集成了红绿蓝(RGB)三种滤光器,是业界第一个有数字兼容接口的RGB彩色传感器。TCS3200D的输出信号是数字量,可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入,因此可直接与微处理器或其它逻辑电路相连接。由于输出的是数字量,并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度,因而不再需要AD转换电路,使电路变得更简单。

(2)水果大小的检测

通过摄像头10采集图像，经过预处理包括对图像进行灰度处理、取合适阈值分割、形态学处理、边缘检测，再通过提取图像区域点，计算图像面积、重心、周长特征参数，使主控制器7可以对水果大小评定。在此步骤还通过压力传感器12测量水果质量。

(3)目标的精确定位

依据步骤(2)，经过边缘检测和重心计算特征参数的提取，计算出水果相对水果放置平台5的位置，从而对水果目标精确定位，为机械手4动作提供决策信息。目标定位用于水果在流水线上的定位，为机械手动作提供决策信息。目标定位可以采用重力感应定位、图像识别定位等方式，考虑到精度问题，采用摄像头10图像定位。

(4)分拣运动的实现

依据步骤(3)，通过机械手4运行至目标位置，将水果依据步骤(1)和步骤(2)的结果进行不同等级的分拣。机械手是各类、各等级水果分离等保证，确保各等级水果等准确分类。此步骤还需借助人机交互界面8实现，此步骤还需借助人机交互界面8实现，还可以借助外部键盘电路以及电脑端上位机界面进一步实现，外部键盘电路以及电脑端上位机界面均与主控制器7相连，外部键盘电路可在机器上对系统工作参数实时调整，对分类功能的设置；通过网口将摄像头10采集图像传输至电脑端上位机实时显示，进软件处理后便可获得分类信息，再电脑端上位机生成分类信息表。

所述的基于RGB水果分类方法的分类装置，包括底板1、控制箱2、支架3、机械手4、水果放置平台5。控制箱2、支架3、机械手4和水果放置平台5均安装在底板1上侧，控制箱2内装有主控制器7、人机交互界面8和供电系统9。所述支架3固定在水果放置平台5的一侧，支架3的上端安装有摄像头10和RGB颜色识别传感器11，摄像头10和RGB颜色识别传感器11位于水果放置平台5的正上方。机械手4能够旋转和自由弯曲分布在水果放置平台5的另一相对侧，水果放置平台5处还装有压力传感器12，压力传感器12、RGB颜色识别传感器11、摄像头10、人机交互界面8、机械手4和供电系统9均与主控制器7连接。

所述支架3包括立柱3a和自立柱3a上端朝机械手方向延伸的水平臂部3b，水平臂部3b的末端外扩形成安装板一3c，安装板一3c的底部装有所述的摄像头10和RGB颜色识别传感器11。所述立柱3a的下端两侧与底板1之间连接有斜撑一3d，立柱3a的上端与水平臂部3b之间连接有斜撑二3e。

所述机械手4包括沿竖直方向的轴线旋转的底座4i，底座4i的底部装有驱动底座4i旋转的步进电机，底座4i上侧固定有第一连接件4a，第一连接件4a的上端铰接连接有沿水平方向的轴线转动的第二连接件4b，第二连接件4b的上端铰接连接有沿水平方向的轴线转动的第三连接件4c，第三连接件4c的上端铰接连接有沿水平方向的轴线转动的第四连接件4d，第二连接件4b、第三连接件4c和第四连接件4d转动的轴线相互平行，第四连接件4d的上端固定有安装板二4e，安装板二4e上安装有能够开合的两个夹指4f，第一连接件4a与第二连接件4b之间的铰接位置、第二连接件4b与第三连接件4c之间的铰接位置、第三连接件4c与第四连接件4d之间的铰接位置以及安装板二4e上均安装有分别驱动第二连接件4b、第三连接件4c和第四连接件4d转动的伺服电机，步进电机和伺服电机均连接至主控制器2，主控制器7通过传感器(颜色识别传感器11、压力传感器12)和摄像头10的反馈信号控制步进电机、伺服电机正转、反转或者停止，来实现控制机械手4的整个分拣过程。所述第一连接件4a和第四连接件4d均是U型连接件，第一连接件4a和第四连接件4d的开口相对，第二连接件4b由上下两个开口朝向相反并且相互连接的U型连接件构成，第三连接件4c由上下两个相互连接的方形块构成，第二连接件4b的位于下侧的U型连接件套在第一连接件4a外，第三连接件4c的上下两个方形块分别套在第四连接件4d内以及第二连接件4b的位于上侧的U型连接件内。所述安装板二4e的一侧面安装有两个可开合的摆臂4g，两个摆臂4g上有相互啮合的齿4h，各摆臂4g的上端铰接连接一所述夹指4f，各夹指4f的中部与安装板二4e之间通过斜撑式连杆4j铰接连接，安装板二4e上安装的伺服电机位于安装板二4e上相对摆臂4g的另一侧面并且该伺服电机的输出轴贯穿安装板二4e与其中一个摆臂4g连接。

所述水果放置平台5包括支撑柱5a和平板5b，支撑柱5a连接在底板1和平板5b之间，支撑柱5a与平板5b之间装有所述压力传感器。

供电系统9分为两部分，控制机械手4的步进电机和伺服电机采用直流24V供电，而主控制器7采用适配器供电。适配器输出12V电压，经LM2940的稳压电路稳压为5V给其主控制器7及外围传感器(颜色识别传感器11、压力传感器12)和摄像头10供电，保证电路稳定及其元件正常工作。

本发明集颜色识别、重量称量、大小测量、目标定位和水果分离等功能，通过RGB颜色识别传感器采集水果颜色信息，摄像头采集图像实现水果大小测量及目标定位，运用微控制器(主控制器)处理传感器系统提供的各类外界信息，根据既定算法驱动步进电机控制机械手将目标分离。软件上以传感器、电机的底层驱动为基础，以运算和数据处理为核心，以水果等级分离应用，完成水果分离系统既定功能。易于操作、控制了成本、提升了效率。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (10)

1.一种基于RGB水果分类方法，其特征在于，步骤包括：

(1)RGB成分的检测

通过RGB颜色识别传感器检测水果表面RGB成分，检测水果表面着色度，获取图像色彩值，用合适的色相值累计着色面积百分比进行颜色分级；

(2)水果大小的检测

通过摄像头采集图像，经过预处理包括对图像进行灰度处理、取合适阈值分割、形态学处理、边缘检测，再通过提取图像区域点，计算图像面积、重心、周长特征参数；

(3)目标的精确定位

依据步骤(2)，经过边缘检测和重心计算特征参数的提取，计算出水果相对水果放置平台的位置，从而对水果目标精确定位；

(4)分拣运动的实现

依据步骤(3)，通过机械手运行至目标位置，将水果依据步骤(1)和步骤(2)的结果进行不同等级的分拣。

2.如权利要求1所述的基于RGB水果分类方法，其特征在于：所述步骤(2)还通过压力传感器测量水果质量。

3.如权利要求2所述的基于RGB水果分类方法，其特征在于：所述RGB颜色识别传感器采用TCS3200D颜色传感器。

4.一种如权利要求2所述的基于RGB水果分类方法的分类装置，其特征在于，包括：底板、控制箱、支架、机械手、水果放置平台，控制箱、支架、机械手和水果放置平台均安装在底板上侧，控制箱内装有主控制器、人机交互界面和供电系统，支架固定在水果放置平台的一侧，支架的上端安装有摄像头和RGB颜色识别传感器，摄像头和RGB颜色识别传感器位于水果放置平台的正上方，机械手能够旋转和自由弯曲分布在水果放置平台的另一相对侧，水果放置平台处还装有压力传感器，压力传感器、RGB颜色识别传感器、摄像头、人机交互界面、机械手和供电系统均与主控制器连接。

5.如权利要求4所述的基于RGB水果分类方法的分类装置，其特征在于：所述支架包括立柱和自立柱上端朝机械手方向延伸的水平臂部，水平臂部的末端外扩形成安装板一，安装板一的底部装有所述的摄像头和RGB颜色识别传感器。

6.如权利要求5所述的基于RGB水果分类方法的分类装置，其特征在于：所述立柱的下端两侧与底板之间连接有斜撑一，立柱的上端与水平臂部之间连接有斜撑二。

7.如权利要求4所述的基于RGB水果分类方法的分类装置，其特征在于：所述水果放置平台包括支撑柱和平板，支撑柱连接在底板和平板之间，支撑柱与平板之间装有所述压力传感器。

8.如权利要求4所述的基于RGB水果分类方法的分类装置，其特征在于：所述机械手包括沿竖直方向的轴线旋转的底座，底座的底部装有驱动底座旋转的步进电机，底座上侧固定有第一连接件，第一连接件的上端铰接连接有沿水平方向的轴线转动的第二连接件，第二连接件的上端铰接连接有沿水平方向的轴线转动的第三连接件，第三连接件的上端铰接连接有沿水平方向的轴线转动的第四连接件，第二连接件、第三连接件和第四连接件转动的轴线相互平行，第四连接件的上端固定有安装板二，安装板二上安装有能够开合的两个夹指，第一连接件与第二连接件之间的铰接位置、第二连接件与第三连接件之间的铰接位置、第三连接件与第四连接件之间的铰接位置以及安装板二上均安装有分别驱动第二连接件、第三连接件和第四连接件转动的伺服电机，步进电机和伺服电机均连接至主控制器。

9.如权利要求8所述的基于RGB水果分类方法的分类装置，其特征在于：所述第一连接件和第四连接件均是U型连接件，第一连接件和第四连接件的开口相对，第二连接件由上下两个开口朝向相反并且相互连接的U型连接件构成，第三连接件由上下两个相互连接的方形块构成，第二连接件的位于下侧的U型连接件套在第一连接件外，第三连接件的上下两个方形块分别套在第四连接件内以及第二连接件的位于上侧的U型连接件内。

10.如权利要求8所述的基于RGB水果分类方法的分类装置，其特征在于：所述安装板二的一侧面安装有两个可开合的摆臂，两个摆臂上有相互啮合的齿，各摆臂的上端铰接连接一所述夹指，各夹指的中部与安装板二之间通过斜撑式连杆铰接连接，安装板二上安装的伺服电机位于安装板二上相对摆臂的另一侧面并且该伺服电机的输出轴贯穿安装板二与其中一个摆臂连接。