CN110170456A - 基于图像处理的水果分拣装置 - Google Patents

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王钰琪
刘鑫伟
李岳峰
徐威
陈义豪
梁定康
肖建
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/34—Sorting according to other particular properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/36—Sorting apparatus characterised by the means used for distribution
    • B07C5/361—Processing or control devices therefor, e.g. escort memory
    • B07C5/362—Separating or distributor mechanisms

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Abstract

本发明提供了一种基于图像处理的水果分拣装置，包括立体的金属框架，还包括电性连接的图像采集单元、图像处理单元和水果分拣机构，所述水果分拣机构固定设置在所述金属框架上；所述图像采集单元包括摄像头，用于采集目标区域内水果分布信息及所述水果分拣机构当前的位置坐标信息；所述图像处理单元包括电性连接的图像处理模块和无线传输模块，所述图像处理模块用于提取水果轮廓信息并与设定值进行比较，根据比较结果通过所述无线传输模块控制所述水果分拣机构进行水果分拣。该分拣装置基于图像处理技术，并将自动判别技术与自动控制技术相结合实现水果分拣的自动化，结构简单、操作简便，分拣结果精确，可广泛适应于不同种类水果的分拣，实用性佳，节省了人力成本。

Description

基于图像处理的水果分拣装置
技术领域
本发明涉及一种分拣装置，具体涉及一种基于图像处理的水果分拣装置。
背景技术
我国是世界上最大的水果产出国，种植面积与水果产量稳居世界前列，水果产业已成为继粮食、蔬菜之后的第三大农业种植产业，然而水果分拣仍以人工分拣方式为主。传统的人工水果分类主要是从色、形两个方面进行判别，具有效率低、人力成本高、识别准确率不稳定等问题。
公告号为CN208098623U的中国实用新型专利公开了一种水果分拣装置，利用离心力、针对水果大小进行分类。采用该分拣装置导致大多数水果在离心过程受到撞击，易损坏、变质，同时难免出现体积较大的水果夹带体积较小水果的情形，或挡板附近水果碰撞飞出，水果分拣的正确率降低。
随着计算机图像处理技术的不断发展，应用于在水果分拣方面的自动判别技术也逐渐成熟。因此，如何克服现有技术的上述缺陷，提供出一种高质、高效的自动化水果分拣装置，就成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于图像处理的水果分拣装置，结构简单、操作简便，基于图像处理技术并将自动判别技术与自动控制技术相结合实现水果分拣的自动化，分拣结果精确，可广泛适应于不同种类水果的分拣，实用性佳，节省了人力成本。
为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于图像处理的水果分拣装置，包括立体的金属框架，还包括电性连接的图像采集单元、图像处理单元和水果分拣机构，所述水果分拣机构固定设置在所述金属框架上；所述图像采集单元包括摄像头，用于采集目标区域内水果分布信息及所述水果分拣机构当前的位置坐标信息；所述图像处理单元包括电性连接的图像处理模块和无线传输模块，所述图像处理模块用于提取水果轮廓信息并与设定值进行比较，根据比较结果通过所述无线传输模块控制所述水果分拣机构进行水果分拣。
进一步地，所述水果分拣机构包括分拣控制单元，以及固定设置在所述金属框架上的十字滑台和伸缩电机，用于水果抓取的机械臂固定设置在所述十字滑台的滑块上。
进一步地，所述分拣控制单元包括电性连接的电机控制板、电机驱动模块和红外线测距模块；所述红外线测距模块用于采集所述机械臂与目标水果的相对高度数据，所述电机控制板根据接收的目标水果轮廓中心坐标和伸缩电机位置坐标，控制所示十字滑台运动至二者坐标拟合处，并控制所述机械臂进行水果抓取和分拣。
进一步地，所述图像处理模块为运行Linux系统的树莓派。
进一步地，所述图像处理模块的电源为树莓派电池。
进一步地，所述无线传输模块为ZigBee模块。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的基于图像处理的水果分拣装置，结构简单、操作简便，基于图像处理技术并将自动判别技术与自动控制技术相结合实现水果分拣的自动化，分拣结果精确，可广泛适应于不同种类水果的分拣，实用性佳，节省了人力成本。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种基于图像处理的水果分拣装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中图像处理模块的水果轮廓提取流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细的说明。所述实施例的示例在附图中示出，在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，旨在用于解释本发明，而不构成为对本发明的限制。
一种基于图像处理的水果分拣装置，如图1所示，包括立体的金属框架，还包括电性连接的图像采集单元、图像处理单元和水果分拣机构，所述水果分拣机构固定设置在所述金属框架上。所述图像处理单元用于提取水果轮廓信息并与设定值进行比较，根据比较结果通过所述无线传输模块控制所述水果分拣机构进行水果分拣。其中，金属框架作为水果分拣装置的基本框架，选定了水果堆积的目标区域。
所述图像采集单元包括摄像头，用于采集目标区域内水果分布信息及所述水果分拣机构当前的位置坐标信息。如图1所示，摄像头位于框架中轴线的中心位置、十字滑台所在平面的上方，确保摄像头视野覆盖框架顶部矩形区域。
所述图像处理单元包括电性连接的图像处理模块和无线传输模块，所述无线传输模块为ZigBee模块。所述图像处理模块用于对图像采集单元采集到的水果堆积图像进行处理，提取图像中水果的当前目标坐标信息。所述图像处理模块为运行Linux系统的树莓派，其电源为树莓派电池，进行的水果轮廓提取步骤如下：
步骤S1，图像分割，以目标区域为边界分割提取图像中的感兴趣区域，具体为将图像由BGR彩图转化为灰度图，通过霍夫线变换查找支架四角的底部端点坐标，并通过resize函数裁剪得到目标区域；
步骤S2，噪声滤波，滤除除水果轮廓之外的背景噪声，在本发明中采用高斯滤波方法，具体为将源图像和指定的高斯核函数做卷积运算；
步骤S3，轮廓检测，在本步骤中，采用Canny算法提取图像边缘，具体为通过Sobel算子计算图像梯度幅值，选择有用数据，通过阈值化提取边缘；
步骤S4，圆心提取，本发明采用霍夫圆变换检测并绘制单个水果的分布区域，通过比较各分布区域圆的直径，选择当前目标个体，并将该直径与设定阈值比较，判断当前个体大小分类，运算得到当前目标个体的圆心在未裁剪原图中的原始坐标。
所述水果分拣机构包括分拣控制单元，以及固定设置在所述金属框架上的十字滑台和伸缩电机，用于水果抓取的机械臂固定设置在所述十字滑台的滑块上。所述分拣控制单元包括电性连接的电机控制板、电机驱动模块和红外线测距模块；所述红外线测距模块用于采集所述机械臂与目标水果的相对高度数据，所述电机控制板根据接收的目标水果轮廓中心坐标和伸缩电机位置坐标，控制所示十字滑台运动至二者坐标拟合处，并控制所述机械臂进行水果抓取和分拣。
十字滑台两轴交叉形成四处直角拐点，本发明通过霍夫线变换拟合提取四处拐点坐标，取四端横纵坐标平均值得到机械臂当前坐标，图像处理模块将该坐标与目标个体在原图中的圆心坐标以及分类结果通过无线通信模块传输给水果分拣机构。
电机控制板通过无线传输模块与图像处理模块建立实时通信，并通过图像处理单元的回传信息引导伸缩电机移动至目标个体正上方的有效范围内，引导完毕后，伸缩电机根据红外测距模块的回传信息调节机械臂高度，待机械臂位于目标水果上方1CM左右的有效高度时，电机控制板通过无线传输模块向机械臂下达抓取命令。抓取完毕后，伸缩电机收缩，图像处理单元引导机械臂前往分类区域，伸缩电机伸长，机械臂张开，完成水果分拣。之后上述各部件复位，实现了单个目标水果的分拣全流程。
本发明的基于图像处理的水果分拣装置，其工作过程为：首先，将水果堆积于水果分拣的目标区域内，启动本发明的水果分拣装置，图像采集单元中摄像头捕捉水果分布俯视图信息，并将采集图像输入图像处理单元；其次，图像处理单元通过图像分割、滤波、轮廓检测、圆心提取等图像处理步骤提取图像中的有效坐标信息，并通过无线传输模块将结果信息传输到水果分拣机构；最后，水果分拣机构通过坐标信息控制拟合目标位置与机械臂位置，机械臂通过红外测距模块控制高度位置，待机械臂位于目标位置，电机控制板和电机驱动板控制机械臂开合，最终实现水果分拣。
综上所述，本发明提供的基于图像处理的水果分拣装置，以摄像头和图像处理模块实时回传机械臂坐标信息，并将提取到的目标位置信息和机械臂位置信息相拟合，实现引导机械臂完成水果分拣功能的作用。该水果分拣装置结构简单、操作简便，基于图像处理技术并将自动判别技术与自动控制技术相结合实现水果分拣的自动化，分拣效果提高、结果精确，可广泛适应于不同种类水果的分拣，实用性佳，节省了人力成本。
应该注意的是，上述实施例是对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的数据或步骤。

Claims (6)

1.一种基于图像处理的水果分拣装置，包括立体的金属框架，其特征在于：还包括电性连接的图像采集单元、图像处理单元和水果分拣机构，所述水果分拣机构固定设置在所述金属框架上；所述图像采集单元包括摄像头，用于采集目标区域内水果分布信息及所述水果分拣机构当前的位置坐标信息；所述图像处理单元包括电性连接的图像处理模块和无线传输模块，所述图像处理模块用于提取水果轮廓信息并与设定值进行比较，根据比较结果通过所述无线传输模块控制所述水果分拣机构进行水果分拣。
2.根据权利要求1所述的基于图像处理的水果分拣装置，其特征在于：所述水果分拣机构包括分拣控制单元，以及固定设置在所述金属框架上的十字滑台和伸缩电机，用于水果抓取的机械臂固定设置在所述十字滑台的滑块上。
3.根据权利要求2所述的基于图像处理的水果分拣装置，其特征在于：所述分拣控制单元包括电性连接的电机控制板、电机驱动模块和红外线测距模块；所述红外线测距模块用于采集所述机械臂与目标水果的相对高度数据，所述电机控制板根据接收的目标水果轮廓中心坐标和伸缩电机位置坐标，控制所示十字滑台运动至二者坐标拟合处，并控制所述机械臂进行水果抓取和分拣。
4.根据权利要求1所述的基于图像处理的水果分拣装置，其特征在于：所述图像处理模块为运行Linux系统的树莓派。
5.根据权利要求4所述的基于图像处理的水果分拣装置，其特征在于：所述图像处理模块的电源为树莓派电池。
6.根据权利要求1所述的基于图像处理的水果分拣装置，其特征在于：所述无线传输模块为ZigBee模块。
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