CN110893399A - 基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备及分拣方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备及分拣方法，该设备包括图像采集结构、传送结构、分拣结构以及控制器；图像采集结构位于传送结构的上方，传送结构上设有触发件，分拣结构位于传送结构的末端，所述控制器与图像采集结构以及触发件电连接。本发明通过设置图像采集结构、传送结构、分拣结构以及控制器，利用图像采集结构采集烟叶图像，导入控制器内做分级分析，根据分级结果运用分拣结构将待测烟叶分拣，全自动闭环完成分级及分拣，阻断了分级工作中的人工干预，实现自动化程度高，效率高，且减少人为因素对分级结果的干预，可靠性强。

Description

基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备及分拣方法

技术领域

本发明涉及烟叶分拣装置，更具体地说是指基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备及分拣方法。

背景技术

烟叶分级是烟草行业的一项基础性工作，分级的目的是把不同质量的烟叶分开，使每个等级、每把烟叶具有相对一致的品质。

长期以来，国内外烟草行业对于烤烟烟叶外观质量的检测与分级均凭借人的感官检测结果和专家经验进行判断，这种感官检测和主观评定的人工分级方式效率低、主观随意性强。目前人工分级过程中仍然面临以下几方面问题：一是我国烟叶产区分散，质量差距大，分级过程复杂，同时复杂的分级过程增大了入户预检员的分级难度，使分级人员具有负面情绪、进行盲目分级从而不能给出客观的分级结果；二是我国烟农的知识文化水平和客观认识有限，对烟叶的质量认识存在偏差，对烟叶分级指标理解不透彻从而不能正确把握分级标准以及烟叶人工、主观分级给烟农带来烟叶级别可以随意判定的假象，而且利益驱动使部分烟农对等级划分意识淡薄；三是培训人员指导不力，对分级指标认识存在偏差，且专业素质差，表达能力欠佳，造成人力、物力以及财力的巨大耗损而且降低了烟叶分级效率。导致在实际工作中，把内纯度不高、等级水平波动、不能正确执行烟叶等级标准时有发生，继而影响烟农效益、烟叶收购质量、烟叶产区信誉及持续健康发展。

在人工分级过程中，研究人员渐渐发现依靠人的感官进行分级受主观干扰性及其他不确定性因素影响交大，因此，许多研究人员致力于计算机视觉技术在烟叶分级中的应用研究，也产生了基于视觉技术的烟叶自动分级设备的生产，但是，这些设备存在以下的问题：现有多种采用成像设备进行烟叶评级的系统，若要严格控制光照明暗、颜色以及需要昂贵的成像设备；在实际生产环境中，存在很多动态因素，系统硬件的环境适应性、工作可靠性仍有待加强，且仍然是半自动化设备，效率较低；烟叶分级过程环节多，参与人员文化水平多样化，对自动分级设备的自动化、智能化、易用性、实时性等都提出了更高的要求；无法完全阻断人为因素对分级结果的干预。

因此，有必要设计一种新的分拣设备，实现自动化程度高，效率高，且减少人为因素对分级结果的干预，可靠性强。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备及分拣方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备，包括图像采集结构、传送结构、分拣结构以及控制器；所述图像采集结构位于所述传送结构的上方，所述传送结构上设有触发件，所述分拣结构位于所述传送结构的末端，所述控制器与所述图像采集结构以及所述触发件电连接。

其进一步技术方案为：所述图像采集结构包括壳体、设于所述壳体内顶面的摄像头以及设于所述壳体底部的矫正板，所述摄像头与所述控制器连接。

其进一步技术方案为：所述壳体的底部设有开口，所述矫正板位于所述开口的前端以及后端。

其进一步技术方案为：所述壳体的内顶面设有照明灯，所述壳体的外顶面设有排风扇。

其进一步技术方案为：所述传送结构包括传送动力源以及与传动动力源连接的传送带；所述传送带上设有所述触发件。

其进一步技术方案为：所述传动带上设有隔板，所述触发件设于所述隔板上。

7.根据权利要求5所述的基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备，其特征在于，所述分拣结构包括转盘式传动带以及若干个收集结构，所述转盘式传送带位于所述传送带的末端，若干个所述收集结构环绕着转盘式传送带间隔布置。

其进一步技术方案为：所述转盘式传动带包括旋转伺服电机、安装架、转盘传送电机以及传动带；所述旋转伺服电机与所述安装架连接，所述传动带架设在所述安装架上，且所述转盘传送电机与所述传动带连接。

其进一步技术方案为：所述控制器包括控制单元、显示屏以及处理器，控制单元与所述摄像头、触发件、旋转伺服电机、转盘传送电机、传送动力源以及照明灯电连接；所述处理器与所述摄像头连接，所述处理器用于获取摄像头拍摄的图像，并进行分级分析；所述显示屏与所述处理器连接，所述显示屏用于显示分级结果。

本发明还提供了基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备的分拣方法，所述方法包括：

将待分拣的烟叶放置在隔板上，传送带运输待分拣的烟叶；

当待分拣的烟叶传输至触发件所在位置，触动触发件；

控制器接收触发件的触发信号，驱动摄像头拍摄图像；

处理器对图像进行分级分析，获取分级结果；

控制单元根据分级结果控制旋转伺服电机转动对应的角度，与对应的收集结构对接，由收集结构收集烟叶。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明的基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备，通过设置图像采集结构、传送结构、分拣结构以及控制器，利用图像采集结构采集烟叶图像，导入控制器内做分级分析，根据分级结果运用分拣结构将待测烟叶分拣，全自动闭环完成分级及分拣，阻断了分级工作中的人工干预，实现自动化程度高，效率高，且减少人为因素对分级结果的干预，可靠性强。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明具体实施例提供的基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备的立体结构示意图；

图2为本发明具体实施例提供的图像采集结构的主视结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的图像采集结构的剖切结构示意图；

图4为本发明具体实施例提供的传送结构的主视结构示意图；

图5为本发明具体实施例提供的传送结构的左视结构示意图；

图6为本发明具体实施例提供的分拣结构的剖切结构示意图；

图7为本发明具体实施例提供的分拣结构的左视结构示意图；

图8为本发明具体实施例提供的基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备的电气连接示意图。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如图1～8所示的具体实施例，本实施例提供的基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备及分拣方法，可以运用在烟叶或者其他植物分类的过程中，实现自动化程度高，效率高，且减少人为因素对分级结果的干预，可靠性强。

如图1所示，本实施例提供了基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备，其包括图像采集结构、传送结构2、分拣结构以及控制器5；图像采集结构位于传送结构2的上方，传送结构2上设有触发件15，分拣结构位于传送结构2的末端，所述控制器5与所述图像采集结构以及触发件15电连接。

在传送结构2上放置待分拣的烟叶，当待分拣的烟叶传输至指定位置，触发所述触发件15后，控制器5接收触发件15被触发的信号，控制图像采集结构采集带分拣烟叶的图像，由置于控制器5内部的基于视觉识别和光照矫正的烟叶分级系统进行分级后，输出分级结果，控制器5驱动分拣结构将分级后的烟叶收集至指定位置，整个过程自动化程度高，且效率高，用控制器5内置的系统进行分级分析，减少人为因素对分级结果的干预，可靠性高。

请参阅图2与图3，上述的图像采集结构包括壳体11、设于壳体11内顶面的摄像头13以及设于壳体11底部的矫正板16，摄像头13与控制器5连接。

壳体11的底部设有开口，所述矫正板16位于所述开口的前端以及后端。

壳体11的内顶面设有照明灯14，壳体11的外顶面设有排风扇12。

上述的矫正板16为颜色/光照矫正板16。

具体地，上述的外壳由一种不透光材质制成，呈长方体造型，顶面及侧面全封闭，不设底面，外壳内部表面是反光材料，起到补光的作用，沿外壳内顶部的四周安装向下照明用的照明灯14，该照明灯14为光谱范围6000～6500K的白光灯；外壳内顶部安装像素1600W以上的镜头或工业相机，镜头的焦距和成像距离有关，拍摄的画面必须完全包含烟叶及颜色/光照矫正板16。

由于烟叶会有一定的破损粉尘，长期会影响摄像头13的卫生，导致影响耐用性和清晰度，外壳外顶部安装1-2个排风扇12用作通风除尘。

外壳底部两边安装颜色/光照矫正板16，用于作为烟叶图像的颜色和光照矫正参照物，以使得控制器5对待测烟叶的分级较为准确。

请参阅图4与图5，上述的传送结构2包括传送动力源22以及与传动动力源连接的传送带；传送带上设有触发件15。传动带44上设有隔板21，触发件15设于隔板21上。

具体地，上述的触发件15为限位传感器，传送动力源22为电机或者马达，传送带由电机或马达提供动力，传送结构2还包括有电源开关，以用于启动或者关闭传送动力源22，

待测烟叶放入两个隔板21间的空白区域，图像采集装置安装在传送带上方，隔板21运行到图像采集装置下方并与限位传感器重合时，给出到位信号，触发摄像头13拍照。

请参阅图6与图7，分拣结构包括转盘式传动带4以及若干个收集结构3，转盘式传送带位于传送带的末端，若干个收集结构3环绕着转盘式传送带间隔布置。

具体地，转盘式传动带4包括旋转伺服电机41、安装架42、转盘传送电机43以及传动带44；旋转伺服电机41与安装架42连接，传动带44架设在安装架42上，且转盘传送电机43与传动带44连接。

在本实施例中，上述的收集结构3为直线传送带。

转盘式传送带由旋转伺服电机41提供旋转驱动，伺服电机接收控制器5给出的旋转角度信号，在控制器5内预设好需要分拣的级别，每个级别对应一根直线传送带，通过控制器5分级后的烟叶，掉落到传动带44后，旋转伺服电机41接收控制器5给出的旋转角度信号，转动到对应级别的直线传送带的角度位置，传动带44运行，将烟叶运送到该直线传送带上，从而完成分拣。

另外，如图8所示，上述的控制器5包括控制单元、显示屏以及处理器，控制单元与所述摄像头13、触发件15、旋转伺服电机41、转盘传送电机43、传送动力源22以及照明灯14电连接；处理器与所述摄像头13连接，处理器用于获取摄像头13拍摄的图像，并进行分级分析；显示屏与处理器连接，显示屏用于显示分级结果。上述的处理器内设有基于视觉识别和光照矫正的烟叶分级系统，利用该分级系统对烟叶进行分析，减少人为因素的干扰。

上述的基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备，通过设置图像采集结构、传送结构2、分拣结构以及控制器5，利用图像采集结构采集烟叶图像，导入控制器5内做分级分析，根据分级结果运用分拣结构将待测烟叶分拣，全自动闭环完成分级及分拣，阻断了分级工作中的人工干预，实现自动化程度高，效率高，且减少人为因素对分级结果的干预，可靠性强。

另外，本实施例还提供了基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备的分拣方法，该方法包括：

将待分拣的烟叶放置在隔板21上，传送带运输待分拣的烟叶；

当待分拣的烟叶传输至触发件15所在位置，触动触发件15；

控制器5接收触发件15的触发信号，驱动摄像头13拍摄图像；

处理器对图像进行分级分析，获取分级结果；

控制单元根据分级结果控制旋转伺服电机41转动对应的角度，与对应的收集结构3对接，由收集结构3收集烟叶。

具体地，对于处理器对图像进行分级分析，获取分级结果的步骤，具体如下：

利用颜色/光照矫正板16矫正烟叶图像的颜色和光照；有助于纠正普通光照环境和手机摄像头13的拍摄缺点，提高评级精准率。

提取矫正后的图像中的评级参数；

根据评级参数预测当前烟叶的等级。

对于矫正板16而言，制备颜色/光照矫正板16具体如下：

设置颜色/光照矫正板16四个端角的二维码；

设置颜色/光照矫正板16的两条间隔布置的水平的颜色条；

设置两条颜色条之间的留白区域。

矫正板16的左右上下四个角是二维码，用以定位颜色条和辅助烟叶图像区域提取，上下两条颜色条包含了12种不同的已知颜色，用以矫正不同摄像头13在不同环境光下的成像颜色空间，上下两条颜色条中间为留白，用以放置待评级的青/干烟叶，以此对照矫正图像，实现高精度的图像评级。

另外，利用颜色/光照矫正板16矫正烟叶图像的颜色和光照的步骤，包括：

检测颜色/光照矫正板16四个端角的二维码；有助于定位颜色条和辅助烟叶图像区域提取；

定位并识别每条颜色条以及颜色条对应的每个颜色方框内的颜色，生成颜色/光照矫正查找表；

根据颜色/光照矫正查找表矫正烟叶图像的颜色和光照。

优选地，定位并识别每条颜色条以及颜色条对应的每个颜色方框内的颜色，生成颜色/光照矫正查找表的步骤，包括以下具体步骤：

对每条颜色条以及颜色条对应的每个颜色方框内的颜色进行采样，获取颜色采样值；

根据颜色采样值，并基于最小二乘拟合建立颜色/光照矫正查找表。

对上下两条颜色条的24个颜色方框内的颜色码分别采样，重点在于采样红色通道的颜色采样值，其中红色通道采样值如图5所示，呈现非线性。

基于最小二乘拟合建立颜色/光照矫正查找表，使红色通道采样值以及查找表线性化，基于最小二乘拟合的公式如下：

其中x是颜色采样值，y是其对应的线性化后的真实值，a为代拟合的参数。参数拟合后，建立颜色/光照矫正查找表，以便实现快速地在线颜色矫正。

更进一步地，在某些实施例中，对于提取矫正后的图像中的评级参数的步骤，包括以下具体步骤：

分割并提取校正后的图像中的烟叶区域；

提取烟叶区域内的颜色、纹理和形状特征。

先进行初步分割后，再进行光照和颜色矫正和精确分割，初步分割目的在于去掉二维码和颜色条，以便于减少干扰，对烟叶区域内的参数进行精准的提取。进行光照和颜色矫正和精确分割，有助于纠正普通光照环境和手机摄像头13的拍摄缺点，提高评级精准率。

另外，图像的颜色空间从RGB转到HSV，提取颜色特征。颜色空间转换操作如下：

V＝max(R，G，B)；

其中R，G，B为原图像RGB颜色空间的红、绿、蓝三通道值，V、S、H为转换后HSV颜色空间的明度、饱和度、色相三通道值。

对于上述的根据评级参数预测当前烟叶的等级，在本实施例中，可以根据评级参数直接得出等级，也可以根据多个实际数据形成的已经训练好的模型，输入评级参数，获取当前烟叶的等级。

上述的基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备的分拣方法，通过设置图像采集结构、传送结构2、分拣结构以及控制器5，利用图像采集结构采集烟叶图像，导入控制器5内做分级分析，根据分级结果运用分拣结构将待测烟叶分拣，全自动闭环完成分级及分拣，阻断了分级工作中的人工干预，实现自动化程度高，效率高，且减少人为因素对分级结果的干预，可靠性强。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备，其特征在于，包括图像采集结构、传送结构、分拣结构以及控制器；所述图像采集结构位于所述传送结构的上方，所述传送结构上设有触发件，所述分拣结构位于所述传送结构的末端，所述控制器与所述图像采集结构以及所述触发件电连接。

2.根据权利要求1所述的基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备，其特征在于，所述图像采集结构包括壳体、设于所述壳体内顶面的摄像头以及设于所述壳体底部的矫正板，所述摄像头与所述控制器连接。

3.根据权利要求2所述的基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备，其特征在于，所述壳体的底部设有开口，所述矫正板位于所述开口的前端以及后端。

4.根据权利要求2所述的基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备，其特征在于，所述壳体的内顶面设有照明灯，所述壳体的外顶面设有排风扇。

5.根据权利要求4所述的基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备，其特征在于，所述传送结构包括传送动力源以及与传动动力源连接的传送带；所述传送带上设有所述触发件。

6.根据权利要5求所述的基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备，其特征在于，所述传动带上设有隔板，所述触发件设于所述隔板上。

7.根据权利要求5所述的基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备，其特征在于，所述分拣结构包括转盘式传动带以及若干个收集结构，所述转盘式传送带位于所述传送带的末端，若干个所述收集结构环绕着转盘式传送带间隔布置。

8.根据权利要求7所述的基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备，其特征在于，所述转盘式传动带包括旋转伺服电机、安装架、转盘传送电机以及传动带；所述旋转伺服电机与所述安装架连接，所述传动带架设在所述安装架上，且所述转盘传送电机与所述传动带连接。

9.根据权利要求8所述的基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备，其特征在于，所述控制器包括控制单元、显示屏以及处理器，控制单元与所述摄像头、触发件、旋转伺服电机、转盘传送电机、传送动力源以及照明灯电连接；所述处理器与所述摄像头连接，所述处理器用于获取摄像头拍摄的图像，并进行分级分析；所述显示屏与所述处理器连接，所述显示屏用于显示分级结果。

10.基于视觉识别的智能烟叶分级分拣设备的分拣方法，其特征在于，所述方法包括：

将待分拣的烟叶放置在隔板上，传送带运输待分拣的烟叶；

当待分拣的烟叶传输至触发件所在位置，触动触发件；

控制器接收触发件的触发信号，驱动摄像头拍摄图像；

处理器对图像进行分级分析，获取分级结果；

控制单元根据分级结果控制旋转伺服电机转动对应的角度，与对应的收集结构对接，由收集结构收集烟叶。

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