CN111359892A - 一种基于机器视觉的天宝蜜柚外观检测分级装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的天宝蜜柚外观检测分级装置及其方法，涉及农产品外观检测与分级技术。本装置包括外观检测分级对象天宝蜜柚（2）；设置有传送带（1）、托盘（3）、光室（4）、灯罩（5）、光源（6）、工业相机（7）、光源调节器（8）、光电传感器（9）、单片机控制器（10）、笔记本电脑（11）；本方法是：①天宝蜜柚图像的采集；②天宝蜜柚图像的预处理；③天宝蜜柚外观检测模型的建立；④天宝蜜柚等级判定；⑤检测结果的可视化展示。本发明基于机器视觉视觉技术，能够精确实现对天宝蜜柚进行自动检测与分级，并将结果依托软件进行可视化展示和存储，具有一定创新性和广阔的市场应用前景。

Description

一种基于机器视觉的天宝蜜柚外观检测分级装置及其方法

技术领域

本发明涉及农产品外观检测与分级技术，尤其涉及一种基于机器视觉的天宝蜜柚外观检测分级装置及其方法。

背景技术

天宝蜜柚为梓潼县传统水果之一，其果大皮薄、果肉浅黄、酸甜可口、品质优异，在170余年种植历史中享有赞誉。但是天宝蜜柚生产主要是满足国内消费市场，出口量较少，自2018年后天宝蜜柚出口量迅速增加，出口金额逐年上升，说明天宝蜜柚产品逐步得到国际市场的肯定，潜力十分巨大。

然而目前天宝蜜柚主要以机械设备称重、人工观察分级为主，辅以少量的理化检验，因此天宝蜜柚后期处理的水平还处于发展初期阶段，分级检验的结果参差不齐，很难保证高效准确的完成大批量天宝蜜柚分选检验，造成天宝蜜柚在国际市场竞争力不足。并且天宝蜜柚的实际生产分级检验和出口指标分级检验跟普通蜜柚存在着较大差距，经检索，国内现存用于检测普通蜜柚分级装置不适合用于天宝蜜柚的外观分级检测。到目前为止，市场上尚未发现有关一种基于机器视觉的天宝蜜柚外观检测分级装置及其方法。

发明内容

本发明的目的在于实现天宝蜜柚外观检测分级，提供一种基于机器视觉的天宝蜜柚外观检测分级装置及其方法。

本发明的目的是这样实现的：

首先，将天宝蜜柚放到托盘内，将托盘按照编号顺序依次置于传送带上，运行电机让天宝蜜柚在传送带上运行，当天宝蜜柚运行至光室左侧的光电传感器时触发开关，单片机控制器接收光电传感器的触发信号，并发送给笔记本电脑，笔记本电脑控制工业相机拍照采集天宝蜜柚图像；笔记本电脑利用提前安装的软件对图像进行处理，提取出非边界图像集合A；之后通过建立的天宝蜜柚分级模型并判断天宝蜜柚的级别；最后利用笔记本电脑内编写的软件，将天宝蜜柚的判定等级结果利用软件内的可视化工具Echarts进行实时展示和分析，最终将结果按照编号存入数据库中。

在发明中主要完成以下几项工作：

1、天宝蜜柚图像的采集；

2、天宝蜜柚图像的预处理；

3、天宝蜜柚外观检测模型的建立；

4、天宝蜜柚等级判定；

5、检测结果的可视化展示；

具体的说：

一、一种基于机器视觉的天宝蜜柚外观检测分级装置（简称装置）

包括检测分级对象天宝蜜柚；

设置有传送带、托盘、光室、灯罩、光源、工业相机、光源调节器、光电传感器、单片机控制器、笔记本电脑；

其位置连接关系是：

在光室正下方设置有传送带，在传送带的上方放置有托盘，托盘内放置天宝蜜柚；

在光室顶部中央设置有灯罩、光源、工业相机、光源调节器，灯罩、光源、工业相机正对天宝蜜柚，工业相机与托盘上表面的距离为600mm，工业相机与笔记本电脑连接；

在光室左侧内壁设置有光电传感器，光电传感器、单片机控制器、笔记本电脑依次连接。

二、一种基于机器视觉的天宝蜜柚外观检测分级方法（简称方法）

本方法包括以下步骤：

①天宝蜜柚图像的采集

将需要分级的天宝蜜柚放到托盘内，将托盘按照编号顺序依次置于传送带上，运行电机让天宝蜜柚在传送带上运行，当天宝蜜柚运行至光室左侧的光电传感器时触发开关，单片机控制器接收光电传感器的触发信号，并发送给笔记本电脑，笔记本电脑控制工业相机拍照采集天宝蜜柚图像；

②天宝蜜柚图像的预处理

a、对天宝蜜柚图像进行裁剪，尽可能地去掉所有的背景信息而保留全部的宝蜜柚图像信息；

b、利用邻域均值滤波算法去除天宝蜜柚图像中的高斯噪声和椒盐噪声；

c、利用自适应迭代选择阈值法对天宝蜜柚图像进行图像分割；

d、利用Sobel算子提取天宝蜜柚图像边界，获得非边界图像集合A；

③天宝蜜柚外观检测模型的建立

A、将图像集合A划分成k个大小相等的

区域；

B、提取天宝蜜柚的黄绿色样本值S；

C、计算样本S的RG的均值

、

；

D、 计算k个区域的RG的均值

、

；

④天宝蜜柚等级判定

ⅰ、计算当满足

条件的区域的面积，获得黄绿色区域面积；

ⅱ、计算在非边界集合A中黄绿色区域的占比P；

ⅲ、当P值小于等于0.3时判定该天宝蜜柚为特等，当P值大与0.3并小于等于0.5时判定该天宝蜜柚为一等，当P值大与0.5并小于等于0.7时判定该天宝蜜柚为二等，当P值大于0.7时判定该天宝蜜柚为三等；

⑤检测结果的可视化展示

利用笔记本电脑内编写的软件，将天宝蜜柚的判定等级利用软件内的可视化工具Echarts进行实时展示和分析，最终将结果按照编号存入数据库中。

本发明具有以下优点和积极效果：

1、利用机器视觉视觉技术，能够实现对天宝蜜柚的自动检测与分级；

2、能够将检测的结果利用笔记本内的软件进行可视化展示，并能够将结果存入数据库中方便管理人员查验和分析，具有一定创新性；

3、能够针对天宝蜜柚实现高效率、高精确性检测，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本装置的结构示意图；

图2是图像处理软件的工作流程图；

图3是邻域均值滤波降噪后的天宝蜜柚图像；

图4是天宝蜜柚自适应迭代选择阈值法图像分割后的图像；

图5是Sobel算子提取天宝蜜柚图像边界；

图中：

图中：1.传送带，2.天宝蜜柚，3.托盘，4.光室，5. 灯罩，6.光源，7.工业相机，8.光源调节器，9.光电传感器，10.单片机控制器，11.笔记本电脑。

具体实施方式

下面结合附图和详细实施说明：

一、装置

1、总体

如图1，本装置包括检测分级对象天宝蜜柚2；

设置有传送带1、托盘3、光室4、灯罩5、光源6、工业相机7、光源调节器8、光电传感器9、单片机控制器10、笔记本电脑11；

其位置连接关系是：

在光室4正下方设置有传送带1，在传送带1的上方放置有托盘3，托盘3内放置天宝蜜柚2；

在光室4顶部中央设置有灯罩5、光源6、工业相机7、光源调节器8，灯罩5、光源6、工业相机7正对天宝蜜柚2，工业相机7与托盘3上表面的距离为600mm，工业相机7与笔记本电脑11连接；

在光室4左侧内壁设置有光电传感器9，光电传感器9、单片机控制器10、笔记本电脑11依次连接。

工作机理：

通过传送带1、托盘3、光电传感器9使得天宝蜜柚2在光室4下方运动，最后利用单片机控制器10和笔记本电脑11控制工业相机7对天宝蜜柚2拍照，获取天宝蜜柚2图像用于外观检测分级。

2、功能构件

a、传送带1

传送带1是一种通用外购件，本次选用DT75胶带输送机；其功能是传送天宝蜜柚2。

b、托盘3

一种通用外购件；其功能是放置天宝蜜柚2使其沿传送带平稳运行。

c、光室4

光室4是一种矩形的铁制箱体；其功能是保障采集的图像不受外界光照干扰，并用于安装固定灯罩5、光源6、工业相机7、光源调节器8、光电传感器9。

d、灯罩5

灯罩5是一种夹角60°的V型铁制灯罩；其功能是保证光源6聚合效果。

e、光源6

光源6是一种通用外购件，本次选用4根15W的LED灯管；其功能是均匀照射天宝蜜柚2。

f、工业相机7

工业相机7是一种通用外购件，本次选用CCD工业相机，摄像头最离分辨率可达

；其功能是采集天宝蜜柚2图像。

g、光源调节器8

光源调节器8是一种通用外购件，本次选用OPT-APA0405F光源调节器。其功能是调节光源6的强度。

h、光电传感器9

光电传感器9是一种通用外购件，本次选用激光对射光电传感器（E3F-20L）；其功能是接收信号并将信号发送给单片机控制器10。

i、单片机控制器10

单片机控制器10是一种通用外购件，本次选用ATmega32U4单片机控制器；其功能是接收触发信号，并将信号发送至笔记本电脑11。

j、笔记本电脑11

笔记本电脑11是一种通用外购件，本次选用其硬件CPU为频率为2.50GHz的Intel酷睿i7，图像处理软件为Microsoft Visual Studio 2015结合OpenCV所开发的图像处理平台；其功能是对天宝蜜柚图像进行实时处理。

如图2，所述的图像处理软件的工作流程：

a、获取天宝蜜柚图像110；

b、邻域均值滤波降噪120；

c、自适应迭代选择阈值法进行图像分割130；

d、Sobel算子提取天宝蜜柚图像边界140；

e、将目标区域划分成k个大小相等的

区域150；

f、提取天宝蜜柚黄绿色样本S 160；

g、计算样本S与k个区域的RG的均值和标准差170；

h、计算非边界集合A中黄绿色区域占比P，并与阈值比较获取对应蜜柚等级180；

i、将结果通过软件可视化实时展示，并把结果保存至数据库中190。

二、检测结果

本实例的试验样品是来自于四川省梓潼县天宝蜜柚合作社的天宝蜜柚，将天宝蜜柚分为特等、一等、二等、三等四个等级，通过对天宝蜜柚的图像采集、图像处理、判别等级、结果展示和存储过程便可以高效、精确地对天宝蜜柚进行分级；该方法满足了实际生产的要求。

Claims (3)

1.一种基于机器视觉的天宝蜜柚外观检测分级装置，包括检测分级对象天宝蜜柚（2）；

其特征在于：

设置有传送带（1）、托盘（3）、光室（4）、灯罩（5）、光源（6）、工业相机（7）、光源调节器（8）、光电传感器（9）、单片机控制器（10）、笔记本电脑（11）；

其位置连接关系是：

在光室（4）正下方设置有传送带（1），在传送带（1）的上方放置有托盘（3），托盘（3）内放置天宝蜜柚（2）；

在光室（4）顶部中央设置有灯罩（5）、光源（6）、工业相机（7）、光源调节器（8），灯罩（5）、光源（6）、工业相机（7）正对天宝蜜柚（2），工业相机（7）与托盘（3）上表面的距离为600mm，工业相机（7）与笔记本电脑（11）连接；

在光室（4）左侧内壁设置有光电传感器（9），光电传感器（9）、单片机控制器（10）、笔记本电脑（11）依次连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的天宝蜜柚外观检测分级装置，其特征在于：

所述笔记本电脑（11）的图像处理软件的工作流程：

a、获取天宝蜜柚图像（110）；

b、邻域均值滤波降噪（120）；

c、自适应迭代选择阈值法进行图像分割（130）；

d、Sobel算子提取天宝蜜柚图像边界（140）；

e、将目标区域划分成k个大小相等的

区域（150）；

f、提取天宝蜜柚黄绿色样本S（160）；

g、计算样本S与k个区域的RG的均值和标准差（170）；

h、计算非边界集合A中黄绿色区域占比P，并与阈值比较获取对应蜜柚等级（180）；

i、将结果通过软件可视化实时展示，并把结果保存至数据库中（190）。

3.根据权利要求1-2所述装置的一种基于机器视觉的天宝蜜柚外观检测分级方法，其特征在于：

①天宝蜜柚图像的采集

将需要分级的天宝蜜柚放到托盘内，将托盘按照编号顺序依次置于传送带上，运行电机让天宝蜜柚在传送带上运行，当天宝蜜柚运行至光室左侧的光电传感器时触发开关，单片机控制器接收光电传感器的触发信号，并发送给笔记本电脑，笔记本电脑控制工业相机拍照采集天宝蜜柚图像；

②天宝蜜柚图像的预处理

a、对天宝蜜柚图像进行裁剪，尽可能地去掉所有的背景信息而保留全部的宝蜜柚图像信息；

b、利用邻域均值滤波算法去除天宝蜜柚图像中的高斯噪声和椒盐噪声；

c、利用自适应迭代选择阈值法对天宝蜜柚图像进行图像分割；

d、利用Sobel算子提取天宝蜜柚图像边界，获得非边界图像集合A；

③天宝蜜柚外观检测模型的建立

将图像集合A划分成k个大小相等的

区域；

提取天宝蜜柚的黄绿色样本值S；

计算样本S的RG的均值

、

；

计算k个区域的RG的均值

、

；

④天宝蜜柚等级判定

ⅰ、计算当满足

条件的区域的面积，获得黄绿色区域面积；

ⅱ、计算在非边界集合A中黄绿色区域的占比P；

ⅲ、当P值小于等于0.3时判定该天宝蜜柚为特等，当P值大与0.3并小于等于0.5时判定该天宝蜜柚为一等，当P值大与0.5并小于等于0.7时判定该天宝蜜柚为二等，当P值大于0.7时判定该天宝蜜柚为三等；

⑤检测结果的可视化展示

利用笔记本电脑内编写的软件，将天宝蜜柚的判定等级利用软件内的可视化工具Echarts进行实时展示和分析，最终将结果按照编号存入数据库中。

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