CN112547563A - 一种食用菌智能化识别和分拣系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种食用菌智能化识别和分拣系统与方法，包括送料单元、图像采集单元、智能处理单元和分拣单元；分拣单元安装在送料单元上，图像采集单元位于分拣单元内，智能处理单元分别与送料单元、图像采集单元和分拣单元连接；图像采集单元用于采集食用菌的图像，并传送到智能处理单元，智能处理单元根据食用菌的图像的形状、大小和成熟度进行分析判断，识别出不符合要求的食用菌，并控制分拣单元将不符合要求的食用菌分拣出去。本发明显著提升了食用菌分拣效率和产品外观品质，该系统具有产品规格均一、分拣效率高和操作简单等特点，可以很好的解决传统人工分拣产生的相关问题。

Description

一种食用菌智能化识别和分拣系统与方法

技术领域

本发明属于食用菌采后处理加工领域，尤其涉及一种食用菌智能化识别和分拣系统与方法，特别是草菇和双孢蘑菇的低成本自动化智能品质鉴别和分拣系统及方法。

背景技术

我国食用菌产量占世界总产量的70％以上，食用菌总产量在种植业中仅次于粮食、蔬菜、果品和油料，作为健康食品或功能产品原料，市场前景广阔。随着经济和生活水平的提高，消费者对草菇等食用菌外观和营养品质的要求逐渐提高。食用菌的外观形态和大小相对均一更有利于消费者的选购。按照食用菌的国家分级标准，食用菌一般可以分为3个等级(一级品质最好)，以草菇为例(数据来源于中国国家农产品加工信息网)，一级草菇标准：菇体高6-8厘米，横径4.5-5.0厘米，色泽正常，菇体紧实，无开伞菇，无虫蛀菇；二级草菇标准：菇体高5.0-5.9厘米，横径4.0-4.4厘米，色泽正常，菇体基本紧实，或一级菇内部变松、将要开伞的，无虫蛀；三级草菇标准：菇体高5.0-5.9厘米，横径4-5厘米，色泽正常，手感内松，将要开伞，无虫蛀。通常，草菇等食用菌采后主要依据个人的经验来判断进行人工分级分拣，由于分拣工人对标准的理解和认识不同，易导致分拣的草菇品质和规格不均一，最终影响市场销售。而自动化智能分拣可以很好的保证所分拣草菇的均一性。因此，研究和开发食用菌全自动智能识别检测和分拣系统是行业发展亟待解决的技术之一。

自“工业4.0”概念提出以来，全球掀起了工业智能化革命，我国也出台了“智能制造”和“中国制造2025”的发展战略，旨在提高我国制造业智能化和信息化水平。目前，机械手已被广泛应用于传统制造业和新兴机器人产业等领域，其可以替代人工完成繁琐的重复性动作，工作效率显著增强。如专利CN 107694960 A公布了一种全自动智能果蔬分拣装箱机器人，在该发明中分拣以及装箱机械手能够完成果蔬从输入到分拣、装箱以及整箱输出的全自动智能化过程，提高了生产线工作效率，降低了劳动成本；而专利CN 109078872 A则公开了一种生活垃圾分拣机械手，该发明结构简单，设有摄像头，可以高效的识别垃圾的种类，从而进行高效的抓取、分类，有效的提高了工作效率。因此，开发机械智能化系统分拣外观形态相对均一的食用菌，有利于提高食用菌分拣效率，扩大产品远程运输距离和销售市场，提升其附加值。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种食用菌全自动智能识别和分拣系统与方法，通过图像快速识别和机械手分拣装备，实现草菇、双孢菇等食用菌机械化、智能化外观品质鉴别和快速分拣，三级和次级草菇(双孢菇)产品的分拣正确率以及一级和二级草菇(双孢菇)的通过率都达到93％以上，显著提升了分拣效率和产品外观品质。低成本、简单的食用菌全自动智能识别检测和分拣系统及其在分拣草菇、双孢菇等食用菌的应用。该系统具有产品规格均一、分拣效率高和操作简单等特点，可以很好的解决传统人工分拣产生的相关问题。

本发明的技术方案是：一种食用菌智能化识别和分拣系统，包括送料单元、图像采集单元、智能处理单元和分拣单元；

所述分拣单元安装在送料单元上，所述图像采集单元位于分拣单元内，所述智能处理单元分别与送料单元、图像采集单元和分拣单元连接；所述图像采集单元用于采集食用菌的图像，并传送到智能处理单元，所述智能处理单元根据食用菌的图像的形状、大小和成熟度进行分析判断，识别出不符合要求的食用菌，并控制分拣单元将不符合要求的食用菌分拣出去。

上述方案中，所述送料单元包括机架、进料口、电机、转轴和传送带；所述机架上设有传送带，电机与转轴连接，带动传送带运动，机架的一侧设有进料口；所述分拣单元安装在机架上、且位于传送带上方。

上述方案中，所述图像采集单元包括CCD图像采集器。

上述方案中，所述分拣单元包括分拣单元框架、滑杆、光纤传感器、分拣机械手、斜梯和收集框；

所述分拣单元框架安装在送料单元上，所述分拣机械手通过滑杆安装在分拣单元框架内，所述图像采集单元安装在分拣单元框架内，图像采集单元采集的图像传送到智能处理单元，智能处理单元通过光纤传感器控制分拣机械手的动作；所述斜梯的一端与分拣单元连接，另一端与收集框连接。

上述方案中，所述智能处理单元包括PLC；所述PLC控制面板中能够设置食用菌的形状、大小和成熟度。

上述方案中，当所述食用菌为草菇，所述智能处理单元建立函数：

λ_草菇＝0.5×◎+0.3×r+0.2×Gray，其中，◎为椭圆度表示草菇形状，r为草菇大小，Gray为灰度值；椭圆度范围为1.14-1.78，若样品草菇椭圆度在此范围，则◎记为1，反之记为0；r以宽×高表示，宽×高范围为4cm～5cm×5cm～8cm，若样品草菇大小在此范围，则r记为1，反之记为0；Gray灰度≤160的个数记为a，＞160的个数记为b，a/b的范围在1/2～2/3，则把灰度Gray值记为1，反之记为0；λ_草菇值范围为0～1，当λ_草菇＞0.8时，则视为满足条件的草菇；当λ_草菇≤0.8时，则视为不符合条件的草菇，智能处理单元控制分拣单元对不符合条件草菇的分拣出去。

上述方案中，当所述食用菌为双孢菇，所述智能处理单元建立函数：

λ_双孢菇＝0.5×Gray+0.3×D+0.2×S，其中，Gray为灰度值，D为菌盖直径表示双孢菇的大小，S表示双孢菇的形状；D范围为2cm～3.5cm，在此范围则D记为1，反之记为0；双孢菇图像中有菌柄的S记为1，无菌柄的S记为0；Gray≥180的像素点个数记为m，总像素点记为n，当m/n大于等于0.9时，则把Gray记为1，反之记为0；当λ_双孢菇≤0.8时，则视为不符合条件的双孢菇，智能处理单元控制分拣单元的分拣机械手对不符合条件的双孢菇分拣出去。

一种根据所述食用菌智能化识别检测和分拣系统的方法，包括以下步骤：

所述送料单元将食用菌送至分拣单元，所述图像采集单元采集食用菌的图像，并传送到智能处理单元，所述智能处理单元根据食用菌的图像的形状、大小和成熟度进行分析判断，识别出不符合要求的食用菌，并控制分拣单元将不符合要求的食用菌分拣出去。

上述方案中，所述食用菌为草菇；草菇形状以椭圆度◎表示，椭圆度范围设为1.14-1.78，若样品草菇椭圆度在此范围，则◎记为1，反之记为0，草菇椭圆度参数权重占比为50％；

草菇大小r以宽×高表示，宽×高范围为4cm～5cm×5cm～8cm，若样品草菇大小在此范围，则r记为1，反之记为0，草菇大小参数权重占比为30％；

草菇成熟度用其颜色来表示，某点的颜色为RGB(R,G,B)，通过浮点算法，将其转变为灰度Gray，浮点算法：Gray灰度＝R×0.30+G×0.59+B×0.11，通过浮点算法求得Gray后，将原来的RGB(R,G,B)中的R,G,B统一用Gray替换，形成新的颜色RGB(Gray,Gray,Gray)，确定不同灰度值的像素点个数，Gray以160为界限，灰度≤160的个数记为a，＞160的个数记为b，a/b的范围为1/2～2/3，则把灰度Gray值记为1，反之记为0，草菇成熟度参数权重占比为20％；

所述智能处理单元建立函数λ_草菇＝0.5×◎+0.3×r+0.2×Gray，λ_草菇值范围为0-1，当λ_草菇＞0.8时，则视为满足条件的草菇；当λ_草菇≤0.8时，则视为不符合条件的草菇，智能处理单元控制分拣单元的分拣机械手对不符合条件草菇的分拣出去。

上述方案中，所述食用菌为双孢菇；双孢菇的形状以S表示，所采集的双孢菇图像中有菌柄的记为1，无菌柄的记为0，该参数权重占比20％；

双孢菇的大小以菌盖直径D表示，其范围为2cm～3.5cm，在此范围则D记为1，反之记为0，该参数权重占比30％；

双孢菇的灰度以Gray表示，Gray≥180的像素点个数记为m，总像素点记为n，当m/n大于等于0.9时，则把Gray记为1，反之记为0，该参数权重占比50％；

所述智能处理单元建立函数λ_双孢菇＝0.5×Gray+0.3×D+0.2×S，当λ_双孢菇≤0.8时，则视为不符合条件的双孢菇，智能处理单元控制分拣单元的分拣机械手对不符合条件的双孢菇分拣出去。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明基于草菇或双孢菇的形状、大小、成熟度等特征，结合CCD图像采集、智能处理、分拣机械手等装置，能够简单、经济且快速地对草菇或双孢菇进行自动化分拣，明显提高了草菇或双孢菇的分拣率，降低了人为分拣时的损伤，同时也提高了其外观品质的均一性，更有利于在市场销售。该装置运行成本低，分拣效果良好，具有可观的规模化应用和推广前景。

附图说明

图1为本发明一实施方式的整体结构示意图。

图2为本发明一实施方式的分拣机械手结构示意图。

图中：1.机架；2.底盘架脚；3.电机；4.转轴；5.分拣单元框架；6.CCD图像采集器；7.滑杆；8.光纤传感器；9.PLC；10.分拣机械手；11.斜梯；12.收集框；13.进料口。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1和2所示为所述食用菌智能化识别和分拣系统的一种较佳实施方式，所述食用菌智能化识别和分拣系统，包括送料单元、图像采集单元、智能处理单元和分拣单元；所述分拣单元安装在送料单元上，所述图像采集单元位于分拣单元内，所述智能处理单元分别与送料单元、图像采集单元和分拣单元连接；所述图像采集单元用于采集食用菌的图像，并传送到智能处理单元，所述智能处理单元根据食用菌的图像的形状、大小和成熟度进行分析判断，识别出不符合要求的食用菌，并控制分拣单元将不符合要求的食用菌分拣出去。

所述送料单元包括机架1、进料口13、电机3、转轴4和传送带；所述机架1由4个圆形底盘架脚2支撑，所述机架1上设有传送带，电机3与转轴4连接，电机3可控制转轴4转速，进而带动转有滑轮的传送带运动，机架1的一侧设有进料口13；所述分拣单元安装在机架1上、且位于传送带上方。

所述图像采集单元包括CCD图像采集器6。

所述分拣单元包括分拣单元框架5、滑杆7、光纤传感器8、分拣机械手10、斜梯11和收集框12；所述分拣单元框架5安装在送料单元上，所述分拣机械手10通过滑杆7安装在分拣单元框架5内，所述图像采集单元安装在分拣单元框架5内，图像采集单元采集的图像传送到智能处理单元，智能处理单元通过光纤传感器8控制分拣机械手10的动作；所述斜梯11的一端与分拣单元连接，另一端与收集框12连接。

所述智能处理单元包括PLC9；所述PLC9控制面板中能够设置食用菌的形状、大小和成熟度。

分拣单元框架5内部设有的CCD图像采集器6、滑杆7、光纤传感器8、PLC9、分拣机械手10分别与PLC9连接。所述斜梯11固定在分拣单元框架5外面，斜梯11出口端设有草菇收集框12，起到收集不满足要求的草菇或双孢菇，在所述分拣单元框架5表面上的PLC9控制面板中可以设置形状、大小、成熟度等参数，就能实现对草菇或双孢菇的有效分拣。

优选的，所述机架1距地面水平高度为0.5-1.5m；所述进料口13安装在机架1左侧，其进口宽，出口窄；所述电机3与转轴4固定在机架1左侧，电机3可通过调控转轴4速度来控制传送带的运行速度，传送带材质为PU聚氨酯。

优选的，所述分拣单元框架5固定在水平传送带上，分拣单元框架5内设置CCD图像采集器检测并采集目标区域中食用菇图像；所述CCD图像采集器6像素为200×200PPI-600×600PPI，其所采集区域在图1中用虚线表示。

优选的，所述光纤传感器8可以把CCD图像采集器6所采集的食用菌图像信息输入到PLC9中，PLC9对所采集图像的形状(椭圆度)、大小(宽×高)和成熟度(颜色)进行自动化程序判断，通过光纤传感器8输出控制信号到分拣机械手10，智能机械手抓取不满足条件规格的草菇并分拣出去。所述分拣机械手10可以接收PLC9的输出信号，并通过滑杆77移动来抓取目标食用菌，分拣机械手10安装在滑杆7上，能够左右移动，且分拣机械手10能上下移动；为了减少分拣机械手10抓取食用菌时的损害，可用橡胶类物品包裹住分拣机械手10，抓取食用菌的分拣机械手10移动到斜梯11附近，抓力消失，使食用菌顺着斜梯11滑下，落入到食用菌收集框12中，所述斜梯11倾斜角度≤30°，完成以上操作可以实现对不满足要求食用菌的分拣。

一种根据所述食用菌智能化识别和分拣系统的方法，应用于草菇和双孢菇等食用菌，包括以下步骤：

将采收后装于多孔塑料周转框(每框装重5-10kg)的食用菌经进料口13滑入传送带上，传送带材质为PU(聚氨酯)，其距地面水平高度为0.5-1.5m，传送带最大载重15-35kg；移速控制在2.0m/min-5.0m/min。

优选的，多孔塑料周转筐每框装重5-10kg，例如5-10kg。优选的传送带距地面水平高度为0.8-1.2m。优选的传送带载重为20-30kg，例如22kg、25kg或28kg。优选的传送带移速为2-5m/min，例如2.5m/min、3.0m/min或4.0m/min。

优选的，所述分拣单元框架5规格为150×50×50cm～210×90×90cm。

优化的图像采集单元框架规格为160×60×60cm-200×80×80cm，例如160×60×60cm-200×80×80cm。

所述传送带上草菇样品运动到CCD图像采集器6能够进行图像采集的目标区域，该CCD图像采集器6距传送带水平位置高度为60-90cm，其像素规格为200×200PPI-600×600PPI。

优选的，CCD图像采集器6距传送带高度为60-90cm，例如60-90cm。优化的CCD图像采集器6的像素规格为200×200PPI-600×600PPI，例如200×200PPI-600×600PPI。

所述CCD图像采集器6把采集好的图像信息经光纤传感器输入到PLC中，PLC对输入的图像信息的形状、大小、成熟度进行判断，并输出控制信号到分拣机械手10，对不符合要求的食用菌进行清除；分拣机械手10抓力为0.01-0.1N，并用橡胶质材料包裹机械手，减少分拣机械手10抓取食用菌时的损伤。

优选的分拣机械手10抓力为0.02-0.08N。优化的形状(以椭圆度表示)为1.14-1.78。优化的大小(以宽×高表示)为4-5cm×5-8cm。优化的成熟度(以颜色灰度表示，灰度以160为界限，灰度≤160的个数记为a，＞160的个数记为b，用a/b来计算)为1/2-2/3。

两个自由滑杆7可以分别横或纵向移动，而固定其上的分拣机械手10又可以在滑杆7上进行移动，且能上下移动，滑杆7水平移动与分拣机械手10上下移动速度都为0.5-2.0m/s，从而实现对目标区域的全覆盖，可以抓取目标区域的任一不满足条件的草菇。

优选的，滑杆7水平移动速度和分拣机械手10上下移动速度为0.2-1.2m/s，例如0.2m/s、0.6m/s或1.0m/s。

所述分拣机械手10抓取不符合参数要求的食用菌，并移动到斜梯11附近，在离斜梯11直线高度为1-15cm时，抓力消失，草菇随着斜梯滑落(10°≤斜梯11倾斜角度≤30°)并进入收集框12中。

优选的，所述分拣机械手10离斜梯11的高度为2-12cm；10°≤斜梯倾斜角度≤30°，例如10°、20°或30°。

其中，根据所分拣不同种类的食用菌，相应的智能处理单元中的图像信息参数(形状、大小、成熟度)也要随之更改，选出最适宜的目标参数范围。

所述光纤传感器8可以把CCD图像采集器6所采集的食用菌图像信息输入到PLC9中，PLC9对所采集图像的形状、大小和成熟度进行自动化程序判断，通过光纤传感器8输出控制信号到分拣机械手10，分拣机械手10抓取不满足条件规格的食用菌并分拣出去。

实施例1

一种食用菌智能化识别和分拣系统；主要包括送料单元、图像采集单元、智能处理单元和分拣单元；。其具体组件如附图1和2所示，传送带规格为5m×1m(长×宽)，颜色为黑，材质为PU(聚氨酯)，距地面水平高度为1.0m，最大载重30kg，移速控制在4m/min；图像采集单元框架规格为180×70×70cm；CCD图像采集器距传送带水平位置高度为60cm，其像素规格为400×400PPI；机械手抓力为0.02N，且用橡胶类材质包裹；离斜梯直线高度为5cm时，抓力消失；自由滑杆水平移速与分拣机械手上下移速都为0.5m/s；斜梯倾斜角度为30°。

采收蛋形期的草菇置于多孔型塑料周转框中，10.0kg/批次，共处理300kg；先打开PLC9控制操作面板，先设置传送带的运行速度为4m/min。

拾取草菇的三个参数分别为形状、大小、成熟度。草菇形状以椭圆度(◎)表示，椭圆度范围设为1.14-1.78，若样品草菇椭圆度在此范围，则◎记为1，反之记为0，该参数权重占比50％。

草菇大小r以宽×高表示，该范围为4-5cm×5-8cm，若样品草菇大小在此范围，则r记为1，反之记为0，该参数权重占比30％。

草菇成熟度用其颜色来表示，而颜色表示系统有两种，即RGB系统和HSI系统，这里采用前面的一种。任何颜色都有红、绿、蓝三原色组成，假如原来某点的颜色为RGB(R,G,B)，那么我们也可以通过浮点算法，将其转变为灰度Gray，灰度的范围值为0(黑色)-255(白色)。浮点算法：Gray(灰度)＝R×0.30+G×0.59+B×0.11，通过浮点算法求得Gray后，将原来的RGB(R,G,B)中的R,G,B统一用Gray替换，形成新的颜色RGB(Gray,Gray,Gray)，这就是其灰度图。而浮点算法中的R,G,B都能通过CCD图像采集器进行确定，进而确定不同灰度值的像素点个数。Gray以160为界限，灰度≤160的个数记为a，＞160的个数记为b，若a/b在1/2-2/3，则把灰度值记为1，反之记为0。

这里建立一个函数λ_草菇＝0.5×◎+0.3×r+0.2×Gray，，λ_草菇值范围为0-1，当λ_草菇＞0.8时，则视为满足条件的草菇；当λ_草菇≤0.8时，则视为不符合条件的草菇，此时PLC9输出信号到分拣机械手，控制分拣机械手10对不符合条件草菇的分拣。

首先，所述电机3先工作，控制转轴4相应的转动，接着转轴4带着有滑轮的传送带进行运动，接着再把装于多孔型塑料周转框中的草菇倒入传送带上。按照上述流程，完成草菇的送样过程；待草菇随传送带运动到CCD图像采集器6的图像采集区域，CCD图像采集器6可对草菇的图像信息进行收集，并把处理好的图像信息传送给PLC9，PLC9对接受的图像信息与设置的参数进行对比。根据函数λ_草菇＝0.5×◎+0.3×r+0.2×Gray，当λ_草菇≤0.8时，则视为不符合条件的草菇，此时PLC输出信号到分拣机械手10，控制分拣机械手10对不符合条件草菇的清除。结果：使用该智能识别检测分拣装置对300kg草菇进行分拣只需不到24min，且对完成该智能化识别检测和分拣系统整个过程的草菇进行二次人工评级发现：被分拣机械手所分拣出去的不达标草菇(低于二级)中，仍掺杂少量的一级菇和二级菇，它们(一级菇和二级菇)占分拣出去的不达标草菇比例≤5％；而没有被分拣机械手所分拣出去的达标草菇(一级菇和二级菇)中也掺杂了部分三级菇和次级菇，其中一级菇和二级菇占没有被分拣出去的达标草菇比例≥95％。这说明相较于人工分拣，机械手分拣操作简单、效率更高、更加经济、同时所分拣出草菇的均一性也较好。所述草菇的分拣，主要涉及形状、大小和成熟度等。基于评分法测定所分拣食用菌的均一性，即：选择生产、采摘和销售等专业人员，对经过该智能化识别检测和分拣系统的草菇的形状、大小、成熟度及整体接受度等指标进行评价打分。以此来验证该分拣系统的准确性。评价标准见表1。若草菇评级低于二级，则视为不达标。

表1草菇感官评级标准

通过对完成该智能化识别检测和分拣系统整个过程的草菇进行二次人工评级发现：被分拣机械手10所分拣出去的不达标草菇(低于二级)中，仍掺杂少量的一级菇和二级菇，它们(一级菇和二级菇)占分拣出去的不达标草菇比例≤5％；而没有被分拣机械手10所分拣出去的达标草菇(一级菇和二级菇)中也掺杂了部分三级菇和次级菇，其中一级菇和二级菇占没有被分拣出去的达标草菇比例≥95％，这说明该智能化识别检测和分拣系统具有很好的均一性和准确性，有利于大力推广。

实施例2

采收蛋形期的草菇置于多孔型塑料周转框中，10.0kg/批次，共处理100kg；先打开PLC控制操作面板，先设置传送带的运行速度为5.5m/min；设置蛋形期草菇的各参数和函数都与实例1相同：

结果：使用该智能识别检测分拣装置对100kg草菇进行分拣只需不到6min，且对完成该智能化识别检测和分拣系统整个过程的草菇进行二次人工评级发现：被分拣机械手所分拣出去的不达标草菇中仍掺杂少量的一级菇和二级菇，它们占分拣出去的不达标草菇比例≤7％；而没有被分拣机械手所分拣出去的达标草菇中也掺杂了部分三级菇和次级菇，其中一级菇和二级菇占没有被分拣出去的达标草菇比例≥93％。这说明相较于人工分拣，机械手分拣操作简单、效率更高、更加经济、同时所分拣出草菇的均一性也较好；并且相较于传送带的运行速度5.5m/min时，速度为4m/min时，该装置对分拣草菇的准确性要高

实施例3

一种食用菌智能化识别和分拣系统；主要包括送料单元、图像采集单元、智能处理单元和分拣单元。其具体组件如附图1和2所示，传送带规格为5m×1m(长×宽)，颜色为黑，材质为PU(聚氨酯)，距地面水平高度为1.0m，最大载重30kg，移速控制在4m/min；图像采集单元框架规格为180×70×70cm；CCD图像采集器距传送带水平位置高度为60cm，其像素规格为400×400PPI；机械手抓力为0.04N，且用橡胶类材质包裹；离斜梯直线高度为5cm时，抓力消失；自由滑杆水平移速与分拣机械手上下移速都为0.5m/s；斜梯倾斜角度为30°。

采收的新鲜双孢菇置于多孔型塑料周转框中，20.0kg/批次，共处理200kg；先打开PLC控制操作面板，先设置传送带的运行速度为4m/min；设置双孢菇的各参数：形状(以S表示，所采集的图像中有菌柄的记为1，无菌柄的记为0，该参数权重占比20％)、大小(以菌盖直径D表示，其范围为2-3.5cm，在此范围则D记为1，反之记为0，该参数权重占比30％)、灰度(以Gray表示，Gray≥180的像素点个数记为m，总像素点记为n，当m/n大于等于0.9是，则把Gray记为1，反之记为0，该参数权重占比50％)，启动设装置；首先，电机先工作，控制转轴相应的转动，接着转轴带着有滑轮的传送带进行运动，接着再把装于多孔型塑料周转框中的双孢菇倒入传送带上。按照上述流程，完成双孢菇的送样过程；待双孢菇菇随传送带运动到CCD图像采集器的图像采集区域，CCD图像采集器可对双孢菇的图像信息进行收集，并把处理好的图像信息传送给PLC，PLC对接受的图像信息与设置的参数进行对比。这里新建一个函数λ＝0.5×Gray+0.3×D+0.2×S，当λ≤0.8时，则视为不符合条件的双孢菇，此时PLC输出信号到分拣机械手，控制分拣机械手对不符合条件双孢菇的清除。

双孢菇评价标准见表2,若双孢菇评级低于二级，则视为不达标。

表2双孢菇感官评级标准

结果：使用该智能识别检测分拣装置对200kg双孢菇进行分拣只需不到12min，且对完成该智能化识别检测和分拣系统整个过程的双孢菇进行二次人工评级发现：被分拣机械手所分拣出去的不达标双孢菇中仍掺杂少量的一级菇和二级菇，它们占分拣出去的不达标双孢菇比例≤3％；而没有被分拣机械手所分拣出去的达标双孢菇中也掺杂了部分三级菇和次级菇，其中一级菇和二级菇占没有被分拣出去的达标双孢菇比例≥97％。这说明相较于人工分拣，机械手分拣操作简单、效率更高、更加经济、同时所分拣出双孢菇的均一性也较好。

实施例4

采收的新鲜双孢菇置于多孔型塑料周转框中，10.0kg/批次，共处理100kg；先打开PLC控制操作面板，先设置传送带的运行速度为5.5m/min；设置双孢菇的各参数和函数都与实例3相同：

结果：使用该智能识别检测分拣装置对100kg双孢菇进行分拣只需不到280s，且对完成该智能化识别检测和分拣系统整个过程的双孢菇进行二次人工评级发现：被分拣机械手所分拣出去的不达标双孢菇中仍掺杂少量的一级菇和二级菇，它们占分拣出去的不达标双孢菇比例≤6％；而没有被分拣机械手所分拣出去的达标双孢菇中也掺杂了部分三级菇和次级菇，其中一级菇和二级菇占没有被分拣出去的达标双孢菇比例≥94％。这说明相较于人工分拣，机械手分拣操作简单、效率更高、更加经济、同时所分拣出双孢菇的均一性也较好。并且相较于传送带的运行速度为5.5m/min时，当速度为4m/min时，该装置对分拣草菇的准确性要高

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种食用菌智能化识别和分拣系统，其特征在于，包括送料单元、图像采集单元、智能处理单元和分拣单元；

所述分拣单元安装在送料单元上，所述图像采集单元位于分拣单元内，所述智能处理单元分别与送料单元、图像采集单元和分拣单元连接；所述图像采集单元用于采集食用菌的图像，并传送到智能处理单元，所述智能处理单元根据食用菌的图像的形状、大小和成熟度进行分析判断，识别出不符合要求的食用菌，并控制分拣单元将不符合要求的食用菌分拣出去。

2.根据权利要求1所述的食用菌智能化识别和分拣系统，其特征在于，所述送料单元包括机架(1)、进料口(13)、电机(3)、转轴(4)和传送带；

所述机架(1)上设有传送带，电机(3)与转轴(4)连接，带动传送带运动，机架(1)的一侧设有进料口(13)；所述分拣单元安装在机架(1)上、且位于传送带上方。

3.根据权利要求1所述的食用菌智能化识别和分拣系统，其特征在于，所述图像采集单元包括CCD图像采集器(6)。

4.根据权利要求1所述的食用菌智能化识别和分拣系统，其特征在于，所述分拣单元包括分拣单元框架(5)、滑杆(7)、光纤传感器(8)、分拣机械手(10)、斜梯(11)和收集框(12)；

所述分拣单元框架(5)安装在送料单元上，所述分拣机械手(10)通过滑杆(7)安装在分拣单元框架(5)内，所述图像采集单元安装在分拣单元框架(5)内，图像采集单元采集的图像传送到智能处理单元，智能处理单元通过光纤传感器(8)控制分拣机械手(10)的动作；所述斜梯(11)的一端与分拣单元连接，另一端与收集框(12)连接。

5.根据权利要求1所述的食用菌智能化识别和分拣系统，其特征在于，所述智能处理单元包括PLC(9)；所述PLC(9)控制面板中能够设置食用菌的形状、大小和成熟度。

6.根据权利要求1所述的食用菌智能化识别和分拣系统，其特征在于，当所述食用菌为草菇，所述智能处理单元建立函数

其中，

为椭圆度表示草菇形状，r为草菇大小，Gray为灰度值；椭圆度范围为1.14-1.78，若样品草菇椭圆度在此范围，则

记为1，反之记为0；r以宽×高表示，宽×高范围为4cm～5cm×5cm～8cm，若样品草菇大小在此范围，则r记为1，反之记为0；Gray灰度≤160的个数记为a，＞160的个数记为b，a/b的范围在1/2～2/3，则把灰度Gray值记为1，反之记为0；λ_草菇值范围为0～1，当λ_草菇＞0.8时，则视为满足条件的草菇；当λ_草菇≤0.8时，则视为不符合条件的草菇，智能处理单元控制分拣单元对不符合条件草菇的分拣出去。

7.根据权利要求1所述的食用菌智能化识别和分拣系统，其特征在于，当所述食用菌为双孢菇，所述智能处理单元建立函数λ_双孢菇＝0.5×Gray+0.3×D+0.2×S，其中，Gray为灰度值，D为菌盖直径表示双孢菇的大小，S表示双孢菇的形状；D范围为2cm～3.5cm，在此范围则D记为1，反之记为0；双孢菇图像中有菌柄的S记为1，无菌柄的S记为0；Gray≥180的像素点个数记为m，总像素点记为n，当m/n大于等于0.9时，则把Gray记为1，反之记为0；当λ_双孢菇≤0.8时，则视为不符合条件的双孢菇，智能处理单元控制分拣单元的分拣机械手(10)对不符合条件的双孢菇分拣出去。

8.一种根据权利要求1-7任意一项所述食用菌智能化识别和分拣系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述送料单元将食用菌送至分拣单元，所述图像采集单元采集食用菌的图像，并传送到智能处理单元，所述智能处理单元根据食用菌的图像的形状、大小和成熟度进行分析判断，识别出不符合要求的食用菌，并控制分拣单元将不符合要求的食用菌分拣出去。

9.根据权利要求8所述的食用菌智能化识别和分拣系统的方法，其特征在于，所述食用菌为草菇；

草菇形状以椭圆度

表示，椭圆度范围设为1.14-1.78，若样品草菇椭圆度在此范围，则

记为1，反之记为0，草菇椭圆度参数权重占比为50％；

草菇大小r以宽×高表示，宽×高范围为4cm～5cm×5cm～8cm，若样品草菇大小在此范围，则r记为1，反之记为0，草菇大小参数权重占比为30％；

草菇成熟度用其颜色来表示，某点的颜色为RGB(R,G,B)，通过浮点算法，将其转变为灰度Gray，浮点算法：Gray灰度＝R×0.30+G×0.59+B×0.11，通过浮点算法求得Gray后，将原来的RGB(R,G,B)中的R,G,B统一用Gray替换，形成新的颜色RGB(Gray,Gray,Gray)，确定不同灰度值的像素点个数，Gray灰度≤160的个数记为a，＞160的个数记为b，a/b的范围为1/2～2/3，则把灰度Gray值记为1，反之记为0，草菇成熟度参数权重占比为20％；

所述智能处理单元建立函数

λ_草菇值范围为0-1，当λ_草菇＞0.8时，则视为满足条件的草菇；当λ_草菇≤0.8时，则视为不符合条件的草菇，智能处理单元控制分拣单元的分拣机械手(10)对不符合条件草菇的分拣出去。

10.根据权利要求8所述的食用菌智能化识别和分拣系统的方法，其特征在于，所述食用菌为双孢菇；

双孢菇的形状以S表示，所采集的双孢菇图像中有菌柄的记为1，无菌柄的记为0，该参数权重占比20％；

双孢菇的大小以菌盖直径D表示，其范围为2cm～3.5cm，在此范围则D记为1，反之记为0，该参数权重占比30％；

双孢菇的灰度以Gray表示，Gray≥180的像素点个数记为m，总像素点记为n，当m/n大于等于0.9时，则把Gray记为1，反之记为0，该参数权重占比50％；

所述智能处理单元建立函数λ_双孢菇＝0.5×Gray+0.3×D+0.2×S，当λ_双孢菇≤0.8时，则视为不符合条件的双孢菇，智能处理单元控制分拣单元的分拣机械手(10)对不符合条件的双孢菇分拣出去。

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