CN115336624B - 一种基于图像识别的智能化鱼体切割装置和控制方法 - Google Patents

一种基于图像识别的智能化鱼体切割装置和控制方法 Download PDF

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CN115336624B CN202210979026.XA CN202210979026A CN115336624B CN 115336624 B CN115336624 B CN 115336624B CN 202210979026 A CN202210979026 A CN 202210979026A CN 115336624 B CN115336624 B CN 115336624B
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Abstract

本发明公开了一种基于图像识别的智能化鱼体切割装置包括传送带，其用于带动待切割的鱼体移动；沿所述传送带设置的第三线激光传感器，第二线激光传感器和第一线激光传感器，其用于判断鱼体在传送带上的位置；设置在所述传送带上方的相机，其用于拍摄鱼体图片；三轴运动机构，其用于调整高压水刀在XYZ方向上的位置；高压水刀，其用于完成对鱼体的智能化切割。本发明采用高压水刀作为切割组件，并通过智能算法来进行切割过程，可以获得个性化的鱼体切割路径，适应不同规格大大小鱼体切割，精确地完成鱼体头尾切割。

Description

一种基于图像识别的智能化鱼体切割装置和控制方法
技术领域
本发明涉及智能算法领域，尤其涉及到一种基于图像识别的智能化鱼体切割装置和控制方法。
背景技术
鱼类在加工过程中，需将其头部和尾部去除。现有的方法大多时通过切割装置等设备，直接切割掉鱼类的头部和尾部。上述方法的缺陷在于：鱼类的头部和躯干部位的连接部分为弧形结构，现有的切割装置采用刀片切割，其只能做直线切除，造成鱼肉的浪费。
因此，我们有必要对这样一种结构进行改善，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于图像识别的智能化鱼体切割装置和控制方法，可以获得个性化的鱼体切割路径，适应不同规格大大小鱼体切割，精确地完成鱼体头尾切割。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于图像识别的智能化鱼体切割装置的控制方法，包括
传送带，其用于带动待切割的鱼体移动；
沿所述传送带设置的第三线激光传感器，第二线激光传感器和第一线激光传感器，其用于判断鱼体在传送带上的位置；
设置在所述传送带上方的相机，其用于拍摄鱼体图片；
三轴运动机构，其用于调整高压水刀在XYZ方向上的位置；
高压水刀，其用于完成对鱼体的智能化切割；
所述第一线激光传感器设置在相机的正下方，第三线激光传感器设置在三轴运动机构的X1轴、X2轴零点位的垂直正下方,第二线激光传感器设置在第一线激光传感器和第三线激光传感器之间的中心位置；
所述三轴运动机构包括分别设置在传送带两侧的X1轴和X2轴，在所述X1轴和X2轴的顶部设有Y轴，在Y轴的侧方安装有Z轴；
所述三轴运动机构预设有三轴运动机构坐标系，三轴运动机构坐标系的零点X,Y和Z轴的零点分别为设置于X1轴，Y轴和Z轴的零点处；
所述高压水刀安装在Z轴上，高压水刀随三轴运动机构同步运动；
所述控制方法包括如下步骤：
1)启动传送带，将待切割的鱼体放置于传送带的中间位置，由传送带带动鱼体移动，且鱼体的头尾方向与传送带的前进方向一致；
2)当第一线激光传感器检测到鱼体时，第一线激光传感器发送控制信号给相机拍摄鱼体图像；
3)当第二线激光传感器检测到鱼体时，基于鱼体图像中鱼体的特征数据值建立鱼体特征坐标系，计算出当前的鱼体特征坐标系的x轴与三轴运动机构坐标系的X的距离DX，建立基于当前的鱼体特征坐标的鱼头和鱼尾鳍的切割路径方程；
4)当第三线激光传感器检测到鱼体时，三轴运动机构和高压水刀启动，根据鱼头和鱼尾鳍的切割路径方程完成对当前鱼体的切割；
所述鱼体的特征数据值包括鱼体的长度Lf(i)，鱼头的长度Lfa(i)，鱼尾鳍的长度Lft(i)和鱼体的最大宽度Hf(i)；
依据鱼体的最大宽度Hf(i)的中心线和鱼嘴位置，建立鱼体特征坐标系，所述鱼体特征坐标系的x轴处于鱼体的最大宽度Hf(i)的中间值，鱼体特征坐标系的零点在鱼嘴位置附近；
根据生物特征，鱼头轮廓在x轴上的交点坐标为(Lfa(i)，0)，鱼尾鳍两侧在x轴上的交点坐标分为(Lf(i)-Lft(i)，0)、(Lf(i)，0)；
鱼头的切割路径方程为：x2+y2＝Lfa(i)2；
其中，x∈[0.5Lfa(i)，Lfa(i)]，
Figure GDA0004193322710000031
鱼尾鳍的切割路径方程为：x＝Lf(i)-Lft(i)；
其中，
Figure GDA0004193322710000032
所述三轴运动机构和高压水刀完成鱼头切割的过程如下：
传送带的速度为Vc，三轴运动机构的Y轴采用恒定速度模式，X1和X2轴的速度处于动态变化，Z轴的坐标值为h，Z轴位置在切割过程中固定不变，Y轴的恒定速度为VaY，VaY预先设定，采用迭代模式，确定最小时间变量Δt，初始时间为t0，迭代次数为m；
从初始坐标
Figure GDA0004193322710000033
开始工作；
(1)初始时：
Y轴的速度为VY0，VY0＝VaY，
给定Y轴的坐标值Y0，
Figure GDA0004193322710000034
X1轴和X2轴的速度VX0，
Figure GDA0004193322710000035
给定X1轴和X2轴的坐标值X0，
Figure GDA0004193322710000036
X1轴、X2轴和Y轴达到指定位置后，执行下一次命令；
(2)迭代次数为m，时间为m·Δt(m＝1，2，3…)，且满足
Figure GDA0004193322710000041
时，
Y轴的速度为VY，m，VY，m＝VaY，给定Y轴的坐标值
Figure GDA0004193322710000042
X轴的速度为VX，m，
Figure GDA0004193322710000043
给定X轴的坐标值/>
Figure GDA0004193322710000044
X1轴、X2轴和Y轴达到指定位置后，执行下一次命令；
(3)当
Figure GDA0004193322710000045
时；
Y轴的速度为VY，m，VY，m＝VaY，给定Y轴的坐标值
Figure GDA0004193322710000046
X轴的速度为VX，m，VX，m＝VaY，给定X轴的坐标
Figure GDA0004193322710000047
完成该指令后，鱼头切割完成；
所述三轴运动机构和高压水刀完成鱼尾鳍切割的过程如下：
传送带的速度为Vc，三轴运动机构的Y轴采用恒定速度模式，X1和X2轴的速度处于动态变化，Z轴的坐标值为h，Z轴位置在切割过程中固定不变，Y轴的恒定速度为VaY，VaY预先设定，采用迭代模式，确定最小时间变量Δt，初始时间为t0，迭代次数为n；
从初始坐标
Figure GDA0004193322710000048
开始工作；
(1)初始时
Y轴的速度为VY，n，VY，n＝VaY，给定Y轴的坐标值
Figure GDA0004193322710000049
X轴的速度为VX0，VX0＝Vc，
给定X轴的坐标值
Figure GDA0004193322710000051
X1轴、X2轴和Y轴达到指定位置后，执行下一次命令；
(2)迭代次数为n，时间为n·Δt(n＝1，2，3…)，且满足
Figure GDA0004193322710000052
时；
Y轴的速度为VY，m，VY，m＝VaY，给定Y轴的坐标值
Figure GDA0004193322710000053
X轴的速度为VX.n，VX.n＝Vc，
给定X轴的坐标值
Figure GDA0004193322710000054
X1轴、X2轴和Y轴达到指定位置后，执行下一次命令；
(3)迭代次数为n，时间为n·Δt(n＝1，2，3…)，且满足
Figure GDA0004193322710000055
时；
Y轴的速度为VY0，VY0＝VaY，给定Y轴的坐标值
Figure GDA0004193322710000056
X轴的速度为VX0，VX0＝Vc，给定X轴的坐标值Xn＝0；
三轴回到初始工作位，切割完成，高压水刀关闭。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明采用高压水刀作为切割组件，并通过智能算法来进行切割过程，可以获得个性化的鱼体切割路径，适应不同规格大大小鱼体切割，精确地完成鱼体头尾切割。
附图说明
图1是本发明所述的基于图像识别的智能化鱼体切割装置的示意图。
图2是本发明所述的三轴运动机构的示意图。
图3是本发明所述的鱼体特征坐标系图。
图4是本发明所述的三轴运动机构的坐标系图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1至图4所示，本发明提出的一种基于图像识别的智能化鱼体切割装置，包括
传送带(1)，其用于带动待切割的鱼体移动；
沿所述传送带(1)设置的第三线激光传感器(4)，第二线激光传感器(5)和第一线激光传感器(6)，其用于判断鱼体在传送带(1)上的位置；
设置在所述传送带(1)上方的相机(7)，其用于拍摄鱼体图片；
三轴运动机构(2)，其用于调整高压水刀(3)在XYZ方向上的位置；
高压水刀(3)，其用于完成对鱼体的智能化切割。
三轴运动机构(2)由4根运动轴组成(X1轴、X2轴、Y轴和Z轴)，三轴运动机构(2)的X1轴，X2轴，Y轴和Z轴在运动方向均有零点位和极限位，零点位处于靠近驱动电机侧，极限位处于远离驱动电机侧。三轴运动机构(2)在X轴方向的运动距离范围为LX，在Y轴方向的运动距离范围为LY，在Z轴方向的运动距离范围为LZ。
第一线激光传感器(6)、第二线激光传感器(5)和第三线激光传感器(4)均布置在传送带(1)的表面，用于判断鱼体在传送带(1)上的运动位置。
第一线激光传感器(6)布置在相机(7)正下方。第三线激光传感器(4)布置在三轴运动机构(2)的X1轴、X2轴零点位的垂直正下方。第二线激光传感器(5)第一线激光传感器(6)和第三线激光传感器(4)的中心位置。
高压水刀的切割水压有两种工作模式，若鱼体内无骨头则切割水压为：500bar±100bar，若鱼体内有骨头则切割水压为：1500bar±500bar。水压根据鱼体的厚度动态调节。
高压水刀(3)安装在Z轴的机构上，高压水刀(3)跟随三轴运动机构(2)同步运动。高压水刀(3)的运动范围受限于三轴运动机构(2)任意轴的零点位和极限位，
鱼体由传送带(1)输送，要求鱼体的头尾方向与传送带(1)的前进方向保持平行，鱼体放置在传送带(1)的中间。当第一线激光传感器(6)检测到第i条鱼体时，触发相机(7)拍摄鱼体图像1张，拍摄的鱼体图像应该包括整个传送带宽度的背景，以便后续根据传送带宽度确定鱼体的位置。
一种基于图像识别的智能化鱼体切割装置的控制方法，包括如下步骤：
1)启动传送带(1)，将待切割的鱼体放置于传送带(1)的中间位置，由传送带(1)带动鱼体移动，且鱼体的头尾方向与传送带(1)的前进方向一致；
2)当第一线激光传感器(6)检测到鱼体时，第一线激光传感器(6)发送控制信号给相机(7)拍摄鱼体图像；
3)当第二线激光传感器(5)检测到鱼体时，基于鱼体图像中鱼体的特征数据值建立鱼体特征坐标系，计算出当前的鱼体特征坐标系的x轴与三轴运动机构坐标系的X的距离DX，建立基于当前的鱼体特征坐标的鱼头和鱼尾鳍的切割路径方程；
4)当第三线激光传感器(4)检测到鱼体时，三轴运动机构(2)和高压水刀(3)启动，根据鱼头和鱼尾鳍的切割路径方程完成对当前鱼体的切割。
所述鱼体的特征数据值包括鱼体的长度Lf(i)，鱼头的长度Lfa(i)，鱼尾鳍的长度Lft(i)和鱼体的最大宽度Hf(i)；
依据鱼体的最大宽度Hf(i)的中心线和鱼嘴位置，建立鱼体特征坐标系，所述鱼体特征坐标系的x轴处于鱼体的最大宽度Hf(i)的中间值，鱼体特征坐标系的零点在鱼嘴位置附近；
根据生物特征，鱼头轮廓在x轴上的交点坐标为(Lfa(i)，0)，鱼尾鳍两侧在x轴上的交点坐标分为(Lf(i)-Lft(i)，0)、(Lf(i)，0)；
鱼头的切割路径方程为：x2+y2＝Lfa(i)2；
其中，x∈[0.5Lfa(i)，Lfa(i)]，
Figure GDA0004193322710000081
鱼尾鳍的切割路径方程为：x＝Lf(i)-Lft(i)；
其中，
Figure GDA0004193322710000082
所述三轴运动机构(2)和高压水刀(3)完成鱼头切割的过程如下：
传送带(1)的速度为Vc，三轴运动机构(2)的Y轴采用恒定速度模式，X1和X2轴的速度处于动态变化，Z轴的坐标值为h，Z轴位置在切割过程中固定不变，Y轴的恒定速度为VaY，VaY预先设定，采用迭代模式，确定最小时间变量Δt，初始时间为t0，迭代次数为m；
从初始坐标
Figure GDA0004193322710000083
开始工作；
(1)初始时：
Y轴的速度为VY0，VY0＝VaY，
给定Y轴的坐标值Y0，
Figure GDA0004193322710000084
X1轴和X2轴的速度VX0，
Figure GDA0004193322710000085
给定X1轴和X2轴的坐标值X0，
Figure GDA0004193322710000086
X1轴、X2轴和Y轴达到指定位置后，执行下一次命令；
(2)迭代次数为m，时间为m·Δt(m＝1，2，3…)，且满足
Figure GDA0004193322710000091
时，
Y轴的速度为VY，m，VY，m＝VaY，给定Y轴的坐标值
Figure GDA0004193322710000092
/>
X轴的速度为VX，m，
Figure GDA0004193322710000093
给定X轴的坐标值/>
Figure GDA0004193322710000094
X1轴、X2轴和Y轴达到指定位置后，执行下一次命令；
(3)当
Figure GDA0004193322710000095
时；
Y轴的速度为VY，m，VY，m＝VaY，给定Y轴的坐标值
Figure GDA0004193322710000096
X轴的速度为VX，m，VX，m＝VaY，给定X轴的坐标
Figure GDA0004193322710000097
完成该指令后，鱼头切割完成。
所述三轴运动机构(2)和高压水刀(3)完成鱼尾鳍切割的过程如下：
传送带(1)的速度为Vc，三轴运动机构(2)的Y轴采用恒定速度模式，X1和X2轴的速度处于动态变化，Z轴的坐标值为h，Z轴位置在切割过程中固定不变，Y轴的恒定速度为VaY，VaY预先设定，采用迭代模式，确定最小时间变量Δt，初始时间为t0，迭代次数为n；
从初始坐标
Figure GDA0004193322710000098
开始工作；
(1)初始时
Y轴的速度为VY，n，VY，n＝VaY，给定Y轴的坐标值
Figure GDA0004193322710000099
X轴的速度为VX0，VX0＝Vc，
给定X轴的坐标值
Figure GDA00041933227100000910
X1轴、X2轴和Y轴达到指定位置后，执行下一次命令；
(2)迭代次数为n，时间为n·Δt(n＝1，2，3…)，且满足
Figure GDA0004193322710000101
时；
Y轴的速度为VY，m，VY，m＝VaY，给定Y轴的坐标值
Figure GDA0004193322710000102
X轴的速度为VX，n，VX，n＝Vc，
给定X轴的坐标值
Figure GDA0004193322710000103
X1轴、X2轴和Y轴达到指定位置后，执行下一次命令；
(3)迭代次数为n，时间为n·Δt(n＝1，2，3…)，且满足
Figure GDA0004193322710000104
时；
Y轴的速度为VY0，VY0＝VaY，给定Y轴的坐标值
Figure GDA0004193322710000105
X轴的速度为VX0，VX0＝Vc，给定X轴的坐标值Xn＝0；
三轴回到初始工作位，切割完成，高压水刀关闭。
在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”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，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本发明的限制。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (1)

1.一种基于图像识别的智能化鱼体切割装置的控制方法，其特征在于，包括
传送带(1)，其用于带动待切割的鱼体移动；
沿所述传送带(1)设置的第三线激光传感器(4)，第二线激光传感器(5)和第一线激光传感器(6)，其用于判断鱼体在传送带(1)上的位置；
设置在所述传送带(1)上方的相机(7)，其用于拍摄鱼体图片；
三轴运动机构(2)，其用于调整高压水刀(3)在XYZ方向上的位置；
高压水刀(3)，其用于完成对鱼体的智能化切割；
所述第一线激光传感器(6)设置在相机(7)的正下方，第三线激光传感器(4)设置在三轴运动机构(2)的X1轴、X2轴零点位的垂直正下方，第二线激光传感器(5)设置在第一线激光传感器(6)和第三线激光传感器(4)之间的中心位置；
所述三轴运动机构(2)包括分别设置在传送带(1)两侧的X1轴(8)和X2轴(9)，在所述X1轴(8)和X2轴(9)的顶部设有Y轴(10)，在Y轴(10)的侧方安装有Z轴(11)；
所述三轴运动机构(2)预设有三轴运动机构坐标系，三轴运动机构坐标系的零点X，Y和Z轴的零点分别为设置于X1轴，Y轴和Z轴的零点处；
所述高压水刀(3)安装在Z轴(11)上，高压水刀(3)随三轴运动机构(2)同步运动；
所述控制方法包括如下步骤：
1)启动传送带(1)，将待切割的鱼体放置于传送带(1)的中间位置，由传送带(1)带动鱼体移动，且鱼体的头尾方向与传送带(1)的前进方向一致；
2)当第一线激光传感器(6)检测到鱼体时，第一线激光传感器(6)发送控制信号给相机(7)拍摄鱼体图像；
3)当第二线激光传感器(5)检测到鱼体时，基于鱼体图像中鱼体的特征数据值建立鱼体特征坐标系，计算出当前的鱼体特征坐标系的x轴与三轴运动机构坐标系的X的距离DX，建立基于当前的鱼体特征坐标的鱼头和鱼尾鳍的切割路径方程；
4)当第三线激光传感器(4)检测到鱼体时，三轴运动机构(2)和高压水刀(3)启动，根据鱼头和鱼尾鳍的切割路径方程完成对当前鱼体的切割；
所述鱼体的特征数据值包括鱼体的长度Lf(i)，鱼头的长度Lfa(i)，鱼尾鳍的长度Lft(i)和鱼体的最大宽度Hf(i)；
依据鱼体的最大宽度Hf(i)的中心线和鱼嘴位置，建立鱼体特征坐标系，所述鱼体特征坐标系的x轴处于鱼体的最大宽度Hf(i)的中间值，鱼体特征坐标系的零点在鱼嘴位置附近；
根据生物特征，鱼头轮廓在x轴上的交点坐标为(Lfa(i)，0)，鱼尾鳍两侧在x轴上的交点坐标分为(Lf(i)-Lft(i)，0)、(Lf(i)，0)；
鱼头的切割路径方程为：x2+y2＝Lfa(i)2；
其中，x∈[0.5Lfa(i)，Lfa(i)]，
Figure FDA0004193322700000021
鱼尾鳍的切割路径方程为：x＝Lf(i)-Lft(i)；
其中，
Figure FDA0004193322700000022
所述三轴运动机构(2)和高压水刀(3)完成鱼头切割的过程如下：
传送带(1)的速度为Vc，三轴运动机构(2)的Y轴采用恒定速度模式，X1和X2轴的速度处于动态变化，Z轴的坐标值为h，Z轴位置在切割过程中固定不变，Y轴的恒定速度为VaY，VaY预先设定，采用迭代模式，确定最小时间变量Δt，初始时间为t0，迭代次数为m；
从初始坐标
Figure FDA0004193322700000031
开始工作；
(1)初始时：
Y轴的速度为VY0，VY0＝VaY，
给定Y轴的坐标值Y0，
Figure FDA0004193322700000032
X1轴和X2轴的速度VX0，
Figure FDA0004193322700000033
给定X1轴和X2轴的坐标值X0，
Figure FDA0004193322700000034
X1轴、X2轴和Y轴达到指定位置后，执行下一次命令；
(2)迭代次数为m，时间为m·Δt(m＝1，2，3...)，且满足
Figure FDA0004193322700000035
时，
Y轴的速度为VY，m，VY，m＝VaY，给定Y轴的坐标值
Figure FDA0004193322700000036
X轴的速度为VX，m，
Figure FDA0004193322700000037
给定X轴的坐标值/>
Figure FDA0004193322700000038
X1轴、X2轴和Y轴达到指定位置后，执行下一次命令；
(3)当
Figure FDA0004193322700000039
时；
Y轴的速度为VY，m，VY，m＝VaY，给定Y轴的坐标值
Figure FDA00041933227000000310
X轴的速度为VX，m，VX，m＝VaY，给定X轴的坐标
Figure FDA00041933227000000311
完成该指令后，鱼头切割完成；
所述三轴运动机构(2)和高压水刀(3)完成鱼尾鳍切割的过程如下：
传送带(1)的速度为Vc，三轴运动机构(2)的Y轴采用恒定速度模式，X1和X2轴的速度处于动态变化，Z轴的坐标值为h，Z轴位置在切割过程中固定不变，Y轴的恒定速度为VaY，VaY预先设定，采用迭代模式，确定最小时间变量Δt，初始时间为t0，迭代次数为n；
从初始坐标
Figure FDA0004193322700000041
开始工作；
(1)初始时
Y轴的速度为VY，n，VY，n＝VaY，给定Y轴的坐标值
Figure FDA0004193322700000042
X轴的速度为VX0，VX0＝Vc，
给定X轴的坐标值
Figure FDA0004193322700000043
X1轴、X2轴和Y轴达到指定位置后，执行下一次命令；
(2)迭代次数为n，时间为n·Δt(n＝1，2，3...)，且满足
Figure FDA0004193322700000044
时；
Y轴的速度为VY，m，VY，m＝VaY，给定Y轴的坐标值
Figure FDA0004193322700000045
X轴的速度为VX.n，VX.n＝Vc，
给定X轴的坐标值
Figure FDA0004193322700000046
X1轴、X2轴和Y轴达到指定位置后，执行下一次命令；
(3)迭代次数为n，时间为n·Δt(n＝1，2，3...)，且满足
Figure FDA0004193322700000047
时；
Y轴的速度为VY0，VY0＝VaY，给定Y轴的坐标值
Figure FDA0004193322700000048
X轴的速度为VX0，VX0＝Vc，给定X轴的坐标值Xn＝0；
三轴回到初始工作位，切割完成，高压水刀关闭。
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