CN1664568A - 基于图像信息融合技术的水果品质检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于图像信息融合技术的水果品质检测系统。由编码器，链轮，链式输送装置，光照箱，近红外摄像机，结构光投射器，彩色摄像机，彩色图像图像采集卡，近红外图像图像采集卡，计算机，水果转速控制器，水果品质检测软件及视场组成。从采集的水果彩色图像和带有近红外结构光线条的近红外图像分别得到水果的表面色彩信息和3D信息，利用视场上的48个基准点进行图像匹配和信息融合，完成水果品质检测。本发明采用红外线结构光辅助获取水果3D信息，彩色CCD相机获取水果表面颜色信息，经过信息融合处理后，提高水果品质检测的精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于图像信息融合技术的水果品质检测系统。
背景技术
目前，我国水果的产后处理水平还十分低下，大部分水果采摘后未经产后处理就直接上市，影响了水果的商品价值。也有一些水果被依照其成熟度、表面缺陷、果梗的完整性和大小、重量等分级指标的分级由人工和肉眼识别判断，因而水果的分类具有较大的主观性，效率相当低下，极大地阻碍了我国国民经济的发展和农民收入的提高。现有的水果分级设备主要是通过水果的重量和大小等一两项指标，前者主要是采用筛孔、滚筒间隙等方式来进行，后者主要是利用电子称、力平衡支架来进行分级的设备，这类设备对存在有表面缺陷、果形独特的水果无法分级，且存在分级过程中易损伤水果表面等不足。
机器视觉技术已应用于水果品质检测。在应用机器视觉技术进行水果品质检测时，需进行水果表面的着色面积、缺陷面积及果形检测。现有的检测水果整个表面的方法均以单目视觉为基础，例如：
镜面反射法：采用单个摄像机，检测时水果作平动，利用镜子反射无法为摄像机所拍摄到的水果其它表面；
上下摄像机法：在载物台上打孔，在载物台上下两侧各放一个摄像机，检测时水果作平动，穿过两个摄像机的视场，对两摄像机所摄像的图像进行合成，以得到水果全部表面信息；
水果滚动法：采用单摄像机，水果用滚轮承载，检测过程中，水果同时作平动和滚动，在固定的位置拍摄水果的多幅图像，然后进行合成处理。
这些方法只能得到水果表面的二维信息，但无法获得水果表面准确的三维信息，在着色面积、缺陷面积及果形检测等品质检测方面难以得到准确的结果。
在获得物体表面三维信息方面，立体视觉技术，如双目视觉、结构光技术已取得了一定的进展，采用线结构光获取物体3D信息的设备已有商业化的产品。但这类商业化的设备并不适合于水果品质检测过程中的3D信息获取，除了价格方面的因素外，这类设备采用的线扫描方式，检测速度慢，不能满足生产要求。
发明内容
针对现有技术在检测水果品质方面的不足，本发明的目的在于提供一种基于图像信息融合技术的水果品质检测系统，采用红外线结构光辅助获取水果3D信息，彩色CCD相机获取水果表面颜色信息，经过信息融合处理后，提高水果品质检测的精度。
本发明采用的技术方案是包括：
编码器，两个链轮，链式输送装置，光照箱，近红外摄像机，结构光投射器，彩色摄像机，彩色图像图像采集卡，近红外图像图像采集卡，计算机，水果转速控制器。编码器安装在一个链轮上，编码器输出的同步脉冲信号分别接到彩色图像图像采集卡和近红外图像图像采集的触发信号输入端，链式输送装置的链条环绕在两个链轮上，光照箱安装在链式输送装置的上方，结构光投射器、近红外摄像机和彩色摄像机均安装在光照箱内部上方，近红外摄像机的输出信号通过电缆接到近红外图像图像采集彩色摄像机的输出信号通过电缆接到彩色图像图像采集卡，彩色图像图像采集卡，近红外图像图像采集卡安装在计算机的插槽，水果转速控制器安装在由链式输送装置形成的环内，位于光照箱下方，在光照箱下方，滚轮压在帆布传送带上；计算机上安装水果品质检测软件。
所述的链式输送装置由链条，滚轮轴，滚轮组成。滚轮轴穿过链条和两个滚轮，两个滚轮对称地分布在链条的两侧，水果装载在由4个相邻滚轮形成的空间内。。
所述的近红外摄像机由滤光片固定筒，滤光片，镜头及单色摄像机组成。滤光片固定筒固定在单色摄像机的机身上，镜头安装在单色摄像机上，滤光片安装在滤光片固定筒上，位于镜头的外侧，并与镜头同轴。
所述的结构光投射器由筒形灯架，双缝片，单缝片，凸透镜，滤光片，卤钨灯，风扇组成。筒形灯架为球面筒底与的组合，卤钨灯安装在筒形灯架的球面筒底处，由此向外，依次在筒形灯架的圆柱形筒身上安装滤光片、凸透镜、单缝片和双缝片，风扇安装在卤钨灯的另一侧。
所述的水果转速控制器由调速电机，传动链条，链轮，第一辊轮，第二辊轮，帆布传送带组成。调速电机通过传动链条与链轮连接，链轮安装在第一辊轮上，第一辊轮和第二辊轮通过帆布传送带连接。
本发明具有的有益的效果是：采用红外线结构光辅助获取水果3D信息，彩色CCD相机获取水果表面颜色信息，经过信息融合处理后，提高水果品质检测的精度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是水果品质检测软件流程图；
图3是近红外摄像机的结构示意图；
图4是结构光投射器的结构示意图；
图5是水果转速控制器的结构示意图；
图6是图1中A处放大图；
图7是图1中A处的B向视图；
图8是视场示意图。
图中：1、编码器，2、链轮，3、链式输送装置，3.1、链条，3.2、滚轮轴，3.3、滚轮，4、光照箱，5、近红外摄像机，5.1、滤光片固定筒，5.2、滤光片，5.3、镜头，5.4、单色摄像机，6、结构光投射器，6.1、筒形灯架，6.2、双缝片，6.3、单缝片，6.4、凸透镜，6.5、滤光片，6.6、卤钨灯，6.7、风扇，7、彩色摄像机，8、彩色图像图像采集卡，9、近红外图像图像采集卡，10、计算机，11、水果转速控制器，11.1、调速电机，11.2、传动链条，11.3、链轮，11.4、第一辊轮，11.5、帆布传送带，11.6、第二辊轮，12、被测水果，13、水果品质检测软件，14、视场。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括编码器1，两个链轮2，链式输送装置3，光照箱4，近红外摄像机5，结构光投射器6，彩色摄像机7，彩色图像图像采集卡8，近红外图像图像采集卡9，计算机10，水果转速控制器11。编码器1安装在一个链轮2上，编码器1输出的同步脉冲信号分别接到彩色图像图像采集卡8和近红外图像图像采集9的触发信号输入端，链式输送装置3的链条3.1环绕在两个链轮2上，光照箱4安装在链式输送装置3的上方，结构光投射器6、近红外摄像机5和彩色摄像机7均安装在光照箱4内部上方，近红外摄像机5的输出信号通过电缆接到近红外图像图像采集9，彩色摄像机7的输出信号通过电缆接到彩色图像图像采集卡8，彩色图像图像采集卡8，近红外图像图像采集卡9安装在计算机10的插槽，水果转速控制器11安装在由链式输送装置3形成的环内，位于光照箱下方，在光照箱下方，滚轮3.3压在帆布传送带11.5上；计算机10上安装水果品质检测软件13。
如图6和图7所示，所述的链式输送装置3由链条3.1，滚轮轴3.2，滚轮3.3组成。滚轮轴3.2穿过链条3.1和两个滚轮3.3，两个滚轮3.3对称地分布在链条3.1的两侧，水果12装载在由4个相邻滚轮3.3形成的空间内。
如图3所示，所述的近红外摄像机5由滤光片固定筒5.1，滤光片5.2，镜头5.3及单色摄像机5.4组成。滤光片固定筒5.1固定在单色摄像机5.4的机身上，镜头5.3安装在单色摄像机5.4上，滤光片5.2安装在滤光片固定筒5.1上，位于镜头5.3的外侧，并与镜头5.3同轴。
如图4所示，所述的结构光投射器6由筒形灯架6.1，双缝片6.2，单缝片6.3，凸透镜6.4，滤光片6.5，卤钨灯6.6，风扇6.7组成。筒形灯架6.1为球面筒底与的组合，卤钨灯6.6安装在筒形灯架6.1的球面筒底处，由此向外，依次在筒形灯架6.1的圆柱形筒身上安装滤光片6.5、凸透镜6.4、单缝片6.3和双缝片6.2，风扇6.7安装在卤钨灯6.6的另一侧。
如图5所示，所述的水果转速控制器11由调速电机11.1，传动链条11.2，链轮11.3，第一辊轮11.4，第二辊轮11.6，帆布传送带11.5组成。调速电机11.1通过传动链条11.2与链轮11.3连接，链轮11.3安装在第一辊轮11.4上，第一辊轮11.4和第二辊轮11.6通过帆布传送带11.5连接。
如图8所示，在视场14上，有4个水果图像拍摄位置，在每个拍摄位置有12个基准点，分别为S001～S012、S101～S112、S201～S212和S301～S3 12；结构光投射器6投射的条状光线通过上述48个基准点。
工作时，链轮2由外部动力机驱动，沿顺时针旋转，水果12在链式输送装置3的带动下，从左边进入视场14；当水果12到达视场14的指定位置时，编码器1产生的同步脉冲触发彩色图像图像采集卡8和近红外图像图像采集9采集图像，分别得到水果的彩色图像和带有近红外结构光线条的近红外图像；这些图像按图2所示的方法进行处理：从带有近红外结构光线条的近红外图像上获取水果的3D信息，从彩色图像上获取水果的表面色彩信息，利用视场14上的48个基准点进行图像匹配；在此基础上，进行信息融合，完成水果品质指标检测：尺寸检测、着色面积检测、缺陷面积检测、果形检测。
Claims (5)
1.一种基于图像信息融合技术的水果品质检测系统，其特征在于：包括编码器(1)，两个链轮(2)，链式输送装置(3)，光照箱(4)，近红外摄像机(5)，结构光投射器(6)，彩色摄像机(7)，彩色图像图像采集卡(8)，近红外图像图像采集卡(9)，计算机(10)，水果转速控制器(11)；编码器(1)安装在一个链轮(2)上，编码器(1)输出的同步脉冲信号分别接到彩色图像图像采集卡(8)和近红外图像图像采集(9)的触发信号输入端，链式输送装置(3)的链条(3.1)环绕在两个链轮(2)上，光照箱(4)安装在链式输送装置(3)的上方，结构光投射器(6)、近红外摄像机(5)和彩色摄像机(7)均安装在光照箱(4)内部上方，近红外摄像机(5)的输出信号通过电缆接到近红外图像图像采集(9)，彩色摄像机(7)的输出信号通过电缆接到彩色图像图像采集卡(8)，彩色图像图像采集卡(8)，近红外图像图像采集卡(9)安装在计算机(10)的插槽，水果转速控制器(11)安装在由链式输送装置(3)形成的环内，位于光照箱下方，在光照箱下方，滚轮(3.3)压在帆布传送带(11.5)上；计算机(10)上安装水果品质检测软件(13)。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像信息融合技术的水果品质检测系统，其特征在于：所述的链式输送装置(3)由链条(3.1)，滚轮轴(3.2)，滚轮(3.3)组成；滚轮轴(3.2)穿过链条(3.1)和两个滚轮(3.3)，两个滚轮(3.3)对称地分布在链条(3.1)的两侧，水果(12)装载在由4个相邻滚轮(3.3)形成的空间内。。
3.根据权利要求1所述的一种基于图像信息融合技术的水果品质检测系统，其特征在于：所述的近红外摄像机(5)由滤光片固定筒(5.1)，滤光片(5.2)，镜头(5.3)及单色摄像机(5.4)组成；滤光片固定筒(5.1)固定在单色摄像机(5.4)的机身上，镜头(5.3)安装在单色摄像机(5.4)上，滤光片(5.2)安装在滤光片固定筒(5.1)上，位于镜头(5.3)的外侧，并与镜头(5.3)同轴。
4.根据权利要求1所述的一种基于图像信息融合技术的水果品质检测系统，其特征在于：所述的结构光投射器(6)由筒形灯架(6.1)，双缝片(6.2)，单缝片(6.3)，凸透镜(6.4)，滤光片(6.5)，卤钨灯(6.6)，风扇(6.7)组成；筒形灯架(6.1)为球面筒底与圆柱形筒身的组合，卤钨灯(6.6)安装在筒形灯架(6.1)的球面筒底处，由此向外，依次在筒形灯架(6.1)的圆柱形筒身上安装滤光片(6.5)、凸透镜(6.4)、单缝片(6.3)和双缝片(6.2)，风扇(6.7)安装在卤钨灯(6.6)的另一侧。
5.根据权利要求1所述的一种基于图像信息融合技术的水果品质检测系统，其特征在于：所述的水果转速控制器(11)由调速电机(11.1)，传动链条(11.2)，链轮(11.3)，第一辊轮(11.4)，第二辊轮(11.6)，帆布传送带(11.5)组成；调速电机(11.1)通过传动链条(11.2)与链轮(11.3)连接，链轮(11.3)安装在第一辊轮(11.4)上，第一辊轮(11.4)和第二辊轮(11.6)通过帆布传送带(11.5)连接。
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