CN204486324U - 一种彩色双ccd脱绒棉种色选系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种彩色双CCD脱绒棉种色选系统，包括振动喂料系统、光学检测系统、次品分离系统、人机交互系统、清扫系统；其特征在于：所述光学检测系统包括LED RGB光源系统、参考背景单元和彩色CCD相机单元；分选接口处理单元具有2个灵敏度门槛同步设置及缺陷尺寸自定义控制功能；利用彩色双CCD智能识别算法确定棉种的颜色、形状等特征信息，对加工后的棉种进行红籽、白籽、裂纹、破损、瘪籽等不良品的筛选，提高种子的发芽率及商品性，提升国产色选产品的竞争力。

Description

一种彩色双CCD脱绒棉种色选系统

技术领域

本实用新型涉及一种农产品加工领域种子分选机，尤其是一种彩色双CCD脱绒棉种色选系统，用于脱绒棉种色选。

背景技术

棉种是棉花生产最基本的生产资料，影响棉花产量的高低和纤维品质的好坏。由于地理环境、气候条件、栽培管理条件和自然灾害等因素的影响，棉种的内在质量和外在质量也千差万别。有的造成棉种成熟度较差，未成熟的红籽，不孕的秕籽及不发芽的死种子增多,导致种子发芽率严重下降。据近几年加工产区抽样结果显示，棉种异色、破籽等不合格种子所占比例高达26%~28%，严重影响了棉种的商品性能。区分不成熟棉种与成熟棉种的最大外观差异是棉种的表面颜色不同，以新疆产区为例，成熟的棉种大都接近黑褐色，而未成熟的棉种大都接近红棕色，另外在棉种的生产过程中还需要避免破籽。目前，剔除红棕色及裂纹破碎种子的手段由人工选种，采用介电、重力、窝眼、风筛、磁力和摩擦等方法，但是对去除原料中的石子或瘪籽、裂纹种子的效果仍然有限。

棉种色选机是利用棉种色别之差原理，对加工好的成品种子进行红、白籽、黄籽的筛选，留下黑褐色的合格种子，经过色选后的棉种颜色一致，子粒饱满均匀，发芽率提高。国内首台棉种色选机于2004年从美国引进，与此同时国内各研究机构也开始投入自主研发，但在对瘪籽、裂纹种子的分选上仍然具有遗留问题，当前棉种色选机市场仍以国外品牌的占据主要份额。现有的自主研发棉种色选机由于设计缺陷原因，不能对瘪籽、裂纹种子进行完全分选；如何解决这个问题就成为了本技术领域的技术人员所要研究和解决的课题。

发明内容

本实用新型的目的就是为克服现有技术的不足，提供一种彩色双CCD脱绒棉种色选系统，通过结构设计和改进，采用彩色双CCD对射检测技术及RGB-HSV空间模型变换算法，建立物料的色度、完整度模型，实现对不合格棉种如异色、瘪籽、裂纹种子的筛选，有效提高棉种的发芽率。

本实用新型是通过这样的技术方案实现的：一种彩色双CCD脱绒棉种色选系统，结构上包括振动喂料系统、光学检测系统、次品分离系统、人机交互系统、清扫系统，系统电路控制系统控制运行；

其特征在于：电路控制系统包括：彩色CCD相机模块、图像信号处理模块、人机界面交互模块、气阀控制模块、照明系统模块、清扫控制模块、上料控制模块、收料控制模块和电源管理模块；

人机界面交互模块分别与8个彩色CCD相机模块、4个图像信号处理模块、照明系统模块、清扫控制模块、上料控制模块、收料控制模块和电源管理模块连接；

每个图像信号处理模块的输入端分别与通道物料流前后侧的两个彩色CCD相机模块、一个气阀控制模块连接，构成一个独立的色选通道；

第一色选通道的两个彩色CCD相机模块分别为第一通道物料流前侧的第1彩色CCD相机模块及第一通道物料流后侧的第2彩色CCD相机模块；

第二色选通道的两个彩色CCD相机模块分别为第二通道物料流前侧的第3彩色CCD相机模块元及第二通道物料流后侧的第4彩色CCD相机模块；

第三色选通道的两个彩色CCD相机模块分别为第三通道物料流前侧的第5彩色CCD相机模块，第三通道物料流后侧的第6彩色CCD相机模块；

第四色选通道的两个彩色CCD相机模块分别为第四通道物料流前侧的第7彩色CCD相机模块及第四通道物料流后侧的第8彩色CCD相机模块；

每个彩色CCD相机模块负责物料信号的采集及将图像信号差分传输到图像信号处理模块；

图像信号处理模块根据人机界面交互模块设置的次品特征指令对各个色选通道前、后侧彩色CCD相机模块采集的信息进行特征分析并发送对应通道的物料清除信号到气阀控制模块；气阀控制模块接收控制信号后，驱动高速压缩空气流将次品物料吹出；

照明系统模块提供足以区分物料特征信息的反射亮度；

清扫控制模块通过定时及手动清扫保证检测视窗的清洁；

上料控制模块保证稳定的物料流进入检测视场；

收料控制模块将分选后的良品、次品物料输送到下一生产加工线；

电源管理模块负责管理整个系统电能的分配及应用控制；

所述光学检测系统包括LED-RGB光源系统、参考背景单元和彩色CCD相机单元；彩色CCD相机单元包括分选接口处理单元，分选接口处理单元具有2个灵敏度门槛同步设置及缺陷尺寸自定义控制功能；

所述的彩色CCD相机单元及其配合的线扫描专用镜头，实现动态棉种的颜色特征信息的提取、形状特征信息的提取和表面特征信息的提取；

所述颜色特征信息提取过程：通过建立棉种的HSV颜色圆锥体模型实现异色差异信息的提取；对物料异色度及完整性分析处理；

所述形状特征信息过程：通过彩色双CCD脱绒棉种色选系统，设定棉种落速约为3m/s，合格棉种长度6-9mm；

要实现颜色、形状多特征信息提取，单粒棉种最小行扫描频率需大于10，加之棉种下落姿态的不确定性，相机设计响应速度为100us；

相机采集板硬件架构包括电源管理电路、CCD驱动控制电路、噪声处理电路、AD转换电路、差分传输电路；

当物料通过滑槽进入光学检测区域后，物料表面反射的光源能量由镜头进入彩色CCD成像面，彩色CCD将感知到的光学信号转化为模拟电学信号，并通过去噪、放大、AD转换后将物料的RGB数字信息传递给FPGA处理单元，FPGA通过内置处理算法结合上位机控制指令完成图像信息特征值的提取，并将控制信号以LVDS差分形式发送给执行机构。

本实用新型的有益效果：脱绒棉种色选机，具有多颜色特征的LEDRGB光源系统，其照度、主波长和色品坐标稳定，辐射均匀度良好，满足彩色线阵CCD视觉测量需求。通过结构设计和改进，采用彩色双CCD对射检测技术及RGB-HSV空间模型变换算法，通过建立物料的色度、完整度分析模型措施，实现对不合格棉种如异色、瘪籽、裂纹种子的筛选，有效提高棉种的发芽率。

参考背景单元，提供基准光量，用于将棉种的反射光量与透射光量相比较识别不良品。背景装置内设有色度均匀的LED背景灯，用于照亮背景板，将经过背景板的透射光线作为基准光，为前端传感器所采集的颜色信号提供判别依据。

附图说明

图1.、为本实用新型的结构示意图；

图2、为本实用新型的设备电路控制系统框图；

图3、为成像系统布局示意图；

图4、为相机采集板硬件架构图。

图中：1.振动送料器，2.振动台喂料系统，3.物料运动溜槽板，4.光学检测单元，5.背景单元，6.执行结构，7.合格品料斗，8.不合格品料斗。

具体实施方式

为了更清楚的理解本实用新型，结合附图和实施例详细描述本实用新型：

如图1至图4所示，一种彩色双CCD脱绒棉种色选系统，包括振动喂料系统1、光学检测系统2、次品分离系统3、人机交互系统4、清扫系统5。

如图2所示，电路控制系统包括：彩色CCD相机模块、图像信号处理模块、人机界面交互模块、气阀控制模块照明系统模块、清扫控制模块、上料控制模块、收料控制模块和电源管理模块；

每个图像信号处理模块的输入端分别通道物料流前后侧的两个彩色CCD相机模块、一个气阀控制模块连接，构成一个独立的色选通道；

第一色选通道的两个彩色CCD相机模块分别为第一通道物料流前侧的第1彩色CCD相机模块，第一通道物料流后侧的第2彩色CCD相机模块；

第二色选通道的两个彩色CCD相机模块分别为第二通道物料流前侧的第3彩色CCD相机模块元，第二通道物料流后侧的第4彩色CCD相机模块；

第三色选通道的两个彩色CCD相机模块分别为第三通道物料流前侧的第5彩色CCD相机模块，第三通道物料流后侧的第6彩色CCD相机模块；

第四色选通道的两个彩色CCD相机模块分别为第四通道物料流前侧的第7彩色CCD相机模块，第四通道物料流后侧的第8彩色CCD相机模块；

每个彩色CCD相机模块负责物料信号的采集及将图像信号差分传输到图像信号处理模块；

图像信号处理单元根据人机界面单元设置的次品特征指令对各个色选通道前、后侧彩色CCD相机单元采集的信息进行特征分析并发送对应通道的物料清除信号到气阀驱动模块；气阀控制单元接收控制信号后，驱动高速压缩空气流将次品物料吹出；

照明系统单元提供足以区分物料特征信息的反射亮度；

清扫控制模块通过定时及手动清扫保证检测视窗的清洁；

上料控制模块保证稳定的物料流进入检测视场；

收料控制模块将分选后的良品、次品物料输送到下一生产加工线；

电源管理模块负责管理整个系统电能的分配及应用控制；

所述光学检测系统2包括LEDRGB光源系统、参考背景单元和彩色CCD相机单元；分选接口处理单元具有2个灵敏度门槛同步设置及缺陷尺寸自定义控制功能；

所述的彩色CCD相机单元，及其配合的线扫描专用镜头，实现动态棉种的颜色特征信息的提取、形状特征信息的提取和表面特征信息的提取；

所述颜色特征信息提取过程：通过建立棉种的HSV颜色圆锥体模型实现异色差异信息的提取；

所述形状特征信息过程：通过彩色双CCD脱绒棉种色选系统，设定棉种落速约为3m/s，合格棉种长度6-9mm；

要实现颜色、形状多特征信息提取，单粒棉种最小行扫描频率需大于10，加之棉种下落姿态的不确定性，相机设计响应速度为100us。

如图4所示，相机采集板硬件架构图；相机采集板硬件架构包括电源管理电路、CCD驱动控制电路、噪声处理电路、AD转换电路、差分传输电路；

当物料通过滑槽进入光学检测区域后，物料表面反射的光源能量由镜头进入彩色CCD成像面，彩色CCD将感知到的光学信号转化为模拟电学信号，并通过去噪、放大、AD转换后将无聊的RGB数字信息传递给FPGA，FPGA通过内置处理算法结合上位机控制指令完成图像信息特征值的提取，并将控制信号以LVDS差分形式发送给执行机。

本实用新型的彩色双CCD脱绒棉种色选系统，分选过程中，首先被选物料由进料料斗1，通过电磁振动盘2配送到各个分选通道，经过一定长度的倾斜滑槽3，整理排序呈单层多列流水线行驶进入线阵相机4检测区域，然后彩色传感器将感应到的色度信息送入相机专用处理系统，系统根据检测到的物料特征信息与事先建立的模型库及标定特征区域进行匹配判断，当物料满足异色或异形条件时，系统自动将其定义为不良品，发出延时控制指令，在对应物料到达喷嘴位置时，电磁阀执行机构6通过喷射将不合格品吹入不合格品仓-前侧料斗8，而合格品继续自由下落顺势进入合格品仓-料斗7，从而实现分选目的。

根据上述说明，结合本领域技术可实现本实用新型的方案。

Claims (1)

1.一种彩色双CCD脱绒棉种色选系统，结构上包括振动喂料系统（1）、光学检测系统（2）、次品分离系统（3）、人机交互系统（4）、清扫系统（5），系统电路控制系统控制运行；

其特征在于：电路控制系统包括：彩色CCD相机模块、图像信号处理模块、人机界面交互模块、气阀控制模块、照明系统模块、清扫控制模块、上料控制模块、收料控制模块和电源管理模块；

人机界面交互模块分别与8个彩色CCD相机模块、4个图像信号处理模块、照明系统模块、清扫控制模块、上料控制模块、收料控制模块和电源管理模块连接；

每个图像信号处理模块的输入端分别与通道物料流前后侧的两个彩色CCD相机模块、一个气阀控制模块连接，构成一个独立的色选通道；

第一色选通道的两个彩色CCD相机模块分别为第一通道物料流前侧的第1彩色CCD相机模块及第一通道物料流后侧的第2彩色CCD相机模块；

第二色选通道的两个彩色CCD相机模块分别为第二通道物料流前侧的第3彩色CCD相机模块元及第二通道物料流后侧的第4彩色CCD相机模块；

第三色选通道的两个彩色CCD相机模块分别为第三通道物料流前侧的第5彩色CCD相机模块，第三通道物料流后侧的第6彩色CCD相机模块；

第四色选通道的两个彩色CCD相机模块分别为第四通道物料流前侧的第7彩色CCD相机模块及第四通道物料流后侧的第8彩色CCD相机模块；

每个彩色CCD相机模块负责物料信号的采集及将图像信号差分传输到图像信号处理模块；

图像信号处理模块根据人机界面交互模块设置的次品特征指令对各个色选通道前、后侧彩色CCD相机模块采集的信息进行特征分析并发送对应通道的物料清除信号到气阀控制模块；气阀控制模块接收控制信号后，驱动高速压缩空气流将次品物料吹出；

照明系统模块提供足以区分物料特征信息的反射亮度；

清扫控制模块通过定时及手动清扫保证检测视窗的清洁；

上料控制模块保证稳定的物料流进入检测视场；

收料控制模块将分选后的良品、次品物料输送到下一生产加工线；

电源管理模块负责管理整个系统电能的分配及应用控制；

所述光学检测系统（2）包括LED-RGB光源系统、参考背景单元和彩色CCD相机单元；彩色CCD相机单元包括分选接口处理单元，分选接口处理单元具有2个灵敏度门槛同步设置及缺陷尺寸自定义控制功能；

所述的彩色CCD相机单元及其配合的线扫描专用镜头，实现动态棉种的颜色特征信息的提取、形状特征信息的提取和表面特征信息的提取；

所述颜色特征信息提取过程：通过建立棉种的HSV颜色圆锥体模型实现异色差异信息的提取；对物料异色度及完整性分析处理；

所述形状特征信息过程：通过彩色双CCD脱绒棉种色选系统，设定棉种落速约为3m/s，合格棉种长度6-9mm；

要实现颜色、形状多特征信息提取，单粒棉种最小行扫描频率需大于10，加之棉种下落姿态的不确定性，相机设计响应速度为100us；

相机采集板硬件架构包括电源管理电路、CCD驱动控制电路、噪声处理电路、AD转换电路、差分传输电路；

当物料通过滑槽进入光学检测区域后，物料表面反射的光源能量由镜头进入彩色CCD成像面，彩色CCD将感知到的光学信号转化为模拟电学信号，并通过去噪、放大、AD转换后将物料的RGB数字信息传递给FPGA处理单元，FPGA通过内置处理算法结合上位机控制指令完成图像信息特征值的提取，并将控制信号以LVDS差分形式发送给执行机构。