基于機(jī)器視覺(jué)的紅提果粉及果粒尺寸在線檢測(cè)方法及其裝備.pdf

1、近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們消費(fèi)水平的普遍提高，葡萄產(chǎn)業(yè)得到了很大的發(fā)展，葡萄已成為我國(guó)最受歡迎的水果之一。但是我國(guó)葡萄商品化處理程度低，一直制約著葡萄產(chǎn)業(yè)向規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化的方向轉(zhuǎn)變。葡萄為穗狀結(jié)構(gòu)、果粒較多、果實(shí)柔軟、易碰傷，故葡萄產(chǎn)后加工存在較大困難。目前，我國(guó)絕大多數(shù)地區(qū)仍采用人工分級(jí)方法，利用簡(jiǎn)陋的工具根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分級(jí)。人工分級(jí)效率低下、成本高、強(qiáng)度大，因此，市場(chǎng)迫切需要葡萄品質(zhì)在線檢測(cè)分級(jí)技術(shù)及裝備。
　　本文以葡萄

2、的一個(gè)品種——紅提為研究對(duì)象，運(yùn)用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，建立了紅提果粉附著率和紅提果粒尺寸的在線分級(jí)模型，設(shè)計(jì)了一套紅提在線檢測(cè)與分級(jí)硬件與軟件系統(tǒng)，具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)搭建了紅提圖像采集試驗(yàn)平臺(tái)。在一個(gè)試驗(yàn)用環(huán)形運(yùn)輸線上，搭建紅提圖像在線采集裝置，設(shè)計(jì)了尺寸大小為600×450×450mm3的暗箱，暗箱頂端的切槽保證了夾持機(jī)構(gòu)的持續(xù)運(yùn)輸，暗箱內(nèi)的光電傳感器感知紅提串并觸發(fā)相機(jī)，實(shí)現(xiàn)紅提圖像的連續(xù)采集;分析對(duì)比了多種不同光源的優(yōu)

3、缺點(diǎn)，選用了環(huán)形光源和前光源的照明方式;為能夠同時(shí)提取紅提形態(tài)輪廓和顏色特征，選用了能同時(shí)獲取紅提彩色圖像和近紅外圖像的工業(yè)相機(jī)和鏡頭。
　　(2)研究了紅提果粉附著率等級(jí)的判別方法。在圖像的預(yù)處理階段，采用了歸一化超綠法，去除了紅提圖像中的綠色果梗信息的干擾;采用交互式取點(diǎn)的方法，提取了果粉及果肉區(qū)域的顏色特征，分別采用樸素貝葉斯、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和SVM支持向量機(jī)的方法建立了果粉的判別模型，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，SVM支持向量機(jī)模型檢測(cè)時(shí)

4、間短，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率高，應(yīng)用于果粉的在線識(shí)別可行。通過(guò)對(duì)比人工的分級(jí)結(jié)果，紅提果粉附著率的分級(jí)準(zhǔn)確率為93％。
　　(3)研究了紅提果粒尺寸檢測(cè)和分級(jí)方法。采用了基于形態(tài)學(xué)的開(kāi)閉重構(gòu)和局部極大值的方法，采集到近紅外圖像每粒果粒表面光斑位置，獲取果粒中心位置坐標(biāo)，完成果粒的粗定位。采用梯度分割算法，獲取每粒果粒輪廓像素點(diǎn)，但一些輪廓重疊嚴(yán)重的像素點(diǎn)仍會(huì)干擾目標(biāo)果粒的擬合，因此設(shè)計(jì)了一種隨機(jī)最小二乘的橢圓擬合算法，提取目標(biāo)果粒尺寸，并完成

5、果粒的精確定位。經(jīng)過(guò)與人工實(shí)測(cè)分級(jí)結(jié)果的驗(yàn)證，本研究設(shè)計(jì)的紅提尺寸檢測(cè)和分級(jí)準(zhǔn)確率為91％，實(shí)現(xiàn)了整串紅提果粒大小的自動(dòng)分級(jí)。
　　(4)針對(duì)紅提果粉和尺寸的檢測(cè)和分級(jí)模型，設(shè)計(jì)了基于機(jī)器視覺(jué)的在線控制系統(tǒng)和檢測(cè)軟件。在線控制系統(tǒng)主要包括了電機(jī)控制系統(tǒng)和圖像采集控制系統(tǒng)，分別實(shí)現(xiàn)了環(huán)形運(yùn)輸生產(chǎn)線速度的實(shí)時(shí)控制和紅提圖片的在線采集。在線檢測(cè)軟件是利用VS軟件中MFC控件設(shè)計(jì)的，其主要功能包括了上位機(jī)的協(xié)議設(shè)定、實(shí)時(shí)顯示紅提圖像、監(jiān)測(cè)

6、串口通信狀態(tài)和獲取紅提果粉和尺寸模型的分級(jí)結(jié)果等。
　　(5)設(shè)計(jì)了一套紅提在線檢測(cè)分級(jí)流水線裝備。流水線裝備主要包括輸送裝置、圖像采集裝置、分級(jí)踢出裝置和分揀裝置。輸送裝置采取了環(huán)形懸掛輸送鏈?zhǔn)降脑O(shè)計(jì)方法，保證了紅提運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性，模擬了實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的場(chǎng)景;設(shè)計(jì)了具有棘齒自鎖功能的夾持機(jī)構(gòu)，方便了紅提上下料過(guò)程，減少了人工工作量;設(shè)計(jì)有固定缺口形狀的分級(jí)踢出裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)紅提自動(dòng)連續(xù)的分選;設(shè)計(jì)由多個(gè)皮帶滾筒組合成的分揀裝置，實(shí)現(xiàn)了