專利名稱：一種基于機器視覺的紅提葡萄自動分級裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及水果分級技術領域，尤其涉及一種基于機器視覺的紅提葡萄自動分級裝置。具體地說，本實用新型是利用機器視覺技術采集紅提葡萄的圖像，通過一系列的圖像處理，根據紅提葡萄單顆粒的大小與整串顏色進行分級；為紅提葡萄的分級、進入市場提供ー種快速有效的手段。
技術背景長期以來，紅提葡萄的分類是依靠人的肉眼判斷，主觀性較強，分類工作枯燥而繁瑣；并且由于分類標準來自人的主觀判斷，不同的人的分辨標準更是千差萬別，因此分類誤
差較大。機器視覺方面的研究已有很多，尤其在農產品無損檢測和分類方面更是廣泛，然而國內外這ー類的研究大多都以桔子、蘋果、番茄等形狀規則的單果目標為對象進行研究。而對于紅提葡萄，由于其形狀不規則，圖像分割和處理難度很大，國內外對這ー類的研究都很少，即使有也主要是對整串的大小或者形態進行研究，而針對單粒葡萄的大小鑒別則很少見。利用機器視覺來判斷物體的大小已經屢見不鮮。安愛琴、余澤通等通過對蘋果圖像處理，測量蘋果的直徑，從而依據大小對蘋果進行分類(安愛琴、余澤通、王宏強，2008)。熊利榮、任奕林等對單粒花生的像素數進行提取和計算，進而實現了對單粒花生大小的分類(熊利榮、任奕林、肖任勤，2007)。祝連海、劉木華利用最小矩形法和形心邊緣距離法實現了對臍橙大小的快速在線檢測分類(祝連海、劉木華，2008)。諸如此類，目前絕大多數的利用機器視覺進行大小鑒別都是針對單個整體，而對于紅提葡萄這樣的成串物體中的單個個體的大小鑒別很少有人涉及。目前利用機器視覺對紅提葡萄的研究大多取整串為研究對象，研究方向主要集中在目標識別和病蟲害防治。例如，田銳、郭艷玲從葡萄的顔色特征著手，實現了在自然場景下對葡萄的識別，對開發采摘機器人有一定的借鑒意義(田銳、郭艷玲，2008)。而現有的利用機器視覺對葡萄進行分級的研究中，也是針對整串的形態來進行。例如，陳英、廖濤等人使用投影面積法和果軸方向投影曲線計算葡萄整串的大小和形狀參數，進而實現對葡萄的品質分級，對顏色分級的準確率高達90%，對大小形狀的分級準確率則達到了 88. 3% (陳英、廖濤、林初靠等，2010)。經檢索，國內尚未發現有關紅提葡萄自動分級技術及分選設備應用于生產實際。發明內容本實用新型的目的就在于克服現有技術存在的問題，提供一種基于機器視覺的紅提葡萄自動分級裝置。本實用新型的目的是這樣實現的本實用新型利用機器視覺，使用特定的算法，對紅提葡萄的圖像進行分割計算，對單粒葡萄的大小進行鑒別，從而實現葡萄大小分類標準的客觀化，分類過程的自動化，分類工作的高效化。采用機器視覺進行紅提葡萄的大小分類，能夠把工人從繁瑣枯燥的葡萄分類工作中解放出來，提高工作效率和準確性，有著重要意義。本實用新型主要針對紅提葡萄大小進行鑒別，與其他現有的研究不同的是，本實用新型依據整串葡萄中單粒的大小進行分類，而非整串的大小。在本實用新型中，主要完成以下幾項工作I、采集成串紅提葡萄的圖像，主要包括試驗用紅提葡萄的選擇，試驗器材的準備，拍攝照片等。2、尋找合適算法，進行圖像處理，提取特征參數；這是最為關鍵的地方，分為兩個主要的步驟，第一是圖像預處理，采用合適的算法實現葡萄與背景的分割；第二是特征參數的提取與計算，本實用新型利用分割后的邊界，提取邊界數組，進而計算邊界上每一點的曲率角，根據曲率角的平均值來判別葡萄的大小。 3、建立不同大小等級的紅提自動識別模型，并加以檢驗。本實用新型的重點和難點在于如何進行圖像預處理以及提取哪ー種特征參數作為分級的標準，而這二者息息相關。最終要實現的目標是通過機器視覺圖像技術能夠提取出合理的參數，建立紅提的大小分級模型，實現無損快速檢測紅提葡萄的大小。具體地說，本實用新型的技術方案如下一、基于機器視覺的紅提葡萄自動分級裝置(簡稱裝置)如圖1，本裝置由燈箱、密閉箱、環形日光燈、エ業相機和平板電腦組成；密閉箱和燈箱上下連接成ー個整體，在兩箱之間的隔板上設置有ー個圓孔；在兩箱的側壁上設置有平板電腦；在燈箱的上部中間內置有環形日光燈，在密閉箱的下部中間內置有エ業相機，エ業相機的攝像頭正對圓孔；エ業相機通過數據線和平板電腦相連；紅提葡萄置于燈箱中。ニ、基于機器視覺的紅提葡萄自動分級方法(簡稱方法)本方法包括下列步驟①對待測的紅提葡萄進行編號；②依次把紅提葡萄放入密閉箱中采集圖像每拍攝ー張，保存和重命名，用特定的命名序列對采集的圖像加以分類；圖像采集過程中，盡量保持背景的干凈和整潔，避免給后期的圖像與處理帶來麻煩。毎次拍攝2 4張，拍完一次后，將其翻轉，改變擺放的角度，重復拍攝，從而實現從一串紅提匍萄盡可能多的提取彳目息；③采集圖像完成后，記錄好圖像，對圖像進行處理A、對圖像增強通過對圖像灰度等級的變換以達到強調被關注的特征，抑制不受關注的特征，使圖像質量得到改善，信息量得到豐富；B、對圖像分割[0034]通過檢測目標物的輪廓，將目標物與背景分割開來；C、提取圖像的特征參數邊界曲線彎曲程度能間接反映出單粒葡萄的大小，邊界曲線彎曲程度最直觀的衡量辦法是使用曲率或者曲率角；利用計算機軟件搜索紅提輪廓，并以單個顆粒的結點將單個顆粒分割開來，計算平均曲率角和平均弧長線；D、代入模型表達式，判斷葡萄大小；如圖2，在(紅提葡萄)弧線上選取三個點ΡρΡ、Ρ2，其中P1到P與P到P2的距離是相等，則P點的曲率角定義為向量P P1與向量P2P的夾角。
卜一 I所述模型表達式為Θ = arccos
a · O
VJ本實用新型的工作原理是將紅提葡萄00從燈箱10的側門11置于燈箱10中，開亮環形日光燈30，為紅提葡萄00提供光源，調節エ業相機40的攝像頭41通過圓孔K對準紅提葡萄00，采集紅提葡萄00的圖像；平板電腦50內置有圖像采集卡和圖像處理軟件，判斷成串紅提葡萄00的單粒大小，從而把各種級別的紅提葡萄00檢測出來。本實用新型具有以下優點和積極效果I、采用機器視覺技木，能夠完成自動分級；2、標準統一，分級準確；3、利用計算機處理圖像，效率高；4、能實現無損檢測分級；5、用機器代替人眼，能夠適應現代化自動檢測行業，具有良好的應用推廣前景。
圖I是本裝置的結構示意圖，圖中00-紅提葡萄，10-燈箱， 11-燈箱側門；20-密閉箱，12-密閉箱頂門；30-環形日光燈；40-エ業相機，41-攝像頭；50—平板電腦。圖2是紅提葡萄的模型說明圖；圖3是圖像處理軟件的工作流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例詳細說明一、裝置I、總體如圖1，本裝置由燈箱10、密閉箱20、環形日光燈30、エ業相機40和平板電腦50組成；密閉箱20和燈箱10上下連接成ー個整體，在兩箱之間的隔板上設置有一個圓孔(約40mm) K ;在兩箱的側壁上設置有平板電腦50 ；在燈箱10的上部中間內置有環形日光燈30，在密閉箱20的下部中間內置有エ業相機40，エ業相機40的攝像頭41正對圓孔K ;エ業相機40通過數據線和平板電腦50相連；紅提葡萄00置于燈箱10中。2、功能塊I)環形日光燈30環形日光燈30是ー種通用外購件。如選用Philips TLSC型環形日光燈；其功能是為紅提葡萄00提供光源。2 )エ業相機40エ業相機40是ー種通用外購件。如選用UI-2210RE-C-HGエ業相機；其功能是采集紅提葡萄的圖像數據。3)平板電腦50平板電腦50是ー種通用外購件。選用D525, cpu 主頻 IGHz,內存 1G, Lan/com/12_28v Adaptor。平板電腦50中內置有圖像采集卡和圖像處理軟件。所述的圖像處理軟件的工作流程是①讀取圖像I ;②求補，提取RGB分量，灰度圖運算，直方圖均衡化處理，檢測邊緣，閉運算2 ；③檢測區域面積是否大于50003，是則進入步驟④，否則繼續步驟③；④只保留大于5000的區域，膨脹運算，重寫讀取RGB分量，自適應調整，檢測邊緣，閉運算，填充空洞4;⑤檢測區域面積是否大于20005，是則進入步驟⑥，否則繼續步驟⑤；⑥只保留大于2000的區域，閉運算，填充空洞，去除毛刺，提取邊界信息6 ；⑦分為兩類計算計算曲率角A ;計算突變點B ；計算曲率角A①檢測所求曲率角是否為無窮大Al，是則重復步驟①Al，否則進入步驟②A2 ；②存儲該點曲曲率角A2 ;③檢測是否結束A3，是則進入步驟④A4，否則轉跳到步驟①Al ；④求平均，輸出結果A4;⑤建立并檢驗分類模型C ；計算突變點B①檢測相鄰三點所成角是否大于閾值BI，是則重復步驟①BI，否則進入步驟②B2 ；②存儲該點存儲該點突變點B2 ；③檢測是否結束B3，是則進入步驟④B4，否則轉跳到步驟①BI ；④提取邊界總長度，計算平均弧線長B4 ；[0095]⑤建立并檢驗分類模型C。3、檢測結果本實施例的試驗樣品購自于華農超市，將紅提葡萄按顏色分為兩類紅色的、紫紅 色；按大小分為三類特大、偏大、偏小。顏色判斷準確率為96%，大小判斷正確率為85%。
權利要求1.一種基于機器視覺的紅提葡萄自動分級裝置，其特征在于 由燈箱(10)、密閉箱(20)、環形日光燈(30)、エ業相機(40)和平板電腦(50)組成；密閉箱(20)和燈箱(10)上下連接成ー個整體，在兩箱之間的隔板上設置有一個圓孔(K);在兩箱的側壁上設置有平板電腦(50)； 在燈箱(10)的上部中間內置有環形日光燈(30)，在密閉箱(20)的下部中間內置有エ業相機(40)，エ業相機(40)的攝像頭(41)正對圓孔(K)； エ業相機(40)通過數據線和平板電腦(50)相連； 紅提葡萄(00)置于燈箱(10)中。
專利摘要本實用新型公開了一種基于機器視覺的紅提葡萄自動分級裝置，涉及水果分級技術領域。本裝置的結構是密閉箱和燈箱上下連接成一個整體，在兩箱之間的隔板上設置有一個圓孔；在兩箱的側壁上設置有平板電腦；在燈箱的上部中間內置有環形日光燈，在密閉箱的下部中間內置有工業相機，工業相機的攝像頭正對圓孔；工業相機通過數據線和平板電腦相連；紅提葡萄置于燈箱中。本實用新型采用機器視覺技術，能夠完成自動分級；標準統一，分級準確；利用計算機處理圖像，效率高；能實現無損檢測分級；用機器代替人眼，能夠適應現代化自動檢測行業，具有良好的應用推廣前景。
文檔編號G01N21/25GK202599818SQ20122024765
公開日2012年12月12日 申請日期2012年5月30日 優先權日2012年5月30日
發明者王巧華, 丁幼春, 羅俊, 許堃瑞, 李敏 申請人:華中農業大學