專利名稱：基于dsp機(jī)器視覺的水果分級(jí)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于機(jī)器視覺的水果分級(jí)系統(tǒng)以及利用該系統(tǒng)進(jìn)行水果分級(jí)的 方法，屬于水果加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，基于機(jī)器視覺的水果分級(jí)系統(tǒng)是通過C⑶攝像頭采集流水線上的水果圖 像，并通過圖像采集卡將水果圖像數(shù)據(jù)傳送到工控機(jī)中進(jìn)行圖像處理，從而獲得水果外部 品質(zhì)的相關(guān)參數(shù)，然后根據(jù)這些參數(shù)由安裝在工控機(jī)上的分機(jī)軟件對(duì)水果進(jìn)行分級(jí)，并發(fā) 送各個(gè)水果的等級(jí)觸發(fā)信號(hào)給相應(yīng)等級(jí)出果口的觸發(fā)裝置，從而實(shí)現(xiàn)水果的分級(jí)。但是該 類系統(tǒng)的圖像一般需要通過CCD成像、數(shù)據(jù)采集卡、A/D轉(zhuǎn)換器才能到計(jì)算機(jī)中，然后通過 操作系統(tǒng)調(diào)用應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，一方面數(shù)據(jù)的傳輸浪費(fèi)大量時(shí)鐘周期，另一方面 相關(guān)的圖像處理算法都在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行、勢(shì)必也會(huì)占用大量時(shí)鐘周期，從而導(dǎo)致水果分級(jí) 系統(tǒng)實(shí)時(shí)性不高，降低了水果分級(jí)的分級(jí)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提高現(xiàn)有水果分級(jí)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、分級(jí)效率和準(zhǔn)確率，提供 一種基于DSP機(jī)器視覺的水果分級(jí)控制系統(tǒng)，以及采用該系統(tǒng)進(jìn)行水果分級(jí)的方法。該系 統(tǒng)將耗時(shí)的圖像采集和圖像處理任務(wù)都交由專用的DSP高速圖像處理系統(tǒng)執(zhí)行，工控機(jī)只 負(fù)責(zé)進(jìn)行人機(jī)交互和發(fā)送分級(jí)觸發(fā)信號(hào)。另外，在高速的DSP圖像處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了更為復(fù) 雜和精準(zhǔn)的水果分級(jí)方法。本發(fā)明的第一個(gè)技術(shù)方案是基于DSP機(jī)器視覺的水果分級(jí)系統(tǒng)，包括用來識(shí)別 輸送流水線上的水果外部品質(zhì)特征的機(jī)器視覺模塊，對(duì)水果進(jìn)行分級(jí)控制的工控機(jī)和安裝 在工控機(jī)的分級(jí)軟件，其特征是所述的機(jī)器視覺模塊由CCD攝像頭和DSP視頻處理系統(tǒng)構(gòu) 成；機(jī)器視覺模塊中的DSP視頻處理系統(tǒng)設(shè)有專用于圖像處理的DSP芯片。DSP視頻處理系統(tǒng)設(shè)有DSP板卡，DSP板卡通過PCI接口與工控機(jī)連接，并且DSP 板卡是插在工控機(jī)的機(jī)箱中。安裝在工控機(jī)中的分級(jí)軟件通過PCI接口連接DSP視頻處理系統(tǒng)。本發(fā)明的第二個(gè)技術(shù)方案是基于DSP機(jī)器視覺的水果分級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行水果分級(jí)的 方法，包括如下步驟水果隨輸送通道以均勻的速度運(yùn)行；通過由CXD攝像頭和DSP視頻處 理系統(tǒng)構(gòu)成的機(jī)器視覺模塊識(shí)別水果輸送流水線上的水果的外部品質(zhì)特征；由安裝在工控 機(jī)上的分級(jí)軟件對(duì)水果進(jìn)行分級(jí)控制，將水果分類到相應(yīng)等級(jí)的出果口中；其特征是一、攝像頭同時(shí)采集兩個(gè)水果輸送通道的PAL制式的模擬圖像信號(hào)，通過解碼器 將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為YUV格式圖像數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在DSP視頻處理系統(tǒng)的圖像采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)；二、對(duì)圖像采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中的水果圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，首先，利用中值濾波的 方法對(duì)圖像進(jìn)行平滑濾波；其次，采用基于閾值的分割法對(duì)水果圖像進(jìn)行背景分割處理； 最后，采用輪廓跟蹤的方法進(jìn)行水果邊界提取，從而得到水果邊界曲線；
三、利用對(duì)水果圖像進(jìn)行邊界提取得到邊緣點(diǎn)來確定水果的形心點(diǎn)，將通過果梗 與水果交界點(diǎn)和形心兩點(diǎn)的連線定為果軸，用過形心與果軸垂直的直徑來代表果徑，即為 水果的大?。凰?、對(duì)采集到的彩色水果圖像采用HSI彩色模型來表示水果顏色，并利用色度值H 對(duì)水果表面顏色組成進(jìn)行分析，計(jì)算出蘋果表面顏色鮮紅、濃紅所占比例來確定蘋果顏色 等級(jí)；五、根據(jù)表面壞損區(qū)域與非壞損區(qū)域的顏色特征差異，利用壞損區(qū)域與非壞損區(qū) 域交界處的突變，求得可疑壞損點(diǎn)，然后再利用區(qū)域增長(zhǎng)法，求出整個(gè)受損區(qū)域的面積；六、將上述三、四、五所得到的水果大小、顏色、缺陷特征參數(shù)通過PCI接口傳輸?shù)?工控機(jī)中分級(jí)軟件進(jìn)行分級(jí)。本發(fā)明科學(xué)合理，提高了水果分級(jí)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，分級(jí)速度快，分級(jí)準(zhǔn)確率高。由 DSP機(jī)器視覺系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、輸送模塊和分級(jí)觸發(fā)模塊等幾部分組成。DSP機(jī)器視覺 系統(tǒng)主要由CXD攝像頭、照明系統(tǒng)和DSP板卡組成。攝像頭采集水果的圖像傳送到DSP圖 像處理系統(tǒng)中，通過圖像處理算法提取分級(jí)所需的水果特征。人機(jī)交互系統(tǒng)則主要由工控 機(jī)和分級(jí)軟件組成。分級(jí)軟件又分為人機(jī)接口和分級(jí)控制部分。用戶通過人機(jī)接口部分可 以配置和測(cè)試整個(gè)水果分級(jí)系統(tǒng)。例如，用戶可以設(shè)置等級(jí)數(shù)及各等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值來控制系統(tǒng) 的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，或者利用觸發(fā)測(cè)試功能來測(cè)試觸發(fā)裝置是否能正常工作等等。DSP機(jī)器視覺系 統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)是通過PCI總線聯(lián)系起來的，實(shí)現(xiàn)方式是將DSP板卡插入工控機(jī)的PCI 接口。分級(jí)軟件的分級(jí)控制部分通過PCI總線直接訪問DSP寄存器獲取DSP圖像處理程序 提取的水果特征參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)來將水果分級(jí)。分級(jí)觸發(fā)模塊主要由旋轉(zhuǎn)編碼器、輸 入輸出卡和電磁觸發(fā)裝置組成。旋轉(zhuǎn)編碼器用于水果的定位，通過計(jì)算兩個(gè)不同時(shí)刻旋轉(zhuǎn) 編碼器脈沖之差就可以確定這段時(shí)間能水果在輸送裝置上運(yùn)行了多長(zhǎng)的距離，從而能判斷 水果是否已到達(dá)相應(yīng)等級(jí)的觸發(fā)位置。如果水果已經(jīng)到達(dá)觸發(fā)位置，則分級(jí)軟件會(huì)通過輸 入輸出卡發(fā)送觸發(fā)信號(hào)到相應(yīng)的通道，電磁觸發(fā)裝置接收到觸發(fā)指令后立刻將水果彈落到 相應(yīng)等級(jí)的出果口中。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖；圖3是本發(fā)明的水果分級(jí)原理圖；圖中1.C⑶攝像頭，2.光源箱，3. DSP板卡，4. PCI接口，5.工控機(jī)，6.分級(jí)軟件， 7. I/O卡，8.強(qiáng)電控制板，9.輸送裝置，10.分級(jí)觸發(fā)裝置，11.旋轉(zhuǎn)編碼器。
具體實(shí)施例方式在圖1中，攝像頭1和光源箱置于輸送裝置9的上方，用以采集水果的圖像信息。 攝像頭1通過視頻連線與DSP板卡相連，并將采集到的水果圖像信息傳送到DSP板卡中進(jìn) 行處理。DSP板卡3通過PCI接口 4與工控機(jī)5相連接，且置于工控機(jī)5機(jī)箱中。分級(jí)軟件 6安裝在工控機(jī)5中，以執(zhí)行人機(jī)交互和分級(jí)控制功能。旋轉(zhuǎn)編碼器11安裝在輸送裝置的一端轉(zhuǎn)輪上，以獲取轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，并以此來計(jì)算水果的位置信息，分級(jí)軟件6根據(jù)旋轉(zhuǎn) 編碼器11獲取的水果位置信息來控制何時(shí)觸發(fā)。I/O卡7插在工控機(jī)5機(jī)箱中，分級(jí)軟件 6將各水果的分級(jí)觸發(fā)信號(hào)通過I/O卡7傳送到強(qiáng)電控制板8，最后由強(qiáng)電控制板8來控制 分級(jí)觸發(fā)裝置10執(zhí)行觸發(fā)，將水果分別彈到相應(yīng)等級(jí)的出果口。本發(fā)明控制系統(tǒng)的運(yùn)行原理如圖2所示，CXD攝像頭采集水果輸送流水線上水果 的圖像，并將水果圖像信息傳送到DSP視頻處理系統(tǒng)中，DSP視頻處理系統(tǒng)通過一系列的圖 像處理算法將水果的外部品質(zhì)特征(如大小、顏色、形狀和缺陷等)信息提取出來。DSP視 頻處理系統(tǒng)通過PCI接口將提取的水果特征信息提供給安裝在工控機(jī)中的分級(jí)軟件，分級(jí) 軟件根據(jù)這些信息和通過人機(jī)交互模塊由用戶事先設(shè)置好的水果等級(jí)信息來判別當(dāng)前水 果屬于何等級(jí)。另一方面旋轉(zhuǎn)編碼器采集水果的位置信息提供給分級(jí)軟件，分級(jí)軟件據(jù)此 來決定水果何時(shí)進(jìn)行觸發(fā)。當(dāng)分級(jí)軟件判定當(dāng)前水果應(yīng)該觸發(fā)時(shí)，會(huì)通過I/O卡發(fā)送觸發(fā) 信號(hào)給強(qiáng)電控制板，然后由強(qiáng)電控制板控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)將當(dāng)前水果彈入相應(yīng)等級(jí)的出果口。本發(fā)明可用其他的不違背本發(fā)明的精神和主要特征的具體形式來概述，因此，本 發(fā)明的上述實(shí)施方案都只能認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的說明而不能限制本發(fā)明，在與本發(fā)明的權(quán)利 要求書相當(dāng)?shù)暮x和范圍內(nèi)任何改變，都應(yīng)認(rèn)為是包括在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種基于DSP機(jī)器視覺的水果分級(jí)系統(tǒng)，包括用來識(shí)別輸送流水線上的水果外部品質(zhì)特征的機(jī)器視覺模塊，對(duì)水果進(jìn)行分級(jí)控制的工控機(jī)和安裝在工控機(jī)的分級(jí)軟件，其特征是所述的機(jī)器視覺模塊由CCD攝像頭和DSP視頻處理系統(tǒng)構(gòu)成；機(jī)器視覺模塊中的DSP視頻處理系統(tǒng)設(shè)有專用于圖像處理的DSP芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP機(jī)器視覺的水果分級(jí)系統(tǒng)，其特征是DSP視頻處理 系統(tǒng)設(shè)有DSP板卡，DSP板卡通過PCI接口與工控機(jī)連接，并且DSP板卡是插在工控機(jī)的機(jī) 箱中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP機(jī)器視覺的水果分級(jí)系統(tǒng)，其特征是安裝在工控機(jī) 中的分級(jí)軟件通過PCI接口連接DSP視頻處理系統(tǒng)。
4.一種基于DSP機(jī)器視覺的水果分級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行水果分級(jí)的方法，包括如下步驟水果 隨輸送通道以均勻的速度運(yùn)行；通過由CCD攝像頭和DSP視頻處理系統(tǒng)構(gòu)成的機(jī)器視覺模 塊識(shí)別水果輸送流水線上的水果的外部品質(zhì)特征；由安裝在工控機(jī)上的分級(jí)軟件對(duì)水果進(jìn) 行分級(jí)控制，將水果分類到相應(yīng)等級(jí)的出果口中；其特征是1)攝像頭同時(shí)采集兩個(gè)水果輸送通道的PAL制式的模擬圖像信號(hào)，通過解碼器將模擬 信號(hào)轉(zhuǎn)換為YUV格式圖像數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在DSP視頻處理系統(tǒng)的圖像采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)；2)對(duì)圖像采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中的水果圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，首先，利用中值濾波的方法 對(duì)圖像進(jìn)行平滑濾波；其次，采用基于閾值的分割法對(duì)水果圖像進(jìn)行背景分割處理；最后， 采用輪廓跟蹤的方法進(jìn)行水果邊界提取，從而得到水果邊界曲線；3)利用對(duì)水果圖像進(jìn)行邊界提取得到邊緣點(diǎn)來確定水果的形心點(diǎn)，將通過果梗與水果 交界點(diǎn)和形心兩點(diǎn)的連線定為果軸，用過形心與果軸垂直的直徑來代表果徑，即為水果的 大??；4)對(duì)采集到的彩色水果圖像采用HSI彩色模型來表示水果顏色，并利用色度值H對(duì) 水果表面顏色組成進(jìn)行分析，計(jì)算出蘋果表面顏色鮮紅、濃紅所占比例來確定蘋果顏色等 級(jí)；5)根據(jù)表面壞損區(qū)域與非壞損區(qū)域的顏色特征差異，利用壞損區(qū)域與非壞損區(qū)域交界 處的突變，求得可疑壞損點(diǎn)，然后再利用區(qū)域增長(zhǎng)法，求出整個(gè)受損區(qū)域的面積；6)將上述3)、4)、5)所得到的水果大小、顏色、缺陷特征參數(shù)通過PCI接口傳輸?shù)焦た?機(jī)中分級(jí)軟件進(jìn)行分級(jí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于DSP機(jī)器視覺的水果分級(jí)系統(tǒng)及方法。它由DSP機(jī)器視覺系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、輸送模塊和分級(jí)觸發(fā)模塊等幾部分組成。攝像頭采集水果的圖像到DSP視頻處理系統(tǒng)中，將水果的外部品質(zhì)特征信息識(shí)別出來。水果信息通過PCI接口提供給安裝在工控機(jī)中的分級(jí)軟件，分級(jí)軟件根據(jù)這些信息和通過人機(jī)交互模塊由用戶事先設(shè)置好的水果等級(jí)信息來判別當(dāng)前水果屬于何等級(jí)，最后發(fā)送觸發(fā)信號(hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行分級(jí)。將圖像采集和圖像處理任務(wù)由專用的DSP高速圖像處理系統(tǒng)執(zhí)行，并將DSP系統(tǒng)采用本發(fā)明所述的水果分級(jí)方法，DSP系統(tǒng)與工控機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸也采用了高速的PCI接口，所以水果分級(jí)速度和分級(jí)準(zhǔn)確率得到大幅提高。
文檔編號(hào)B07C5/342GK101912847SQ20101024758
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者吳正祥, 李軍良, 李鵬飛, 王叢慶, 高林杰 申請(qǐng)人:揚(yáng)州福爾喜果蔬汁機(jī)械有限公司