本發(fā)明總體上涉及分級或尺寸測量，并且更具體地，涉及單體食品的基于視覺的分級。

背景技術(shù)：

單獨加工而未進一步細分的諸如蝦和雞部件的食品通常必須按尺寸或重量分揀成多個等級。例如，通常使用以下三種方法中的一種按照重量對有頭部、無頭部和去皮的蝦進行分級：

a)人工，其中，在對于蝦的重量進行視覺估計或在稱重器上單獨稱重后將蝦放置在合適的分級箱中；

b)使用諸如稱重帶的檢重機，其中，蝦在通過致動門輸送到合適的分級箱中之前在覆蓋帶的稱重器上每次通過一個；或者

c)使用基于蝦的寬度將蝦進行分揀的諸如輥間隙分級機的機械設(shè)備，其中，借助于相鄰輥之間的發(fā)散的間隙，越大的蝦在通過間隙落入順序的分級箱前沿著傾斜輥前進越遠。

所有這些方法都具有顯著的缺點。如果對蝦單獨稱重，則方法a極其耗時，并且如果視覺估計蝦的尺寸，則方法a極不準(zhǔn)確。方法b允許更快地稱重各個蝦，但是當(dāng)各個蝦被稱重時，檢重機的準(zhǔn)確性受到影響，并且由于每次只能容納一個蝦，使得處理量有限。方法c允許更高的處理量，但是由于蝦重量與輥間隙的相關(guān)性受到諸如輥速度和水流量的一些可控變量和諸如蝦形狀、質(zhì)地和硬度的一些不可控變量的多個變量的影響而相對不準(zhǔn)確。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

一種體現(xiàn)本發(fā)明的特征的用于對食品進行分級的方法，包括：(a)對一批單體食品進行單個化；(b)將食品中的每個成像，以產(chǎn)生食品中的每個的圖像；(c)使用圖像到重量函數(shù)來計算食品中的每個的估計重量；(d)對食品的樣品進行稱重，以產(chǎn)生樣品中的被稱重的食品的實際重量；(e)將估計重量與實際重量進行比較；(f)基于估計重量與實際重量的比較來調(diào)節(jié)圖像到重量函數(shù)；和(g)將食品分級成多個等級。

在本發(fā)明的另一方面，一種分級系統(tǒng)，包括：產(chǎn)生一批食品中的每個的圖像的成像系統(tǒng)以及根據(jù)圖像計算食品中的每個的估計重量的控制器?？刂破鬟€計算圖像到重量函數(shù)并基于食品的估計重量將食品中的每個分配至多個等級中的一個。分揀器基于分配給食品的等級將食品中的每個分揀到多個分級通路中的一個。位于分級通路中的每個中的校準(zhǔn)稱重器產(chǎn)生處于等級中的每個的食品的實際重量。控制器基于等級中的每個的估計重量與實際重量的比較來調(diào)節(jié)圖像到重量函數(shù)。

附圖說明

圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的特征的基于視覺的分級系統(tǒng)的一種型式的俯視平面圖；

圖2是體現(xiàn)本發(fā)明的特征的基于視覺的分級系統(tǒng)的包括校準(zhǔn)通路的另一型式的俯視平面圖；

圖3是圖2或圖1的分級系統(tǒng)的運行的流程圖；以及

圖4是體現(xiàn)本發(fā)明的特征的基于視覺的分級系統(tǒng)的在成像前執(zhí)行稱重的又一型式的框圖。

具體實施方式

圖1示出了用于將諸如雞部件和蝦的單體食品分揀成各種等級的分級系統(tǒng)9的一種型式。為了簡化說明，使用對蝦的分級作為示例。供料罐12中的一批原料蝦10在一個或多個(在本示例中為四個)單個化輸送機16上被輸送至成像系統(tǒng)14，一個或多個單個化輸送機16將蝦18形成為在各個傳送通道20上的單個縱列。傳送通道輸送機將被單個化的蝦18通過成像系統(tǒng)14并經(jīng)由輸出通道輸送機24輸送到包括分級箱22的下游分級通路21。

成像系統(tǒng)包括一個或多個相機26以及在相機的視場中照亮蝦18的一個或多個光源28。相機26產(chǎn)生被單個化的蝦18的圖像。數(shù)字圖像29被發(fā)送至具有圖像處理能力的控制器30?？刂破?0使用提供從圖像到重量的轉(zhuǎn)換因子的圖像到重量函數(shù)將被成像的蝦中的每個的二維(2d)投影面積或相機像素數(shù)轉(zhuǎn)換為估計重量。根據(jù)估計重量，控制器30將每個蝦分配至分級箱22中的一個。每個分級箱是估計重量位于預(yù)定重量范圍或等級內(nèi)的蝦的終點。為了提高重量估計的準(zhǔn)確性，三維(3d)成像技術(shù)可用于估計每個蝦的體積，對于均勻質(zhì)量密度的蝦，體積直接正比于重量。實現(xiàn)3d成像的一種方法是通過將側(cè)視相機或激光幕傳感器添加到成像系統(tǒng)14，以檢測位于傳送輸送機20上的蝦18的第三維度，即厚度或高度。可替代地，以一定角度錯開的成對相機可用于將蝦立體地成像?；蛘?，作為另一示例，線掃描激光系統(tǒng)可用作相機，以產(chǎn)生每個蝦的3d圖像。此外，可以使用一個或多個相機重新構(gòu)建每個蝦的3d形貌，以對投影在蝦上的平行或相交的激光線的失真進行成像和分析。

無論使用2d、3d還是用于估計每個蝦的重量的一些其它方法，基于視覺的重量分級具有其它優(yōu)點?？梢詸z測并測量除重量以外的屬性。蝦是完整的還是缺失其食用部分中的一小部分、蝦具有尾節(jié)附接還是具有過多喉肉、以及蝦是否有殘留殼(例如，可以用感測uvc熒光的相機檢測)都是成像系統(tǒng)可以確定的其它屬性的示例。

在成像系統(tǒng)14下游的分揀器31中通過諸如螺線管致動式空氣噴嘴的推出致動器32實現(xiàn)分揀，推出致動器32將被成像的蝦34從傳送通道20的側(cè)部推出到分級通道24上?？刂破?0通過推出控制線36上的推出信號控制推出致動器32，以將每個蝦轉(zhuǎn)移至其被指定的終點箱22。根據(jù)成像系統(tǒng)14下游的傳送輸送機20的速度的先驗知識，控制器30獲知何時對致動器32通電，以便將每個蝦34分揀至合適的箱。控制器30也可以通過控制線37調(diào)節(jié)傳送輸送機20的速度。諸如不可識別的成像物品、蝦粒、具有殘留殼或附肢的蝦、鄰接蝦以及不符合所選質(zhì)量或尺寸標(biāo)準(zhǔn)的蝦的不合格品38被輸送離開傳送輸送機20的端部至返回輸送機40上。鄰接蝦由于未被單個化而不合格，但是其是以其它方式可接受的，鄰接蝦在揀選工位42處被從其它不合格品中揀選出來并且通過諸如輸送機或槽的再循環(huán)器44或工廠操作員返回至供料罐12。全部不合格品46被從分級系統(tǒng)9移除。

由于運送至輸出分級通路21中的一個的每個蝦的估計重量和質(zhì)量是已知的，所以控制器30可以跟蹤、趨勢分析和顯示通過分級系統(tǒng)9的總處理量、每個等級或質(zhì)量類別的處理量、以及每個等級的平均尺寸和方差?？捎捎脩敉ㄟ^控制器30設(shè)定每個等級范圍的邊界和目標(biāo)平均值以及初始或手動調(diào)節(jié)的圖像到重量函數(shù)。重量變化和質(zhì)量度量可以與用戶定義的統(tǒng)計過程控制限值進行實時比較，以修改操作符(operators)并在超出極限值時采取校正控制動作。可以基于客戶指定的過程控制限值和諸如基于尺寸的蝦成本和產(chǎn)品價格的經(jīng)濟考慮來優(yōu)化重量和質(zhì)量分揀標(biāo)準(zhǔn)，從而用分級的蝦供應(yīng)更有利可圖的訂單。多個輸出通道24可由控制器30配置，以處理單個等級，從而適應(yīng)集中在某些尺寸范圍的高處理量。

蝦的估計重量受到由于自然原因或由于諸如物理壓縮、水分損失和增加的處理造成的蝦生理學(xué)變化的影響。因此，使用將圖像與估計重量相關(guān)的固定的圖像到重量函數(shù)使得估計中的誤差會隨著蝦生理學(xué)的變化而改變。為了最小化這種估計誤差，控制器根據(jù)被稱重的每個蝦或一批次蝦連續(xù)或周期性地調(diào)節(jié)圖像到重量函數(shù)。圖像到重量函數(shù)的數(shù)學(xué)域由圖像尺寸范圍的元素組成。分配給圖像到重量函數(shù)的域的每個元素是在諸如多項式公式的轉(zhuǎn)換公式中使用的一個或多個轉(zhuǎn)換系數(shù)的集合，以將蝦的圖像尺寸轉(zhuǎn)換成估計重量。對于三次多項式(ax³+bx²+cx+d)，該集合將包括四個轉(zhuǎn)換系數(shù)a、b、c、d，其中，a、b和c乘以圖像尺寸x的相應(yīng)冪，d是常數(shù)項。對于圖像尺寸和估計重量之間的純線性關(guān)系，該集合將包括對應(yīng)于在前一句的多項式中a＝b＝d＝0時的系數(shù)c的單個轉(zhuǎn)換值。轉(zhuǎn)換系數(shù)的集合數(shù)目等于域中的元素數(shù)目。例如，如果對所有蝦尺寸使用具有相同轉(zhuǎn)換系數(shù)集合的相同轉(zhuǎn)換公式，則域僅包括一個元素：蝦尺寸的整個范圍。在這種情況中，圖像到重量函數(shù)是可調(diào)節(jié)的常數(shù)。作為另一示例，如果每個等級中的所有蝦都使用具有相同系數(shù)集合的相同轉(zhuǎn)換公式，但轉(zhuǎn)換公式或不同的轉(zhuǎn)換系數(shù)可以因等級而異，則圖像到重量函數(shù)的域的元素是等級本身。因此，如果有五個等級(五個域元素)，則將有定義圖像到重量函數(shù)的轉(zhuǎn)換系數(shù)的五個可獨立調(diào)節(jié)的集合。也可以具有比等級更多或更少的域元素。換言之，可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)換公式不必與等級一致。在這種情況中，蝦圖像尺寸的整個范圍被分成與等級不一致的連續(xù)圖像尺寸范圍，每個尺寸范圍構(gòu)成圖像到重量函數(shù)的域的元素。并且相應(yīng)的轉(zhuǎn)換公式或轉(zhuǎn)換系數(shù)的集合被分配給這些尺寸范圍(域元素)中的每個。因此，在這種情況中，圖像到重量函數(shù)由用于每個尺寸范圍的轉(zhuǎn)換系數(shù)的可調(diào)節(jié)集合組成?？刂破?0也可以使用諸如線性插值的插值技術(shù)，以改進重量估計。例如，假設(shè)圖像到重量函數(shù)具有五個等級(按增量順序為g1、g2、g3、g4、g5)的域并且用于每個等級的轉(zhuǎn)換公式僅包括單個轉(zhuǎn)換系數(shù)(c1、c2、c3、c4、c5)。圖像的尺寸在g3級中部的蝦的估計重量被使用系數(shù)c3計算。但是，圖像的尺寸在g3級下半部的蝦的估計重量可以通過使用在系數(shù)c2和c3的值之間插入的轉(zhuǎn)換系數(shù)來估計。以這種方式，插值可用于增強由可調(diào)節(jié)的圖像到重量函數(shù)提供的估計。轉(zhuǎn)換公式可以產(chǎn)生絕對重量估計或?qū)?biāo)稱估計重量值的偏差。除了通過轉(zhuǎn)換公式表示外，圖像到重量函數(shù)也可以在用于連續(xù)的圖像尺寸范圍或像素計數(shù)的圖像到重量函數(shù)值的查找表中實現(xiàn)。并且圖像到重量函數(shù)值可以是絕對值或與標(biāo)稱值的偏差。

如圖1所示，每個分級通路21具有相關(guān)聯(lián)的校準(zhǔn)稱重器48，校準(zhǔn)稱重器48可以是例如稱量斗或稱重帶。分揀至每個分級箱22的蝦50通過校準(zhǔn)稱重器48單獨稱重或作為在箱中積聚的一批次蝦進行稱重。校準(zhǔn)稱重器48測量每個蝦或一批次蝦的實際重量，并通過數(shù)據(jù)線51將這些重量值發(fā)送至控制器30?？刂破鲗⒚總€蝦或一批次蝦的實際重量與該蝦或構(gòu)成該批次的蝦的估計重量進行比較。根據(jù)該數(shù)據(jù)，控制器30計算針對用于估計被成像的蝦的重量的該等級的更新的圖像到重量函數(shù)。當(dāng)分級箱22中的每個批次完成時，控制器30清空箱以釋放該批次并開始接受新的批次。為了確認蝦抵達給定的分級箱22，諸如在每個箱上游的低分辨率相機或激光幕傳感器52的合適且成本有效的裝置可以通過信號線54向控制器30發(fā)出蝦已抵達的信號。以這種方式，在圖像到重量函數(shù)的自動調(diào)節(jié)中不使用未到達其指定終點箱的蝦。并且那些丟失的蝦被與其它不合格品38一起被輸送離開傳送輸送機的端部。

圖2中的分級系統(tǒng)55除了僅在成像系統(tǒng)20下游使用單個校準(zhǔn)稱重器56外，類似于圖1的分級系統(tǒng)。單個校準(zhǔn)稱重器56與具有校準(zhǔn)箱60的校準(zhǔn)通路58相關(guān)聯(lián)。控制器30基于可配置的調(diào)度或事件驅(qū)動通過校準(zhǔn)線62致動校準(zhǔn)通路致動器64，以將符合諸如所選擇的等級或圖像到重量函數(shù)的域的元素的可配置批次標(biāo)準(zhǔn)的蝦從傳送通道18轉(zhuǎn)移至校準(zhǔn)通路58。在校準(zhǔn)稱重器56測量每個蝦或一批次蝦的實際重量后，重量值通過數(shù)據(jù)線66被發(fā)送給控制器30。隨后，控制器30將每個蝦或一批次蝦的實際重量值與估計重量進行比較，以計算可以是通用(適用于所有蝦)或針對符合批次標(biāo)準(zhǔn)的蝦更新的圖像到重量函數(shù)。當(dāng)校準(zhǔn)批次68完成時，箱60被清空并準(zhǔn)備好用于新的校準(zhǔn)批次?？刂破?0可以根據(jù)循環(huán)調(diào)度將合格的蝦轉(zhuǎn)移至校準(zhǔn)通路58，或者可以根據(jù)通過將包括更多蝦的那些批次調(diào)度成被更頻繁地校準(zhǔn)的自定義順序來轉(zhuǎn)移它們。通過這種方法，僅蝦的總處理量的一小部分必須被轉(zhuǎn)移至單個校準(zhǔn)通路58，從而產(chǎn)生充足數(shù)目的圖像估計重量和實際重量數(shù)據(jù)對，從而使得能頻繁、準(zhǔn)確地更新圖像到重量函數(shù)。并且由于圖2所示的型式僅使用一個校準(zhǔn)稱重器56，所以它可以具有比在圖1所示的多級通路21中使用的低質(zhì)量校準(zhǔn)稱重器48更高的質(zhì)量，從而提供更低成本、更高性能的解決方案。

圖2還示出了與分級箱22中的一個相關(guān)聯(lián)的視頻顯示器65。顯示系統(tǒng)可包括用于顯示所有分級箱的信息的單個顯示器、用于每個分級箱的專用顯示器、或與相鄰分級箱相關(guān)聯(lián)的共用顯示器。顯示系統(tǒng)向操作員通知箱中的蝦的如由控制器30所確定的各種情況，控制器30通過信號線67將顯示數(shù)據(jù)發(fā)送至顯示器65。當(dāng)視頻顯示器與如在圖2中的校準(zhǔn)稱重器56或者與圖1的系統(tǒng)9中的校準(zhǔn)稱重器48一起使用時，視頻顯示器可以直接從校準(zhǔn)稱重器接收重量數(shù)據(jù)。特定于箱或全局顯示的信息的示例是：(1)報警條件；(2)蝦的數(shù)目；(3)每磅的蝦計數(shù)；以及(4)均勻比(一批次中n個最大的蝦的總重量與n個最小蝦的總重量的比值，其中，n是表示通常高達批次中蝦的總數(shù)的10％的整數(shù))。關(guān)于不合格圖像的信息(例如，諸如腿、松散的殼、觸須、尾鰭、海藻和其它外來材料的無價值材料的圖像；脫水、患病或異常的蝦的圖像；具有黑點的蝦的圖像；附有喉部的蝦肉的圖像；未正確清潔的蝦的圖像；蝦片或破碎或缺損的蝦的圖像；具有殘留的殼或頭部的未正確剝離的蝦的圖像)也可以被顯示在與返回輸送機40相關(guān)聯(lián)的顯示器上。

圖3的流程圖示出了基本工藝。首先，將蝦單個化70，使得它們可以被單獨成像72。根據(jù)每個蝦的圖像，用圖像到重量函數(shù)估計74它的重量。基于每個蝦的估計重量，給每個被成像的蝦分配76終點箱。隨后，蝦被輸送78至它的指定終點箱。將終點箱中的每個蝦或已知數(shù)目的蝦稱重80。將測得的實際重量與蝦到蝦或批次到批次的估計重量進行比較82。取決于比較，調(diào)節(jié)84圖像到重量函數(shù)。例如，如果實際重量超過估計重量，則調(diào)節(jié)圖像到重量函數(shù)，以增大由用于對應(yīng)的域元素的轉(zhuǎn)換公式提供的估計重量?？梢宰鞒稣{(diào)節(jié)的一種方式是使用線性回歸曲線擬合用附加實際重量信息重新計算轉(zhuǎn)換系數(shù)的集合。如果圖像到重量函數(shù)存儲在用于圖像像素計數(shù)的連續(xù)范圍的圖像到重量值的查找表中，則可以基于附加重量信息重新計算各個圖像到重量值。如果估計重量等于實際重量，則不作出圖像到重量函數(shù)的調(diào)節(jié)。

分級系統(tǒng)的替代型式如圖4所示。在這種布置中，蝦在成像前被稱重。蝦以隔開的批次86輸送至確定每個批次的實際重量的校準(zhǔn)稱重器88。隨后，將該批次中的蝦在單個化器90中單個化并輸送至成像系統(tǒng)92，成像系統(tǒng)92產(chǎn)生各個被單個化的蝦99中的每個的圖像。與圖1和圖2所示的控制器相同的控制器使用該圖像和圖像到重量函數(shù)估計每個被單個化和成像的蝦94的重量?？刂破鲗⒚總€蝦分配給它的被指定的下游分級通路(未在圖4中示出)，并計數(shù)每個批次的蝦的數(shù)目。在將每個批次86中的各個蝦94的累計估計重量與該批次的實際重量進行比較后，控制器調(diào)節(jié)圖像到重量函數(shù)，以改進后續(xù)的重量估計。