基于機(jī)器視覺的火龍果自動(dòng)分級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘要:針對(duì)目前水果機(jī)械化分級(jí)效率低、效果差的現(xiàn)狀和機(jī)器視覺技術(shù)在水果分級(jí)檢測(cè)的應(yīng)用前景，提出了利用機(jī)器視覺的技術(shù)對(duì)火龍果進(jìn)行分級(jí)的方法。通過利用CCD攝像機(jī)和DSP處理器對(duì)火龍果進(jìn)行缺陷檢測(cè)及大小和色度的分級(jí)。試驗(yàn)結(jié)果表明:基于機(jī)器視覺的火龍果自動(dòng)分級(jí)系統(tǒng)可以高效率、高準(zhǔn)確率地實(shí)現(xiàn)對(duì)火龍果的自動(dòng)分級(jí)，為后續(xù)產(chǎn)業(yè)化機(jī)器視覺水果分級(jí)系統(tǒng)提供了技術(shù)支持。

　　關(guān)鍵詞:機(jī)器視覺;火龍果自動(dòng)分級(jí);缺陷檢測(cè);大小分級(jí);色度分級(jí)

　　0引言

　　我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，水果的產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的6%，然而水果的出口價(jià)格卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)外同類水果［1－2］。通過分析發(fā)現(xiàn)，我國(guó)水果產(chǎn)后處理比例和水平較低，導(dǎo)致出售的水果質(zhì)量良莠不齊，加上產(chǎn)品包裝過于簡(jiǎn)陋，水果產(chǎn)品很難進(jìn)入高端市場(chǎng)。近年來，火龍果由于其具有美容保健的功效而在我國(guó)興起，但作為亞熱帶水果，在我國(guó)栽培時(shí)間比較短，種植面積較少，供需差距較大，其果實(shí)不易保存，容易出現(xiàn)爛果、皺皮、失水和變軟等現(xiàn)象，因此對(duì)火龍果進(jìn)行產(chǎn)后處理，分級(jí)出售顯得尤為重要。

　　1設(shè)計(jì)思路

　　1．1設(shè)計(jì)原理

　　通過參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和火龍果的產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)，將白肉火龍果主要分為3個(gè)等級(jí)，如表1所示。由表1可以看出:火龍果的分級(jí)主要通過果徑、果形是否有缺陷和色澤度進(jìn)行分級(jí)，因此火龍果的自動(dòng)分級(jí)系統(tǒng)主要從以上3個(gè)方面進(jìn)行考慮。

　　1．2系統(tǒng)流程

　　火龍果自動(dòng)分級(jí)系統(tǒng)主要由以下4部分組成，即水果傳送機(jī)構(gòu)、光照與攝像系統(tǒng)、機(jī)器視覺系統(tǒng)和分級(jí)系統(tǒng)，分級(jí)流程如圖1所示。該系統(tǒng)基本工作原理:火龍果經(jīng)由水果傳送機(jī)構(gòu)連續(xù)不斷地傳送至光照與攝像系統(tǒng)，攝像頭對(duì)水果進(jìn)行圖像采集;解碼后的圖像數(shù)據(jù)包括水果的直徑、缺陷和色澤等數(shù)據(jù)傳送給DSP圖像處理器，將圖像識(shí)別的結(jié)果與預(yù)定的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比后得出火龍果的等級(jí)，將分級(jí)結(jié)果和水果的位置信息一并傳送給系統(tǒng)分級(jí)機(jī)構(gòu)，分級(jí)機(jī)構(gòu)將火龍果落入對(duì)應(yīng)等級(jí)的料槽內(nèi)。

　　2分級(jí)方法

　　2．1缺陷識(shí)別

　　火龍果的缺陷識(shí)別通過給定閥值的方法進(jìn)行。由于火龍果為近似圓形，因此拍攝時(shí)其表面灰度差基本相近，如果表面存在缺陷，則出現(xiàn)較大的灰度差。通過規(guī)定灰度差的閾值，當(dāng)超過該閾值時(shí)，有缺陷存在;沒有超過該閾值，則沒有缺陷。

　　2．2果徑分級(jí)

　　水果的大小是水果分級(jí)的重要指標(biāo)之一，一般將果徑定義為最大橫切面的直徑。火龍果的果徑分級(jí)要求如表2所示。

　　3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

　　為驗(yàn)證水果分級(jí)系統(tǒng)的可操作性，取50個(gè)不同等級(jí)的火龍果分別通過人工和系統(tǒng)進(jìn)行分級(jí)測(cè)試，結(jié)果如表3所示。

　　由表3可以看出:系統(tǒng)分級(jí)效率遠(yuǎn)高于人工分級(jí)，但是分級(jí)結(jié)果有差別，共有3個(gè)火龍果分級(jí)結(jié)果不同，通過對(duì)這3個(gè)火龍果進(jìn)行二次人工分級(jí)鑒別，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)分級(jí)結(jié)果正確。經(jīng)分析原因得出:人工分級(jí)工作量大、分級(jí)時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致對(duì)于色度的混淆以及對(duì)于缺陷的疏漏。

　　4結(jié)論

　　基于機(jī)器視覺技術(shù)設(shè)計(jì)了火龍果的自動(dòng)分級(jí)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由水果傳送機(jī)構(gòu)、光照與攝像系統(tǒng)及機(jī)器視覺系統(tǒng)和分級(jí)系統(tǒng)組成。其中，光照與攝像系統(tǒng)采用CCD攝像機(jī)和DSP處理器進(jìn)行圖像處理，對(duì)火龍果的缺陷檢測(cè)、大小和色度進(jìn)行分級(jí)。試驗(yàn)結(jié)果表明:基于機(jī)器視覺的火龍果分級(jí)系統(tǒng)可以高效率、高準(zhǔn)確度地對(duì)火龍果進(jìn)行分級(jí)。

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