專利名稱：基于dsp機器視覺的水果分級系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于機器視覺的水果分級系統(tǒng)以及利用該系統(tǒng)進行水果分級的 方法，屬于水果加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，基于機器視覺的水果分級系統(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)傳送到工控機中進行圖像處理，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)由安裝在工控機上的分機軟件對水果進行分級，并發(fā) 送各個水果的等級觸發(fā)信號給相應(yīng)等級出果口的觸發(fā)裝置，從而實現(xiàn)水果的分級。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)換器才能到計算機中，然后通過 操作系統(tǒng)調(diào)用應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)進行處理，一方面數(shù)據(jù)的傳輸浪費大量時鐘周期，另一方面 相關(guān)的圖像處理算法都在計算機中執(zhí)行、勢必也會占用大量時鐘周期，從而導致水果分級 系統(tǒng)實時性不高，降低了水果分級的分級效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提高現(xiàn)有水果分級系統(tǒng)的實時性、分級效率和準確率，提供 一種基于DSP機器視覺的水果分級控制系統(tǒng)，以及采用該系統(tǒng)進行水果分級的方法。該系 統(tǒng)將耗時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，工控機只 負責進行人機交互和發(fā)送分級觸發(fā)信號。另外，在高速的DSP圖像處理系統(tǒng)實現(xiàn)了更為復 雜和精準的水果分級方法。本發(fā)明的第一個技術(shù)方案是基于DSP機器視覺的水果分級系統(tǒng)，包括用來識別 輸送流水線上的水果外部品質(zhì)特征的機器視覺模塊，對水果進行分級控制的工控機和安裝 在工控機的分級軟件，其特征是所述的機器視覺模塊由CCD攝像頭和DSP視頻處理系統(tǒng)構(gòu) 成；機器視覺模塊中的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接口與工控機連接，并且DSP 板卡是插在工控機的機箱中。安裝在工控機中的分級軟件通過PCI接口連接DSP視頻處理系統(tǒng)。本發(fā)明的第二個技術(shù)方案是基于DSP機器視覺的水果分級系統(tǒng)進行水果分級的 方法，包括如下步驟水果隨輸送通道以均勻的速度運行；通過由CXD攝像頭和DSP視頻處 理系統(tǒng)構(gòu)成的機器視覺模塊識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 機上的分級軟件對水果進行分級控制，將水果分類到相應(yīng)等級的出果口中；其特征是一、攝像頭同時采集兩個水果輸送通道的PAL制式的模擬圖像信號，通過解碼器 將模擬信號轉(zhuǎn)換為YUV格式圖像數(shù)據(jù)，存儲在DSP視頻處理系統(tǒng)的圖像采集數(shù)據(jù)存儲區(qū)；二、對圖像采集數(shù)據(jù)存儲區(qū)中的水果圖像數(shù)據(jù)進行預處理，首先，利用中值濾波的 方法對圖像進行平滑濾波；其次，采用基于閾值的分割法對水果圖像進行背景分割處理； 最后，采用輪廓跟蹤的方法進行水果邊界提取，從而得到水果邊界曲線；
三、利用對水果圖像進行邊界提取得到邊緣點來確定水果的形心點，將通過果梗 與水果交界點和形心兩點的連線定為果軸，用過形心與果軸垂直的直徑來代表果徑，即為 水果的大??；四、對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 對水果表面顏色組成進行分析，計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；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，然后再利用區(qū)域增長法，求出整個受損區(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)?工控機中分級軟件進行分級。本發(fā)明科學合理，提高了水果分級系統(tǒng)的實時性，分級速度快，分級準確率高。由 DSP機器視覺系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)、輸送模塊和分級觸發(fā)模塊等幾部分組成。DSP機器視覺 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所需的水果特征。人機交互系統(tǒng)則主要由工控 機和分級軟件組成。分級軟件又分為人機接口和分級控制部分。用戶通過人機接口部分可 以配置和測試整個水果分級系統(tǒng)。例如，用戶可以設(shè)置等級數(shù)及各等級標準值來控制系統(tǒng) 的分級標準，或者利用觸發(fā)測試功能來測試觸發(fā)裝置是否能正常工作等等。DSP機器視覺系 統(tǒng)和人機交互系統(tǒng)是通過PCI總線聯(lián)系起來的，實現(xiàn)方式是將DSP板卡插入工控機的PCI 接口。分級軟件的分級控制部分通過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。分級觸發(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，通過計算兩個不同時刻旋轉(zhuǎn) 編碼器脈沖之差就可以確定這段時間能水果在輸送裝置上運行了多長的距離，從而能判斷 水果是否已到達相應(yīng)等級的觸發(fā)位置。如果水果已經(jīng)到達觸發(fā)位置，則分級軟件會通過輸 入輸出卡發(fā)送觸發(fā)信號到相應(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)等級的出果口中。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。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，6.分級軟件， 7. I/O卡，8.強電控制板，9.輸送裝置，10.分級觸發(fā)裝置，11.旋轉(zhuǎn)編碼器。
具體實施例方式在圖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 行處理。DSP板卡3通過PCI接口 4與工控機5相連接，且置于工控機5機箱中。分級軟件 6安裝在工控機5中，以執(zhí)行人機交互和分級控制功能。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)，并以此來計算水果的位置信息，分級軟件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觸發(fā)。I/O卡7插在工控機5機箱中，分級軟件 6將各水果的分級觸發(fā)信號通過I/O卡7傳送到強電控制板8，最后由強電控制板8來控制 分級觸發(fā)裝置10執(zhí)行觸發(fā)，將水果分別彈到相應(yīng)等級的出果口。本發(fā)明控制系統(tǒng)的運行原理如圖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中的分級軟件，分級 軟件根據(jù)這些信息和通過人機交互模塊由用戶事先設(shè)置好的水果等級信息來判別當前水 果屬于何等級。另一方面旋轉(zhuǎn)編碼器采集水果的位置信息提供給分級軟件，分級軟件據(jù)此 來決定水果何時進行觸發(fā)。當分級軟件判定當前水果應(yīng)該觸發(fā)時，會通過I/O卡發(fā)送觸發(fā) 信號給強電控制板，然后由強電控制板控制執(zhí)行機構(gòu)將當前水果彈入相應(yīng)等級的出果口。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)明的上述實施方案都只能認為是對本發(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?shù)暮x和范圍內(nèi)任何改變，都應(yīng)認為是包括在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種基于DSP機器視覺的水果分級系統(tǒng)，包括用來識別輸送流水線上的水果外部品質(zhì)特征的機器視覺模塊，對水果進行分級控制的工控機和安裝在工控機的分級軟件，其特征是所述的機器視覺模塊由CCD攝像頭和DSP視頻處理系統(tǒng)構(gòu)成；機器視覺模塊中的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機器視覺的水果分級系統(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接口與工控機連接，并且DSP板卡是插在工控機的機 箱中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP機器視覺的水果分級系統(tǒng)，其特征是安裝在工控機 中的分級軟件通過PCI接口連接DSP視頻處理系統(tǒng)。
4.一種基于DSP機器視覺的水果分級系統(tǒng)進行水果分級的方法，包括如下步驟水果 隨輸送通道以均勻的速度運行；通過由CCD攝像頭和DSP視頻處理系統(tǒng)構(gòu)成的機器視覺模 塊識別水果輸送流水線上的水果的外部品質(zhì)特征；由安裝在工控機上的分級軟件對水果進 行分級控制，將水果分類到相應(yīng)等級的出果口中；其特征是1)攝像頭同時采集兩個水果輸送通道的PAL制式的模擬圖像信號，通過解碼器將模擬 信號轉(zhuǎn)換為YUV格式圖像數(shù)據(jù)，存儲在DSP視頻處理系統(tǒng)的圖像采集數(shù)據(jù)存儲區(qū)；2)對圖像采集數(shù)據(jù)存儲區(qū)中的水果圖像數(shù)據(jù)進行預處理，首先，利用中值濾波的方法 對圖像進行平滑濾波；其次，采用基于閾值的分割法對水果圖像進行背景分割處理；最后， 采用輪廓跟蹤的方法進行水果邊界提取，從而得到水果邊界曲線；3)利用對水果圖像進行邊界提取得到邊緣點來確定水果的形心點，將通過果梗與水果 交界點和形心兩點的連線定為果軸，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 水果表面顏色組成進行分析，計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；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，然后再利用區(qū)域增長法，求出整個受損區(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?機中分級軟件進行分級。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于DSP機器視覺的水果分級系統(tǒng)及方法。它由DSP機器視覺系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)、輸送模塊和分級觸發(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)特征信息識別出來。水果信息通過PCI接口提供給安裝在工控機中的分級軟件，分級軟件根據(jù)這些信息和通過人機交互模塊由用戶事先設(shè)置好的水果等級信息來判別當前水果屬于何等級，最后發(fā)送觸發(fā)信號給執(zhí)行機構(gòu)進行分級。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)明所述的水果分級方法，DSP系統(tǒng)與工控機之間的數(shù)據(jù)傳輸也采用了高速的PCI接口，所以水果分級速度和分級準確率得到大幅提高。
文檔編號B07C5/342GK101912847SQ20101024758
公開日2010年12月15日 申請日期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 申請人:揚州福爾喜果蔬汁機械有限公司