專利名稱：一種水果果面圖像采集系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于水果自動分級設(shè)備的水果果面圖像數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
我國是世界第一大水果生產(chǎn)大國，從1993年開始，我國水果總量躍居世界第一位。但是由于水果采摘后商品化處理手段不到位，以至產(chǎn)品混等混級，外銷水果根本進(jìn)入不了國外高檔貨架，在國際市場上缺乏競爭力。
水果按大小、形狀、色澤、缺陷進(jìn)行自動化分級和包裝后，其商品價值大大提高。目前我國的水果分級主要是由人工來完成的，需要大量的勞動力，勞動強(qiáng)度大，同時這種主觀評定受到個人視力、顏色鑒別力、情緒、疲勞、光線等因素的影響，效率低，準(zhǔn)確性差。大小分級雖然可以依據(jù)大小和重量實現(xiàn)機(jī)械化分級，減輕了一些勞動強(qiáng)度。但是無法完成果形、色澤、果面缺陷等方面的全面檢測與分級。
用水果自動分級設(shè)備代替人進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測和分級具有極大的優(yōu)越性。機(jī)器視覺水果分級系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確與否關(guān)系到水果的形狀、大小、顏色、果面缺陷和損傷分級的精度及速度。現(xiàn)有的水果自動分級系統(tǒng)中的果面圖像的采集主要有兩種形式，一是采用三個攝像機(jī)，從三個方向拍攝三幅圖片來獲取整個果面信息，這種方法主要的問題是由于水果具有立體結(jié)構(gòu)，拍攝的圖像必然存在光照不均、明暗不一的問題，并且不同區(qū)域的投射面積大小也不同，得到的果面圖像數(shù)據(jù)精度低、重復(fù)多，而且成本高。第二種形式是采用單個攝像機(jī)，由于采集方法不好，圖像數(shù)據(jù)不能很好的反映水果的立體球面特征，且光照不均造成果面色澤反映失真。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種水果果面圖像采集系統(tǒng)和方法，本發(fā)明可以用于水果自動分級設(shè)備，實現(xiàn)對水果果面圖像數(shù)據(jù)的精確、快速采集。
本發(fā)明所述水果果面圖像采集系統(tǒng)，包括輸送裝置、攝像機(jī)、編碼器、分頻電路、圖像采集卡和計算機(jī)；編碼器安裝在輸送裝置進(jìn)料端的鏈輪軸上，鏈輪軸帶動編碼器旋轉(zhuǎn)，輸出的脈沖信號經(jīng)分頻電路，分頻后通過圖像采集卡觸發(fā)攝像機(jī)工作，所攝圖像經(jīng)圖像采集卡輸入計算機(jī)進(jìn)行圖像處理、識別、分級等工作。
如上所述的水果果面圖像的采集系統(tǒng)，還包括安裝在輸送裝置的正上方的攝像室及安裝在攝像室內(nèi)的光源；所述攝像機(jī)固定在攝像室里，拍攝區(qū)域的長度應(yīng)保證水果在輸送中至少能轉(zhuǎn)動一周。
如上所述的水果果面圖像的采集系統(tǒng)，所述輸送裝置由兩個鏈輪和環(huán)繞在鏈輪上的鏈條、變頻電動機(jī)以及安裝在鏈條上的輥子和分級裝置組成。輸送裝置由變頻電機(jī)驅(qū)動鏈輪旋轉(zhuǎn)，鏈輪帶動鏈條，鏈條帶動由單列或雙列仿球形雙錐式輥子構(gòu)成的輸送帶前進(jìn)，水果在每列輥子上呈單行排列，每對輥子載放一個水果。
如上所述的水果果面圖像的采集系統(tǒng)，還包括安裝于攝像室中的輸送帶下的粗糙的底托，前進(jìn)的輥子與底托因接觸摩擦產(chǎn)生滾動，從而使水果在隨輸送裝置以一定速度向前運(yùn)動的同時，自身還隨輥子的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生繞果柄和花萼為中心軸的均勻轉(zhuǎn)動。
如上所述的水果果面圖像的采集系統(tǒng)，在進(jìn)料端的鏈輪軸上安裝有編碼器，編碼器輸出的信號經(jīng)分頻電路分頻后通過圖像采集卡控制攝像機(jī)的拍攝，保證水果每旋轉(zhuǎn)一定的角度，攝像機(jī)拍攝一幀圖像。
如上所述的水果果面圖像的采集系統(tǒng)，所述圖像采集卡安裝在計算機(jī)主板上，根據(jù)分頻電路輸入的信號來控制攝像機(jī)的拍攝，將攝像機(jī)拍攝的圖像轉(zhuǎn)換成能被計算機(jī)識別處理的數(shù)字圖像。
本發(fā)明提出的水果果面圖像采集方法，包括如下步驟步驟一、分配一維的內(nèi)存地址數(shù)組，用來存放圖像數(shù)據(jù)；步驟二、攝像機(jī)攝取圖像，判斷是否是新的完整水果圖像，如果是，進(jìn)入下一步；步驟三、分配內(nèi)存地址數(shù)組中一個地址空間存放該水果圖像，檢測水果的大小，確定水果圖像的中心位置，計算水果圖像寬度；步驟四、獲取各水果的中央條狀圖像數(shù)據(jù)，并存放到相應(yīng)的地址空間，其寬度為相對于上一幅圖片前進(jìn)的距離；如果完成整個水果果面圖像的采集，則將所采集的水果圖像數(shù)據(jù)交給后續(xù)處理過程，同時釋放占用空間。
本發(fā)明所述水果果面圖像的采集系統(tǒng)及方法，可作為水果自動分級的前端設(shè)備，所述采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，實現(xiàn)對水果果面圖像數(shù)據(jù)的精確、快速采集。通過所述采集方法得到的水果圖像亮度均勻，能更好地反映水果的果面狀態(tài)。為下一步的水果分級奠定了良好的基礎(chǔ)。


圖1是本發(fā)明的水果果面圖像的采集系統(tǒng)構(gòu)成示意圖；圖2是本發(fā)明的水果果面圖像的采集方法的流程圖；具體實施方式
為了提高水果果面圖像采集的精度和速度問題，為節(jié)約水果分級設(shè)備成本，本發(fā)明提出了水果果面圖像的采集系統(tǒng)和方法。
如圖1所示，本發(fā)明水果果面圖像采集系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括攝像室1、攝像機(jī)2、光源3、輸送鏈條4、仿球形雙錐輥子5、底托6、水果7、編碼器8；以及分頻電路、圖像采集卡、計算機(jī)及處理軟件；輸送裝置由兩個鏈輪、鏈條4、仿球形雙錐輥子5及變頻電動機(jī)組成。變頻電動機(jī)通過鏈輪帶動鏈條4前進(jìn)，編碼器8安裝在鏈輪軸上，編碼器8產(chǎn)生的脈沖信號，由分頻電路分頻后，通過圖像采集卡觸發(fā)攝像機(jī)拍攝圖片，然后圖像經(jīng)圖像采集卡輸入計算機(jī)處理。攝像室1安裝在輸送裝置上方；攝像機(jī)2位于攝像室1上方，通過電纜線與圖像采集卡相接。底托6安裝在輸送裝置下方，水果7被單列或雙列仿球形雙錐式輥子5運(yùn)載，水果7在每列輥子上呈單行排列，水果在攝像室1前不旋轉(zhuǎn)，但進(jìn)入攝像室1后，仿球形雙錐輥子5與底托6的粗糙表面相接觸，摩擦產(chǎn)生滾動，帶動水果7轉(zhuǎn)動。即水果7隨輸送鏈條4以一定速度向前運(yùn)動的同時，自身還隨輥子的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生繞果柄和花萼為中心軸的均勻轉(zhuǎn)動。
圖2是本發(fā)明的水果果面圖像的采集方法流程圖。編碼器輸出的信號經(jīng)分頻電路分頻后通過圖像采集卡控制攝像機(jī)的拍攝，保證水果每旋轉(zhuǎn)一定的角度，攝像機(jī)拍攝一幀圖像。
具體圖像采集方法如下步驟一、分配一維的內(nèi)存地址數(shù)組，用來存放圖像數(shù)據(jù)；步驟二、攝像機(jī)攝取圖像，判斷是否是新的完整水果圖像，如果是，進(jìn)入下一步；步驟三、分配內(nèi)存地址數(shù)組中一個地址空間存放該水果圖像，檢測水果的大小，確定水果圖像的中心位置，計算水果圖像寬度；步驟四、獲取各水果的中央條狀圖像數(shù)據(jù)，并存放到相應(yīng)的地址空間，其寬度為相對于上一幅圖片前進(jìn)的距離；如果完成整個水果果面圖像的采集，則將所采集的水果圖像數(shù)據(jù)交給后續(xù)處理過程，同時釋放占用空間。
由攝像機(jī)采集的各水果的條狀圖像數(shù)據(jù)分別存儲在相應(yīng)的地址空間，在系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，采集到每個水果的一系列條狀圖像數(shù)據(jù)，并依次存儲在相應(yīng)的地址空間，這樣就將每個水果完整的果面圖像數(shù)據(jù)連續(xù)存放到了一起，通過這種采集方法得到的水果圖像亮度均勻，能更好地反映水果的果面狀態(tài)。
所述步驟四中的獲取條狀圖像數(shù)據(jù)，是先找到其數(shù)據(jù)塊的起始地址，這可以通過水果圖像的中心位置減去數(shù)據(jù)寬度的一半來得到的，然后將這塊數(shù)據(jù)復(fù)制到指定的存放該水果圖像數(shù)據(jù)的地址中；而存放起始位置是通過存放該水果圖像的頭地址加上一個偏移量來確定的，其偏移量是已存放條狀數(shù)據(jù)寬度的累加值，這樣就將采集的一個水果的數(shù)據(jù)連續(xù)存放到了一起。
本發(fā)明中，所述圖像采集卡的作用是將攝像機(jī)采集的數(shù)據(jù)(模擬信號或數(shù)字信號)，轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能處理的信息，同時提供控制攝像機(jī)的參數(shù)(例如觸發(fā)、曝光時間、快門速度等等)。輸出模擬信號的攝像機(jī)，用模擬圖像采集卡，以將攝像機(jī)采集的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。輸出數(shù)字信號的攝像機(jī)用數(shù)字輸入的圖像采集卡，以將攝像機(jī)輸出的數(shù)字圖像信息轉(zhuǎn)換并輸送到計算機(jī)處理。圖像采集卡應(yīng)具有外觸發(fā)模式，如Matrox公司的數(shù)字圖像采集卡Matrox Meteor-II/Camera Link。圖像采集卡的觸發(fā)輸入端與分頻電路的輸出端相連，實現(xiàn)多種采集頻率的拍攝。
攝像機(jī)采用Pulnix公司的TMC-6700CL，其有效像素為648×484，攝像機(jī)采集的圖像信息經(jīng)圖像采集卡輸入到計算機(jī)，由計算機(jī)進(jìn)行圖像處理、識別、分級等工作。
最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種水果果面圖像采集系統(tǒng)，包括輸送裝置、攝像機(jī)；其特征在于，還包括編碼器、分頻電路、圖像采集卡和計算機(jī)；所述編碼器安裝在輸送裝置的進(jìn)料端鏈輪軸上，鏈輪軸帶動編碼器旋轉(zhuǎn)，編碼器輸出的脈沖信號經(jīng)分頻電路，分頻后通過圖像采集卡觸發(fā)攝像機(jī)拍攝，所攝圖像再經(jīng)圖像采集卡輸入計算機(jī)進(jìn)行圖像處理、識別、分級等工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水果果面圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，還包括安裝在輸送裝置正上方的攝像室，及安裝在攝像室兩側(cè)的光源；攝像機(jī)固定在攝像室上方，光源應(yīng)保證光照均勻并有足夠的亮度，以保證攝像的質(zhì)量，拍攝區(qū)域的長度應(yīng)保證水果在輸送中至少能轉(zhuǎn)動一周。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水果果面圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述輸送裝置由變頻電機(jī)驅(qū)動鏈輪，鏈輪帶動鏈條，鏈條帶動由單列或雙列仿球形雙錐式輥子構(gòu)成的輸送帶，水果在每列輥子上呈單行排列，每對輥子載放一個水果。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水果果面圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，還包括安裝在攝像室中輸送帶下粗糙的底托，前進(jìn)的輥子與底托因接觸摩擦產(chǎn)生滾動，從而使水果在隨輸送裝置以一定速度向前運(yùn)動的同時，自身還隨輥子的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生繞果柄和花萼為中心軸的均勻轉(zhuǎn)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水果果面圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，在進(jìn)料端的鏈輪軸上安裝有編碼器，編碼器輸出的信號經(jīng)分頻電路分頻后通過圖像采集卡控制攝像機(jī)的拍攝，保證水果每旋轉(zhuǎn)一定的角度，攝像機(jī)拍攝一幀圖像。
6.一種水果果面圖像采集方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一、分配一維的內(nèi)存地址數(shù)組，用來存放圖像數(shù)據(jù)；步驟二、攝像機(jī)攝取圖像，判斷是否是新的完整水果圖像，如果是，進(jìn)入下一步；步驟三、分配內(nèi)存地址數(shù)組中一個地址空間存放該水果圖像，檢測水果的大小，確定水果圖像的中心位置，計算水果圖像寬度；步驟四、獲取各水果的中央條狀圖像數(shù)據(jù)并存放到相應(yīng)的地址空間，其寬度為相對于上一幅圖片前進(jìn)的距離；如果完成整個水果果面圖像的采集，則將所采集的水果圖像數(shù)據(jù)交給后續(xù)處理過程，同時釋放占用空間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述水果果面圖像采集方法，其特征在于，所述獲取各水果的中央條狀圖像數(shù)據(jù)并存放到相應(yīng)的地址空間，是由攝像機(jī)將采集的每個水果的一系列條狀圖像數(shù)據(jù)依次存儲在相應(yīng)的地址空間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述水果果面圖像采集方法，其特征在于，所述步驟四中的獲取條狀圖像數(shù)據(jù)，是先通過水果圖像的中心位置減去數(shù)據(jù)寬度的一半得到其數(shù)據(jù)塊的起始地址，然后將這塊數(shù)據(jù)復(fù)制到指定的存放該水果圖像數(shù)據(jù)的地址中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述水果果面圖像采集方法，其特征在于，存放起始位置是通過存放該水果圖像的頭地址加上一個偏移量來確定，其偏移量是已存放條狀數(shù)據(jù)寬度的累加值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水果果面圖像的采集系統(tǒng)和采集方法，系統(tǒng)包括輸送裝置、攝像機(jī)、編碼器、分頻電路、圖像采集卡和計算機(jī)；所述編碼器安裝在輸送裝置的進(jìn)料端的鏈輪軸上，鏈輪軸帶動編碼器一起旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一系列脈沖，編碼器的輸出脈沖信號輸送給分頻電路，分頻電路的輸出信號與安裝在計算機(jī)內(nèi)的圖像采集卡相連，觸發(fā)攝像機(jī)拍攝圖像，其圖像經(jīng)圖像采集卡輸入計算機(jī)進(jìn)行處理。本發(fā)明可作為水果自動分級的前端設(shè)備，所述采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，實現(xiàn)對水果果面圖像數(shù)據(jù)的精確、快速采集。通過所述采集方法得到的水果圖像亮度均勻，能更好地反映水果的果面狀態(tài)，為下一步的水果分級奠定了良好的基礎(chǔ)。
文檔編號G06F3/00GK1635537SQ20031011608
公開日2005年7月6日 申請日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者籍保平, 李永華, 李瓊飛, 孟超英, 楊冬平, 慶兆珅 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)