專利名稱：基于視覺識別的顆粒物料分選分級裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于一種顆粒物料分選分級裝置，具體涉及一種基于嵌 入式視覺圖像技術和模式識別技術的顆粒物料分選分級裝置。
背景技術：
隨著我國糧食產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及食品深加工技術的發(fā)展，色選技術、 近紅外光譜分析技術等已經(jīng)逐漸應用到稻米等農(nóng)副產(chǎn)品的分級分選中， 從本質(zhì)上講，這些農(nóng)產(chǎn)品物料的分級分選要求，具有一定的相似性，即 同屬于需要按色澤進行分選的顆粒狀物料。但是，由于這些分選物料的 光譜特性不同，其分級分選標準要求也有很大差異?，F(xiàn)有技術對這些顆 粒狀物料缺乏完整的分選物料模型，在一種裝置上同時分選多種顆粒狀 物料時，對有些物料的分選效果很不理想，特別是對一些顏色十分接近 的物料分選，此外， 一些物料的分級分選標準多樣化不易統(tǒng)一，現(xiàn)有技 術難以實現(xiàn)針對各種分級分選標準智能化分選。
近些年來，枸杞、葡萄干、松子、蠶豆、葵仁等農(nóng)副產(chǎn)品日益受到 人們的重視。但由于這些農(nóng)副產(chǎn)品作物生產(chǎn)的特殊性，其果實顆粒在生 產(chǎn)過程中更容易產(chǎn)生不同色澤，不同品質(zhì)的產(chǎn)品，如枸杞子中的黑果、
油果、青果；葡萄干成品中的綠色葡萄干、黃色葡萄干、棕色葡萄干和 黑色葡萄千等多種產(chǎn)品。對于這些農(nóng)產(chǎn)品來說，其食用品質(zhì)、商品價值 與外觀質(zhì)量有著十分密切的關系，分選分級后的產(chǎn)品具有更高地商品價 值。如葡萄干出口貿(mào)易市場，對葡萄干的質(zhì)量要求是在總體質(zhì)量優(yōu)良 的前提下，顏色大小形狀必須一致。枸杞子產(chǎn)品出口時，色澤如一，單 個重量大的枸杞子，具有明顯的價格優(yōu)勢和更高的食用價值。此外，近 年來對珍珠、顆粒狀塑料等物料也提出了不同的分選分級要求。
但是，由于這些分選物料的光譜特性不同，其分級分選標準也有很 大差異?，F(xiàn)有技術對這些顆粒狀物料缺乏完整的分選物料模型，對一些 顏色十分接近的物料分選效果很不理想，實現(xiàn)只用一種裝置同時適應各 種顆粒狀物料智能化分級分選要求還較為困難。
在中國專利申請《粒狀原料的顏色分選裝置》(公開號CN1208673A)
中，公開了一種利用硅光電探測器或者CCD探測器對谷類顆粒物料中良 好谷粒和有害粒的光電信號進行探測，利用有害粒探測信號的幅度與良 好谷粒電壓閾值差別，實現(xiàn)有害粒的顏色分選。但是，由于硅光電探測器件本身的特性，對一些顏色很豐富且正常 物料和剔除物料顏色很接近(如葡萄干中的綠色和淺黃色葡萄干)的情 況下，其分辨精度有限，因此，基于這種探測器的分選裝置對某些物料 不能有效分選。
近年來，快速發(fā)展起來的機器視覺技術在多個行業(yè)得到了廣泛的應 用，利用視覺識別技術可以高速、高分辨的采集和處理各種物體的圖像， 同時利用各種圖像處理算法技術可以分辨物體上極微小的差異，這為實 現(xiàn)各種顆粒更有效的分選分級提供了保證。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型是為了克服現(xiàn)有技術中存在的缺點而提出的，其目的是 提供一種能適應稻米、枸杞、葡萄干、松子、蠶豆、葵仁、棉籽、珍珠 等多種顆粒物料的智能分級分選裝置，實現(xiàn)智能化的分級分選和真正的 一機多選。
本實用新型的技術方案是 一種基于視覺識別的顆粒物料分選分級 裝置，包括機械安裝承載平臺、彩色觸摸屏和嵌入式視覺處理控制平臺， 在機械安裝承載平臺中安裝有儲料箱、喂料與攤薄系統(tǒng)、光學成像系統(tǒng) 和剔除系統(tǒng)，嵌入式視覺處理控制平臺由圖像采集預處理系統(tǒng)、視覺控 制系統(tǒng)和特征信息專家知識庫組成。
所述的喂料與攤薄系統(tǒng)是斜槽式的結(jié)構。所述的喂料與攤薄系統(tǒng)是 履帶式的結(jié)構。光學成像系統(tǒng)包括CCD鏡頭、光源、多面體參考背景板 和透鏡。
彩色觸摸屏采用VT585W或者性能類似的彩色觸摸屏。 多面體參考背景板為六面體。
本實用新型提高了分級分選效率，產(chǎn)品質(zhì)量得到保證，實現(xiàn)了不 同物料的智能分選、做到一機多選，分級分選成本也可大大地降低，便 于大規(guī)模的推廣。


圖l是本實用新型的整體結(jié)構原理框圖； 圖2是本實用新型中的喂料與攤薄系統(tǒng)的斜槽式結(jié)構示意圖； 圖3是本實用新型中的喂料與攤薄系統(tǒng)的履帶式結(jié)構示意圖。 其中
1機械安裝承載平臺 2彩色觸摸屏
3嵌入式視覺處理控制平臺4儲料箱5喂料與攤薄系統(tǒng)
7剔除系統(tǒng)
9圖像采集預處理系統(tǒng)
11特征信息專家知識庫
13信號線
15斜槽
17光源
19噴嘴
21剔除物料收料口 23正常物料輸送帶
6光學成像系統(tǒng) 8正常物料 10視覺控制系統(tǒng) 12剔除物料 14振動喂料器 16 CCD鏡頭 18背景板 20正常物料收料口 22物料攤薄輸送裝置 '24剔除執(zhí)行控制機構
具體實施方式
以下，參照附圖和實施例對本實用新型的基于視覺識別的顆粒物料 分選分級裝置進行詳細說明
如圖1 3所示， 一種基于視覺識別的顆粒物料分選分級裝置，包 括機械安裝承載平臺1、彩色觸摸屏2和嵌入式視覺處理控制平臺3。
在機械安裝承載平臺1中安裝有儲料箱4、喂料與攤薄系統(tǒng)5、光 學成像系統(tǒng)6和剔除系統(tǒng)7。
其中，喂料與攤薄系統(tǒng)5根據(jù)分選物料的不同，可以適用不同的物 料攤薄傳送裝置。對稻米等顆粒較小的物料，設計斜槽式的結(jié)構；而對 于蠶豆、珍珠等較大顆粒的物料設計采用履帶式的結(jié)構。
在斜槽式機械結(jié)構中，光學成像系統(tǒng)6包括CCD鏡頭16、光源17、 多面體參考背景板18和透鏡(未圖示)。
CCD鏡頭16以斜槽15為軸，在其兩側(cè)呈對稱分別安裝兩個光源17 和一個高速CCD鏡頭16。同時對應兩側(cè)的CCD鏡頭16，各裝有一個多 面體參考背景板18，本實用新型采用六面體參考背景板。
CCD鏡頭16包括CCD和鏡頭。其中，CCD (Charge Co叩led Device,
電荷耦合器件)由一種高感光度的半導體材料制成，可將光子轉(zhuǎn)換成 電荷，具有分辨率高、識別精度高、可移植性強等特點。
CCD鏡頭16包括CCD和鏡頭。其中，CCD (Charge Coupled Device, 電荷耦合器件)由一種高感光度的半導體材料制成，可將光子轉(zhuǎn)換成 電荷，具有分辨率高、識別精度高、可移植性強等特點。
在斜槽式機械結(jié)構中，物料經(jīng)振動喂料器14，以一定速度落入斜
5槽15中，流經(jīng)斜槽15均勻地噴射在斜槽下方的光學成像系統(tǒng)6的攝像區(qū)。
在履帶式結(jié)構中，光學成像系統(tǒng)6包括一個CCD鏡頭16、 一個光 源17、 一個多面體背景板18和透鏡。
在履帶式結(jié)構中，物料經(jīng)振動喂料器14的振動落到物料攤薄輸送 裝置22的皮帶上，皮帶的寬度和速度成一定比例關系，皮帶在驅(qū)動電 機(未圖示)的帶動下按照一定速度向光學成像系統(tǒng)6的攝像區(qū)移動， 同時在皮帶上設有一刮板結(jié)構(未圖示)，它在皮帶上做往復直線運動， 使皮帶上的物料厚度減小，物料在皮帶上均勻鋪開并攤薄，最后進入光 學成像系統(tǒng)6的視覺圖像的攝像區(qū)。
正常物料和需剔要除的異色物料經(jīng)光學成像系統(tǒng)6獲取其圖像后， 經(jīng)圖像采集預處理系統(tǒng)9處理后，分別得到不同的特征圖像信息，最后 視覺控制系統(tǒng)10對這些特征圖像信息進行處理運算，最后控制其它機 構執(zhí)行分選動作。
光源17采用線性LED光源。
多面體背景板18，在不同的參考背景下，CCD鏡頭16獲取到的圖 像灰度值和RGB (紅、綠、蘭)特征信息值是不同的，為滿足分選不同 顏色的要求，采用一個多面體為參考背景板，本實用新型為六面體，每 面涂有不同的參考背景色。多面體背景板18由控制電路控制，工作時 可根據(jù)不同物料分選分級要求自動控制背景板轉(zhuǎn)動到不同背景棱面。
剔除系統(tǒng)7由執(zhí)行機構控制系統(tǒng)24和噴嘴19組成，執(zhí)行機構控制 系統(tǒng)24包括驅(qū)動控制電路、壓縮空氣系統(tǒng)和壓力調(diào)節(jié)裝置等，噴嘴19 根據(jù)需要可以設計成不同結(jié)構形式，如扁形結(jié)構。
當嵌入式圖像處理控制系統(tǒng)3完成圖像特征信息比較運算之后，發(fā)
出剔除指令到執(zhí)行控制機構，此時驅(qū)動控制電路發(fā)出對應電磁氣閥噴嘴 19打開指令，由噴嘴19噴出高壓空氣將異色物料吹出。與此同時，執(zhí) 行機構控制系統(tǒng)24檢測壓縮空氣系統(tǒng)的壓力，當剔除壓力不夠或太大 時，控制自動壓力調(diào)節(jié)裝置進行氣壓調(diào)整。
此外，氣路系統(tǒng)(未圖示)為剔除機構高速氣閥噴嘴提供高壓空氣， 由執(zhí)行機構控制系統(tǒng)監(jiān)測壓縮空氣系統(tǒng)，當剔除壓力不夠或太大時，控 制自動壓力調(diào)節(jié)裝置進行氣壓調(diào)整。
剔除系統(tǒng)7是整個裝置的最終執(zhí)行機構，它最終完成合格物料和雜 色物料的分離。正常物料8落入正常物料收料口 20，而剔除物料12落入剔除物料收料口 21。
彩色觸摸屏2作為人機交互界面，通過信號線13與嵌入式視覺處 理控制平臺3連接。分選時，根據(jù)特征信息專家知識庫11中已有待分 選物料相應的匹配圖像特征數(shù)據(jù)，在觸摸屏上顯示依據(jù)不同的分選分級 標準分選出的正常物料圖像和與之對應的剔出物料的圖像。點擊不同的 圖像，即可確定選擇了不同的分選標準。同時在分選工作時，經(jīng)光學成 像系統(tǒng)6采集到當前分選物料的圖像后，可在觸摸屏上實時地顯示，便 于觀察。本實用新型中的彩色觸摸屏2可選用VT585W型或者性能類似 的彩色觸摸屏。
嵌入式視覺處理控制平臺3由圖像采集預處理系統(tǒng)9、視覺控制系 統(tǒng)10和特征信息專家知識庫11組成。
圖像采集預處理系統(tǒng)9和視覺控制系統(tǒng)10主要由現(xiàn)場可編程門陣 列(FPGA)和數(shù)字信號處理器(DSP)等器件組成，配合專用的數(shù)據(jù)通 訊接口、數(shù)據(jù)存儲器件組成以及其他的數(shù)字邏輯器件組成，實現(xiàn)物料圖 像的分析處理。
其中，F(xiàn)PGA (Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣 列)是專用集成電路(ASIC)中集成度最高的一種，內(nèi)部包括可配置 邏輯模塊、輸出輸入模塊和內(nèi)部連線三個部分。在本實用新型中，.現(xiàn)場 可編程門陣列可以采用颶風ni (Cyclone III)系列EP3C120芯片或者性 能類似的器件。根據(jù)DSP對圖像處理結(jié)果，與DSP —起控制各個組成部 件協(xié)調(diào)工作。
其中，DSP (Digital Signal Processor,數(shù)字信號處理器)主要 用于數(shù)字信號處理領域，非常適合高密度，重復運算及大數(shù)據(jù)容量的信 號處理。在DSP中有專用硬件乘法器和專門的信號處理指令，從而可對 數(shù)字圖像信號以更高運算速度進行處理。本實用新型中，在本實用新型 中，數(shù)字信號處理器由芯片TMS320DM64X或者性能類似的器件構成。
特征信息專家知識庫11是根據(jù)采集到有關物料的圖像和具體的分 選分級標準，確定其正常物料、要剔除的物料的圖像、形狀輪廓等特征 信息。特征信息專家知識庫事先存儲在嵌入式視覺處理控制平臺3上的 大容量存儲器件中。
如經(jīng)過晾曬烘干的枸杞子根據(jù)其顏色可分為霉果、黑果、油果和青 果等幾種顏色，根據(jù)枸杞子的外表皮面積、最大直徑的大小等參數(shù)分為 枸杞子王、180(表示每50克枸杞子干果中的枸杞子個數(shù)，下同)、280、350及小紅貨等幾類。在實際的分級分選加工生產(chǎn)中，往往根據(jù)客戶的 不同需要確定多種不同的標準。且不同的產(chǎn)地、不同時節(jié)的枸杞子其分 類標準也不同。因此，需要收集所有盡可能多的分級分選標準，由相應 的專業(yè)人員根據(jù)其顏色、大小等進行感官評定，建立枸杞子分級分選的 特征信息專家知識庫。
本實用新型提高了分級分選效率，產(chǎn)品質(zhì)量得到保證，實現(xiàn)了不同 物料的智能分選、做到一機多選，分級分選成本也可大大降低，便于大 規(guī)模推廣。
權利要求1、一種基于視覺識別的顆粒物料分選分級裝置，其特征在于包括機械安裝承載平臺(1)和嵌入式視覺處理控制平臺(3)，其特征在于還包括彩色觸摸屏(2)，在所述的機械安裝承載平臺(1)中安裝有儲料箱(4)、喂料與攤薄系統(tǒng)(5)、光學成像系統(tǒng)(6)和剔除系統(tǒng)(7)，所述的嵌入式視覺處理控制平臺(3)由圖像采集預處理系統(tǒng)(9)、視覺控制系統(tǒng)(10)和特征信息專家知識庫(11)組成。
2、 根據(jù)權利要求l所述的基于視覺識別的顆粒物料分選分級裝置，其 特征在于所述的喂料與攤薄系統(tǒng)(5)是斜槽式的結(jié)構。
3、 根據(jù)權利要求l所述的基于視覺識別的顆粒物料分選分級裝置，其特征在于所述的喂料與攤薄系統(tǒng)(5)是履帶式的結(jié)構。
4、 根據(jù)權利要求l所述的基于視覺識別的顆粒物料分選分級裝置，其 特征在于光學成像系統(tǒng)(6)包括CCD鏡頭(16)、光源(17)、多面體 參考背景板(18)和透鏡。
5、 根據(jù)權利要求l所述的基于視覺識別的顆粒物料分選分級裝置，其 特征在于彩色觸摸屏(2)采用VT585W型或者性能類似的彩色觸摸屏。
6、 根據(jù)權利要求4所述的一種基于視覺識別的顆粒物料分選分級裝置，其特征在于多面體參考背景板(18)為六面體。
專利摘要本實用新型公開了一種基于視覺識別的顆粒物料分選分級裝置，包括機械安裝承載平臺、彩色觸摸屏和嵌入式視覺處理控制平臺，在機械安裝承載平臺中安裝有儲料箱、喂料與攤薄系統(tǒng)、光學成像系統(tǒng)和剔除系統(tǒng)。嵌入式視覺處理控制平臺由圖像采集預處理系統(tǒng)、視覺控制系統(tǒng)和特征信息專家知識庫組成。喂料與攤薄系統(tǒng)采用斜槽式的結(jié)構或者履帶式的結(jié)構。光學成像系統(tǒng)包括CCD鏡頭、光源、多面體參考背景板和透鏡。本實用新型提高了分級分選效率，產(chǎn)品質(zhì)量得到保證，實現(xiàn)了不同物料的智能分選、做到一機多選，分級分選成本也可大大地降低，便于大規(guī)模的推廣。
文檔編號B07C5/34GK201150919SQ20082007367
公開日2008年11月19日 申請日期2008年1月17日 優(yōu)先權日2008年1月17日
發(fā)明者濤 丁, 張海順, 徐曉明, 朱體高, 雙 王, 王志為, 胥和平, 趙永福 申請人:天津市華核科技有限公司