專利名稱：谷物實時檢測與分級的機器視覺系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機器 視覺系統(tǒng)，尤其是涉及一種谷物實時檢測與分級的機器視覺系統(tǒng)。
背景技術：
加強谷物的質量檢驗監(jiān)測工作，對區(qū)域試驗中的谷物品系進行品質測定，為篩選確定新品種提供品質依據(jù)；對審定后的優(yōu)質專用谷物品種進行跟蹤鑒定，檢測谷物品種的品質穩(wěn)定性；定期對大面積推廣的谷物品種進行質量抽查、品質檢驗和綜合評價，編制全國和各優(yōu)勢區(qū)谷物質量年度報告，提供有關檢驗檢測信息；研究新的檢驗技術和方法，制修訂有關標準，提高谷物品質檢測的質量和水平等，都有非常重要的意義。谷物等級檢測主要涉及到谷物的大小形狀、表面的缺陷、雜質等方面的內容，為谷物分級的重要依據(jù)之一，在世界各國的谷物評級標準中有嚴格的規(guī)定。以往的谷物分級主要人為來完成的，這樣需要大量的勞動力，不但勞動強度大，而且還受主觀的影響，例如個人視力、鑒別力、情緒、疲勞、光線等因素的影響，這樣效率低，準確性也差。色選機雖然在速度上有較大的優(yōu)勢，然而不能保證高精度，尤其是與顏色無關的雜質無法去除。國外也有一些廠家研制了一些谷物分級儀器，然而受當?shù)仄贩N的影響比較大，并不太適合我國的谷物品種，以往雖然也有學者研究過分級方法，但大多停留在理論研究上。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供了一種谷物實時檢測與分級的機器視覺系統(tǒng)，實現(xiàn)谷粒的快速和自動的輸送，且將谷物依次通過計算機的視場，能準確，有效的獲取谷粒的顏色、紋理和形狀特征信息，實現(xiàn)谷粒的檢測和分級。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是它包括動力和傳動機構、計算機視覺識別機構、單?；b置和自動分級機構；其中1)動力和傳動機構包括步進電機、電機上的主動齒輪、內齒輪、環(huán)形邊框和中心軸；步進電機通過其軸上的主動齒輪與內齒輪嚙合，內齒輪安裝在環(huán)形邊框的下端面，內齒輪和環(huán)形邊框同軸安裝在中心軸上；2)計算機視覺識別機構包括相機、采集卡、環(huán)形光源、支架、計算機、位置傳感器、定位傳感器、定位盤和控制模塊；支架固定在機構箱體上，支架從上往下依次安裝有相機和環(huán)形光源，相機安放在盛放谷物槽一側的正上方，環(huán)形光源的中心與相機的中心同軸安裝，相機經采集卡與計算機連接，定位盤安裝在位于內齒輪下方的中心軸上，定位盤與托盤保持同步旋轉，定位盤上分布著與托盤上谷粒槽相同個數(shù)的位置孔，定位盤上還設有一個定位孔，定位孔位于與其中一個位置孔和中心軸同一直線上，定位傳感器與位置傳感器分別位于定位孔和位置孔正上方，計算機通過串口與控制模塊相連；3)單?；b置包括圓錐體、托盤、四塊擋板、兩個電動刷子；圓錐體和托盤，從上而下依次同軸安裝在環(huán)形邊框的上端面的中心軸上，托盤端面圓周均布有能盛放谷物的谷粒槽，托盤外圓與環(huán)形邊框內孔為轉動配合，四塊擋板分別斜向分布在未通過所述相機視場的環(huán)形邊框的半圓體上，每塊擋板的一端與圓錐體下邊緣相接，每塊擋板的另一端與環(huán)形邊框相接，四塊擋板中心角為90° 120°，兩個電動刷子分別安裝在靠近所述相機一側的三塊擋板間的環(huán)形邊框邊緣；4)自動分級機構包括與托盤上谷粒槽相同個數(shù)的彈簧鉸鏈托片、三塊電磁鐵和三個收集箱；每片彈簧鉸鏈托片的一端等分安裝在托盤的銷軸中，每片彈簧鉸鏈托片伸出托盤外的一端均有擋片，每片彈簧鉸鏈托片與谷粒槽寬度相同，三塊電磁鐵固定在環(huán)形邊框的邊緣上，與彈簧鉸鏈托片的位置相對應，三塊電磁鐵的撥片能與彈簧鉸鏈托片相接觸， 三個收集箱分別放在各自電磁鐵對應槽的正下方，每個等級對應一個收集箱，控制模塊與三塊電磁鐵相連，控制模塊發(fā)出信號控制電磁鐵，電磁鐵的撥片撥住彈簧鉸鏈托片擋片邊緣，隨著托盤的旋轉，托盤上的谷粒槽中谷粒能掉入到下面對應的收集箱里。所述的控制模塊27由ATMEGAU8單片機與外圍電路以及RS-232組成，谷物等級信息、位置信息以及旋轉機構的速度信息通過RS-232與計算機主板連接，完成信息的接收和發(fā)送。本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明在快速運動的谷粒中提取出有效的圖像信息，并且對圖像信息進行矯正和分析處理，快速且有效的完成對動態(tài)谷粒的形狀、顏色、大小、表面光滑度以及表面缺陷等外觀品質指標的檢測，并通過自動分級機構實現(xiàn)分級。從而可以提升谷粒的質量檢測與分級的自動化水平，應用于實際生產后，可以優(yōu)化我國糧食的資源配置。


圖1是本發(fā)明的結構原理示意圖。圖2是本發(fā)明的單粒化裝置的俯視示意圖。圖3是本發(fā)明的圓盤機構左視圖。圖4是本發(fā)明的圓盤機構仰視圖。圖5是本發(fā)明的4個擋板的結構簡圖。圖6是本發(fā)明的定位盤三維圖。圖7是本發(fā)明的環(huán)形邊框三維圖。圖8是本發(fā)明的分級結構仰視示意圖。圖9是本發(fā)明的控制結構框圖。圖中1、計算機，2、圓錐體，3、箱體，4、托盤，5、彈簧鉸鏈托片，6、電磁鐵，7、環(huán)形邊框，8、內齒輪，9、收集箱，10、位置傳感器，11、定位傳感器，12、中心軸，13、定位盤，14、步進電機，15、支架，16、電機上的主動齒輪，18、谷粒，19、環(huán)形光源，20、相機，21、采集卡，22、23、 25、26、擋板，24、電動刷子，27、控制模塊，觀、谷粒槽，四、銷軸。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1、圖2、圖3、圖4、圖7、圖8所示，本發(fā)明它包括動力和傳動機構、計算機視覺識別機構、單粒化裝置和自動分級機構；其中1)動力和傳動機構包括步進電機14、電機上的主動齒輪16、內齒輪8、環(huán)形邊框 7和中心軸12 ；步進電機14通過其軸上的主動齒輪16與內齒輪8嚙合，內齒輪8安裝在環(huán)形邊框7的下端面，內齒輪8和環(huán)形邊框7同軸安裝在中心軸12上；2)計算機視覺識別機構包括相機20、采集卡21、環(huán)形光源19、支架15、計算機1、 位置傳感器10、定位傳感器11、定位盤13和控制模塊27 ；支架15固定在機構箱體上，支架 15從上往下依次安裝有相機20和環(huán)形光源19，相機安放在盛放谷物槽一側的正上方，環(huán)形光源19的中心與相機20的中心同軸安裝，相機20經采集卡21與計算機1連接，定位盤13 安裝在位于內齒輪8下方的中心軸12上，定位盤13與托盤4保持同步旋轉，定位盤13上分布著與托盤4上谷粒槽28相同個數(shù)的位置孔，定位盤13上還設有一個定位孔，定位孔位于與其中一個位置孔和中心軸12同一直線上，定位傳感器11與位置傳感器10分別位于定位孔和位置孔正上方，計算機1通過串口與控制模塊27相連；

3)單?；b置包括圓錐體2、托盤4、四塊擋板22、23、25、26、兩個電動刷子24; 圓錐體2和托盤4，從上而下依次同軸安裝在環(huán)形邊框7的上端面的中心軸12上，托盤4端面圓周均布有能盛放谷物的谷粒槽28 (圖中為30個槽)，托盤4外圓與環(huán)形邊框7內孔為轉動配合，四塊擋板分別斜向分布在未通過所述相機20視場的環(huán)形邊框7的半圓體上，每塊擋板的一端與圓錐體2下邊緣相接，每塊擋板的另一端與環(huán)形邊框7相接，四塊擋板22、 23、25、26中心角為90° 120°，兩個電動刷子24分別安裝在靠近所述相機20 —側的三塊擋板間的環(huán)形邊框7邊緣；4)自動分級機構包括與托盤4上谷粒槽28相同個數(shù)的彈簧鉸鏈托片5、三塊電磁鐵6和三個收集箱9 ；每片彈簧鉸鏈托片的一端等分安裝在托盤4的銷軸29中，每片彈簧鉸鏈托片伸出托盤4外的一端均有擋片，每片彈簧鉸鏈托片與谷粒槽28寬度相同，三塊電磁鐵6固定在環(huán)形邊框7的邊緣上，與彈簧鉸鏈托片5的位置相對應，三塊電磁鐵6的撥片能與彈簧鉸鏈托片相接觸，三個收集箱9分別放在各自電磁鐵對應槽的正下方，每個等級對應一個收集箱，控制模塊27與三塊電磁鐵6相連，控制模塊27發(fā)出信號控制電磁鐵6， 電磁鐵6的撥片撥住彈簧鉸鏈托片5擋片邊緣，隨著托盤的旋轉，托盤上的谷粒槽中谷粒能掉入到下面對應的收集箱里。如圖9所示，所述的控制模塊27由ATMEGA128單片機與外圍電路以及RS-232組成，谷物等級信息、位置信息以及旋轉機構的速度信息通過RS-232與計算機主板連接，完成信息的接收和發(fā)送。如圖1、圖2、圖7所示，動力和傳動機構，包括步進電機14、電機上的主動齒輪16、 內齒輪8、環(huán)形邊框7、中心軸12 ；整個裝置由步進電機14帶動。步進電機上的主動齒輪16 與內齒輪8相內嚙合，內齒8輪與中心軸12連接，中心軸通過軸承與環(huán)形邊框7連接，中心軸帶動托盤4旋轉，中心軸、托盤與內齒輪保持同軸旋轉。谷物從箱體3上方倒入，倒入的谷粒經由圓錐體滑入邊緣，使得谷粒更接近托盤4旁邊的孔位。如圖2、圖5所示，圖2為整個機構的單?；b置俯視簡圖，包括圓錐體2、托盤4、 四塊擋板22、23、25、26、電動刷子24，隨著步進電機14的旋轉，經圓錐體滑入到托盤邊緣的谷粒隨著托盤的旋轉分別通過4個擋板以及兩個直流電機帶動的電動刷子24，擋板22、23、 25,26和電動刷子24，擋板的形狀如圖5所示，擋板在靠近環(huán)形邊框處有一個槽，其功能是使谷粒進入，進入后的谷粒在通過擋板25與26處時有可能在此處積壓，為了防止卡盤，在此設置了兩個電動刷子24 ；從而實現(xiàn)了谷粒的單?；?，谷粒18為單?；蟮奈恢?。如圖1、圖6所示，計算機視覺識別機構包括相機20、采集卡21、環(huán)形光源19、支架 15、計算機1、位置傳感器10、定位傳感器11、定位盤13，控制模塊27，為了抓取清晰的圖像， 必須使相機20、環(huán)形光源19與谷粒18之間達到最佳位置。相機20通過采集卡21用USB 接口與計算機1相連，抓取的谷粒圖像在處理以及模式識別后把其結果通過RS232以通信的形式發(fā)給控制模塊27，控制模塊27根據(jù)所發(fā)出的指令來控制步進電機14轉速以及自動分級機構。在抓取到的谷粒圖像的同時還要對每一個谷粒進行跟蹤，定位盤13 (如圖6所示)上有定位孔與位置孔，位置孔的個數(shù)與托盤4邊緣盛放谷粒槽的個數(shù)和分布位置均勻性相同，定位傳感器11設置初始位置，定位傳感器10對谷粒進行跟蹤。如圖8所 示，自動分級機構包括彈簧鉸鏈托片5、電磁鐵6和收集箱9 ；圖8中的電磁鐵個數(shù)對應所需要分谷粒的等級，當計算機1發(fā)出判斷好的信號后，谷粒旋轉到電磁鐵6 的位置時會觸發(fā)，電磁鐵6的撥片伸長，伸長后的電磁鐵6將會撥到托盤4上的相應等級位置的彈簧鉸鏈托片5的擋片，隨著托盤4的旋轉，彈簧鉸鏈托片5將會沿著固定鈾旋轉，直到谷粒從谷粒槽中掉落下來，谷粒掉落到相應等級的收集箱9中，彈簧鉸鏈托片5在彈簧的作用下回復原狀，電磁鐵6的撥片也回復到原來位置，從而完成分級的整個過程。本發(fā)明的實施流程首先啟動電源開關，上電后一切操作都通過計算機來進行控制。先通過軟件設定一個初始旋轉速度，此速度可設置為通過事先測試好的最佳速度，旋轉裝置在步進電機的帶動下旋轉。谷粒從進料口倒入，倒入后的谷物隨著動力與傳動裝置的轉動通過單?；b置上面的擋板進入到托盤邊緣的谷粒槽中。為了防止多個谷粒在此積聚后而卡住轉盤，需在單粒化裝置上加兩個電機帶動的電動刷子。當單粒化的谷粒進入到相機的視場范圍時， 觸發(fā)相機采集谷粒圖像，再經過圖像處理以及模式識別判定谷粒的等級。托盤中的每個槽都有編碼，以便對每一個谷粒進行跟蹤，判斷好等級的谷粒旋轉到卸料口時，通過RS-232 把信號發(fā)送給控制模塊，控制模塊將在對應的等級出口打開托盤邊緣盛裝谷粒槽底下的彈簧鉸鏈托片，使里面的谷粒掉落到下面對應的收集箱里面，從而完成對谷物的檢測與分級。 圖9為控制示意圖。
權利要求
1.一種谷物實時檢測與分級的機器視覺系統(tǒng)，其特征在于它包括動力和傳動機構、計算機視覺識別機構、單?；b置和自動分級機構；其中1)動力和傳動機構包括步進電機(14)、電機上的主動齒輪(16)、內齒輪(8)、環(huán)形邊框(7)和中心軸(12)；步進電機(14)通過其軸上的主動齒輪(16)與內齒輪⑶嚙合，內齒輪(8)安裝在環(huán)形邊框(7)的下端面，內齒輪(8)和環(huán)形邊框(7)同軸安裝在中心軸(12) 上；2)計算機視覺識別機構包括相機(20)、采集卡(21)、環(huán)形光源(19)、支架(15)、計算機(1)、位置傳感器(10)、定位傳感器(11)、定位盤(1 和控制模塊(XT)；支架(1 固定在機構箱體上，支架(巧)從上往下依次安裝有相機00)和環(huán)形光源(19)，相機安放在盛放谷物槽一側的正上方，環(huán)形光源(19)的中心與相機00)的中心同軸安裝，相機OO)經采集卡與計算機(1)連接，定位盤(1 安裝在位于內齒輪(8)下方的中心軸(1 上， 定位盤(13)與托盤(4)保持同步旋轉，定位盤(1 上分布著與托盤(4)上谷粒槽觀相同個數(shù)的位置孔，定位盤(1 上還設有一個定位孔，定位孔位于與其中一個位置孔和中心軸 (12)同一直線上，定位傳感器11與位置傳感器10分別位于定位孔和位置孔正上方，計算機 (1)通過串口與控制模塊(XT)相連；3)單?；b置包括圓錐體O)、托盤G)、四塊擋板02、23、25、沈)、兩個電動刷子 (24)；圓錐體( 和托盤G)，從上而下依次同軸安裝在環(huán)形邊框(7)的上端面的中心軸 (12)上，托盤(4)端面圓周均布有能盛放谷物的谷粒槽( )，托盤⑷外圓與環(huán)形邊框(7) 內孔為轉動配合，四塊擋板分別斜向分布在未通過所述相機OO)視場的環(huán)形邊框(7)的半圓體上，每塊擋板的一端與圓錐體( 下邊緣相接，每塊擋板的另一端與環(huán)形邊框(7)相接，四塊擋板02、23、25、沈)中心角為90° 120°，兩個電動刷子04)分別安裝在靠近所述相機OO) —側的三塊擋板間的環(huán)形邊框(7)邊緣；4)自動分級機構包括與托盤(4)上谷粒槽08)相同個數(shù)的彈簧鉸鏈托片(5)、三塊電磁鐵(6)和三個收集箱(9)；每片彈簧鉸鏈托片的一端等分安裝在托盤的銷軸09) 中，每片彈簧鉸鏈托片伸出托盤(4)外的一端均有擋片，每片彈簧鉸鏈托片與谷粒槽08) 寬度相同，三塊電磁鐵(6)固定在環(huán)形邊框(7)的邊緣上，與彈簧鉸鏈托片(5)的位置相對應，三塊電磁鐵(6)的撥片能與彈簧鉸鏈托片相接觸，三個收集箱(9)分別放在各自電磁鐵對應槽的正下方，每個等級對應一個收集箱，控制模塊07)與三塊電磁鐵(6)相連，控制模塊(XT)發(fā)出信號控制電磁鐵(6)，電磁鐵(6)的撥片撥住彈簧鉸鏈托片(5)擋片邊緣，隨著托盤的旋轉，托盤上的谷粒槽中谷粒能掉入到下面對應的收集箱里。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種谷物實時檢測與分級的機器視覺系統(tǒng)，其特征在于所述的控制模塊(XT)由ATMEGAU8單片機與外圍電路以及RS-232組成，谷物等級信息、位置信息以及旋轉機構的速度信息通過RS-232與計算機主板連接，完成信息的接收和發(fā)送。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種谷物實時檢測與分級的機器視覺系統(tǒng)。本系統(tǒng)由動力和傳動機構、計算機視覺識別機構、單?；b置、自動分級機構組成。谷粒從進料口進去后先由動力和傳動機構控制好速度，再經由單?；b置使得谷粒一個個的向前輸送，單?；墓攘Ｔ儆捎嬎銠C視覺識別機構采集圖像，采集到的圖像通過圖像處理后得到每個谷粒的形狀、色澤、大小、表面光滑度、表面缺陷等特征信息，再通過模式識別來確定谷粒的等級。整個過程中對每個谷粒進行跟蹤，當標定等級后的谷粒到達出料區(qū)時經由計算機視覺識別機構的控制模塊，來控制谷粒的自動分級機構，把識別好的谷粒經由出料口自動落入收集箱中。從而提高對谷物的自動化檢測與分級水平。
文檔編號B07C5/00GK102284428SQ20111012257
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月12日 優(yōu)先權日2011年5月12日
發(fā)明者崔東蘇, 成芳, 陳豐農 申請人:浙江大學