一种基于图像识别的水果缺陷检测方法以及检测系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于图像识别的水果缺陷检测方法以及检测系统，本发明专利技术使用紫外光激发荧光现象实现水果表面缺陷检测，利用紫外光激发水果表面缺陷的酮类物质可产生荧光现象，检测到肉眼不能看到的缺陷，从而有效分拣出高质量的水果，与此同时，本发明专利技术自带光源可在夜间进行作业，从而有效利用夜间时间而提高作业生产效益。本发明专利技术使用PC视觉处理端与单片机控制端协同控制，能够将需要较高运算能力的图像数据交由PC视觉处理端处理，而对实时性要求比较高的底层控制则交由单片机控制端进行处理，两者通过无线通信模块进行通信实现对果实精准识别定位采摘，并且灯光结构简单和控制方便，具有较高的鲁棒性、准确性、实时性，简单实用且适合产业化推广。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像识别的水果缺陷检测方法以及检测系统
本专利技术涉及智能化水果采摘
，特别涉及一种基于图像识别的水果缺陷检测方法和检测系统。
技术介绍
现有技术中，水果采摘主要通过人工采摘，因此需要在白天进行作业，而夜间时间较少被利用起来。与此同时，现有技术的采摘工人或者相应的智能采摘设备仅仅对肉眼可见的缺陷进行分类和剔除，因此存在分拣效率低下、果实分类不全、设备不够智能化等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出一种控制方便和高效检测的基于图像识别的水果缺陷检测方法，本专利技术还提出一种使用基于图像识别的水果缺陷检测方法的检测系统，旨在对树上果实进行精准的缺陷检测、提高农业生产效率、降低人力成本以及实现农业生产智能化。为实现上述目的，本专利技术提出的一种基于图像识别的水果缺陷检测方法，包括以下步骤：S1：打开PC视觉处理端的操作界面向单片机控制端发送有效信号；S2：所述单片机控制端接收有效信号后，打开光照传感器获取环境光照强度，再与预先设定的白光光照强度阈值进行对比；LED电源电路通过LED驱动电路驱动白色LED灯串，并且所述单片机控制端利用场效应开关电路控制所述白色LED灯串两端的电压，为所述PC视觉处理端在夜间提供预设亮度的白光照明环境，然后所述单片机控制端通过无线通信模块发送白灯开启完毕信号至所述PC视觉处理端；S3：所述PC视觉处理端接收白灯开启完毕信号后，驱动系统摄像头获取白光下的水果图片，在确定果实位置后，所述PC视觉处理端通过所述无线通信模块发送切换紫外灯信号给所述单片机控制端；S4：所述单片机控制端接收切换紫外光信号后，所述LED电源电路通过所述LED驱动电路驱动紫色荧光LED灯串，所述单片机控制端关闭所述白色LED灯串，并将所述光照传感器获取到的数值和设定所需的紫色荧光光强阈值进行比较，所述单片机控制端通过调整紫色荧光LED灯串的亮度，为所述PC视觉处理端在夜间提供紫色荧光环境，然后所述单片机控制端通过所述无线通信模块发送光源切换成功信号给所述PC视觉处理端；S5：所述PC视觉处理端接收到光源切换成功信号后，在位置不变的前提下驱动所述系统摄像头获取紫光下的水果图片，基于白光下的图片确定水果位置，再通过自动识别和检测缺陷方法检测出水果的缺陷，标记缺陷后，所述PC视觉处理端通过所述无线通信模块向所述单片机控制端发送检测完成信号；S6：完成一次缺陷识别检测后，所述单片机控制端通过所述无线通信模块接收检测完成信号后切换为初始状态，所述PC视觉处理端进行下一轮的水果缺陷识别，所述单片机控制端接收信号循环步骤S1至S6。优选地，所述S5中的所述自动识别和检测缺陷方法包括以下步骤：S51：调用所述系统摄像头获取白光下水果的RGB三通道图像：S52：对所述RGB三通道图像进行颜色空间转换，转换为YIQ模型；S53：提取所述步骤S52的所述RGB三通道图像的YIQ模型I颜色分量；S54：对所述步骤S53获取的所述YIQ模型图像I颜色分量进行自动阈值分割，得到去除背景的水果图像；S55：在灯光系统位置不改变的前提下，调用所述系统摄像头获取紫外光下水果的RGB三通道图；S56：利用白光下获取的去除背景的水果图像的二值图对紫外光下的水果图像去除背景；S57：然后对所述步骤S56中获取的去除背景后的图像进行K均值聚类，分为4类并把聚类中心坐标的最大差值标记为第一类图像；S58：对所述第一类图像进行颜色空间转换，转换为Lab颜色模型并提取a分量；S59：以0.47为阈值对所述步骤S58中获取的图像进行二值化处理，从而获取缺陷部分，最终根据缺陷识别结果，使用矩形框标记出原图像中水果缺陷部分。优选地，所述LED电源电路通过保险丝限定电源输入的电流大小，所述LED电源电路设有可调电阻调整输出的电压。优选地，所述LED电源电路为所述LED驱动电路输入电压，所述LED电源电路使用恒压电路。优选地，所述白色LED灯串和所述紫色荧光LED灯串为若干个LED灯安装于具有30°环形弧面结构的灯串安装座顶面，所述光照传感器通过安装架安装于所述灯串安装座前端，所述系统摄像头安装于所述灯串安装座顶面中部。本专利技术还提出一种使用所述基于图像识别的水果缺陷检测方法的检测系统，所述单片机控制端通过所述无线通信模块与所述PC视觉处理端相连，所述单片机控制端还与所述LED驱动电路和LCD显示模块相连，所述电源通过所述LED电源电路与所述LED驱动电路相连，所述电源通过控制电路电源与所述单片机控制端相连，所述LED驱动电路与所述白色LED灯串以及所述紫色荧光LED灯串相连，所述单片机控制端与所述光照传感器相连，所述PC视觉处理端与所述系统摄像头相连。本专利技术技术方案相对现有技术具有以下优点：本专利技术技术方案通过使用紫外荧光光照实现水果表面缺陷的检测，利用紫外光激发水果表面缺陷的酮类物质可产生荧光现象，检测到肉眼不能看到的缺陷，从而有效分拣出高质量的水果，与此同时，本专利技术技术方案自带光源可在夜间进行作业，可有效利用夜间时间提高作业生产效益。本专利技术技术方案使用PC视觉处理端与单片机控制端协同控制，能够将需要较高运算能力的图像数据交由PC视觉处理端处理，而对实时性要求比较高的底层控制则交由单片机控制端进行处理，两者通过无线通信模块实现实时通信，从而对果实精准识别定位采摘，并且灯光结构简单和控制方便，具有较高的鲁棒性、准确性、实时性，简单实用且适合产业化推广。本专利技术技术方案采用识别算法具有简单高效、准确率较高等优点，有利于快速识别提高机器采摘的效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术灯光照明装置的立体结构示意图；图2为本专利技术检测系统的连接关系图；图3为本专利技术基于图像识别的水果缺陷检测方法的流程图；图4为本专利技术自动识别和检测缺陷方法的流程图；图5为单片机控制端的运行流程图。附图标号说明：标号名称标号名称1灯串安装座4光照传感器2白色LED灯串5系统摄像头3紫色荧光LED灯串6单片机控制端本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明，若本专利技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本专利技术实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图像识别的水果缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：打开PC视觉处理端的操作界面向单片机控制端发送有效信号；S2：所述单片机控制端接收有效信号后，打开光照传感器获取环境光照强度，再与预先设定的白光光照强度阈值进行对比；LED电源电路通过LED驱动电路驱动白色LED灯串，并且所述单片机控制端利用场效应开关电路控制所述白色LED灯串两端的电压，为所述PC视觉处理端在夜间提供预设亮度的白光照明环境，然后所述单片机控制端通过无线通信模块发送白灯开启完毕信号至所述PC视觉处理端；S3：所述PC视觉处理端接收白灯开启完毕信号后，驱动系统摄像头获取白光下的水果图片，在确定果实位置后，所述PC视觉处理端通过所述无线通信模块发送切换紫外灯信号给所述单片机控制端；S4：所述单片机控制端接收切换紫外光信号后，所述LED电源电路通过所述LED驱动电路驱动紫色荧光LED灯串，所述单片机控制端关闭所述白色LED灯串，并将所述光照传感器获取到的数值和设定所需的紫色荧光光强阈值进行比较，所述单片机控制端通过调整紫色荧光LED灯串的亮度，为所述PC视觉处理端在夜间提供紫色荧光环境，然后所述单片机控制端通过所述无线通信模块发送光源切换成功信号给所述PC视觉处理端；S5：所述PC视觉处理端接收到光源切换成功信号后，在位置不变的前提下驱动所述系统摄像头获取紫光下的水果图片，基于白光下的图片确定水果位置，再通过自动识别和检测缺陷方法检测出水果的缺陷，标记缺陷后，所述PC视觉处理端通过所述无线通信模块向所述单片机控制端发送检测完成信号；S6：完成一次缺陷识别检测后，所述单片机控制端通过所述无线通信模块接收检测完成信号后切换为初始状态，所述PC视觉处理端进行下一轮的水果缺陷识别，所述单片机控制端接收信号循环步骤S1至S6。...

【技术特征摘要】
1.一种基于图像识别的水果缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：打开PC视觉处理端的操作界面向单片机控制端发送有效信号；S2：所述单片机控制端接收有效信号后，打开光照传感器获取环境光照强度，再与预先设定的白光光照强度阈值进行对比；LED电源电路通过LED驱动电路驱动白色LED灯串，并且所述单片机控制端利用场效应开关电路控制所述白色LED灯串两端的电压，为所述PC视觉处理端在夜间提供预设亮度的白光照明环境，然后所述单片机控制端通过无线通信模块发送白灯开启完毕信号至所述PC视觉处理端；S3：所述PC视觉处理端接收白灯开启完毕信号后，驱动系统摄像头获取白光下的水果图片，在确定果实位置后，所述PC视觉处理端通过所述无线通信模块发送切换紫外灯信号给所述单片机控制端；S4：所述单片机控制端接收切换紫外光信号后，所述LED电源电路通过所述LED驱动电路驱动紫色荧光LED灯串，所述单片机控制端关闭所述白色LED灯串，并将所述光照传感器获取到的数值和设定所需的紫色荧光光强阈值进行比较，所述单片机控制端通过调整紫色荧光LED灯串的亮度，为所述PC视觉处理端在夜间提供紫色荧光环境，然后所述单片机控制端通过所述无线通信模块发送光源切换成功信号给所述PC视觉处理端；S5：所述PC视觉处理端接收到光源切换成功信号后，在位置不变的前提下驱动所述系统摄像头获取紫光下的水果图片，基于白光下的图片确定水果位置，再通过自动识别和检测缺陷方法检测出水果的缺陷，标记缺陷后，所述PC视觉处理端通过所述无线通信模块向所述单片机控制端发送检测完成信号；S6：完成一次缺陷识别检测后，所述单片机控制端通过所述无线通信模块接收检测完成信号后切换为初始状态，所述PC视觉处理端进行下一轮的水果缺陷识别，所述单片机控制端接收信号循环步骤S1至S6。2.如权利要求1所述的水果缺陷检测方法，其特征在于，所述S5中的所述自动识别和检测缺陷方法包括以下步骤：S51：调用所述系统摄像头获取白光下水果的RGB三通道图像：S52：对所述RGB三通道...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊俊涛，林睿，林忠凯，梁翠晓，韩泽鑫，郑镇辉，黄日桨，陈淑绵，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44