基于视觉识别的颗粒物料分选分级方法技术

本发明专利技术公开了一种基于视觉识别的颗粒物料分选分级方法，包括获取样品图像、图像特征信息预处理、设计分类器、建立特征信息专家库和待选物料分选与特征信息专家库进行匹配、进行分选分级。本发明专利技术克服了现有技术准确率差、效率低及易造成二次污染等弊病，使产品质量得到保证，实现了快速智能化、提高了颗粒物料的分选分级效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种颗粒物料分选分级方法，具体涉及一种应用嵌入式 视觉图像技术和模式识别技术的智能的基于视觉识别的颗粒物分选分 级方法。
技术介绍
随着我国粮食产业的发展以及食品深加工技术的发展，色选技术、近红外光谱分析技术已经逐渐应用到大米等农副产品的分级分选中，从本质上讲，这些农产品物料的分级分选要求，具有一定的相似性，即同属于需要按色泽和内在品质进行分选分级的颗粒状物料。但是，由于这些分选物料的光谱特性不同，加上其分选分级标准也有很大差异，对这些物料缺乏完整的分选物料模型，目前的技术现况是缺乏一种能同时适应各种物料智能化分级分选要求的装置。近些年来，枸杞、葡萄干、松子、蚕豆、葵仁等农副产品日益受到重视，但是由于这些农副产品作物生产的特殊性，其果实颗粒在生产过 程中更容易产生不同色泽，不同品质的产品，如枸杞子中的黑果、油果、 青果，葡萄干成品中的绿色葡萄干、黄色葡萄干、棕色葡萄干和黑色葡 萄干等多种产品。对于这些农产品来说，其食用品质、商品价值与外观 质量有着十分密切的关系，分选分级后的产品具有更高地商品价值。如 葡萄干出口贸易市场，对葡萄干的质量要求是在总体质量优良的前提 下，颜色大小形状必须均一。枸杞子产品出口时，色泽一致敬，单个重 量大的枸杞子，具有明显的价格优势和更高的食用价值。此外，对珍珠、 颗粒状塑料等物料也提出了不同的分选分级要求。中国专利技术专利"粒状原料的颜色分选装置"(CN98118453.7)公开 了一种利用硅光电探测器或CCD型探测器对谷类颗粒物料中良好谷粒 和不良谷粒的光电信号进行探测，利用不良谷粒探测信号的幅度与良好 谷粒电压阈值差别，实现不良谷粒的颜色分选。但说明书中提到用于判 别的良好谷粒阈值对人的依赖性很大，且对于不同物料的不同分选要求 其阈值如何设定也没有提到。由于硅光电探测器件本身的特性，对一些颜色很丰富且正常物料和 要剔除物料颜色很接近(如葡萄干中的绿色和浅黄色葡萄干)的情况下， 其分辨精度有限，因此，基于这种探测器的分选装置可能对某些物料不能有效分选。近年来，快速发展起来的机器视觉技术在多个行业得到了广泛的应 用，利用视觉识别技术可以高速、高分辨的采集和处理各种物体的图像， 同时利用各种图像模式识别处理算法可以分辨物体上极微小的差异，为 实现各种颗粒物料更有效的分选分级提供了保证。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，目的是提供一 种应用嵌入式视觉图像技术和模式识别技术的智能的基于视觉识别的 颗粒物分选分级方法。本专利技术的技术方案是 一种基于视觉识别的颗粒物料分选分级方 法，包括以下步骤第一、获取样品图像(Sl)a、 根据分选物料的不同，有选择的使用不同照射光源和参考背景 板的颜色；b、 取样，根据物料的实际分选分级要求，分别得到该物料的中好 料和次料的样品，样品的选择可依据该物料分选时确定的分选标准；c、 分别将好料和次料样品均匀地经过嵌入式视觉处理控制平台的 光学成像系统，为了与实际分选时的条件一致，物料样品沿摊薄装置以 一定速度落入光学成像系统的成像区域，最后由高速灰度或彩色CCD获 取到好料和次料样品的图像；第二、图像特征信息预处理(S2)a、 将采到的好料和次料图像，运用相应的图像处理算法进行处理， 处理后可得到图像的灰度值或RGB颜色及形状特征值；b、 得到好料和次料的图像灰度值或RGB颜色及形状特征值等特征 信息，将两组特征信息值读入同一图像平面中；第三、设计分类器(S3)a、 按照统计模式识别的方法，分别统计好料和次料的轮廓形状和 灰度、RGB颜色阈值特征信息值；b、 根据灵敏度曲线位置的不同，设计不同的分类器； 第四、建立特征信息专家库(S4)将分类器存储于嵌入式视觉控制处理控制平台的存储器中，物料的 不同的分选分级将对应不同分类器，可以在同一台装置中为多种物料建 立分类器，从而形成了一个分类器库---特征信息专家库，专家库一旦建立，其数据将存储于嵌入式视觉处理控制平台上的存储器件中，供分 选时调用；第五、待选物料分选与特征信息专家库进行匹配，进行分选分级 (S5)a、 在触摸屏2上选取待分选物料的分选分级标准，即选定了特征 信息专家库中相应的分类器；b、 嵌入式视觉处理控制系统开始控制喂料摊薄装置将物料均匀送 往光学成像区，由光学成像系统获取物料图像；c、 由图像采集预处理系统对图像信息预处理，提取特征信息；d、 特征信息与特征信息专家库中分类器匹配比对；e、 根据匹配结果，如果是次料，则视觉控制系统发出剔除指令到 剔除执行机构，剔除次料。嵌入式视觉处理控制平台由图像采集预处理系统、视觉控制系统和 特征信息专家库组成。图像采集预处理系统和视觉控制系统主要由现场可编程门阵列和 数字信号处理器等器件组成。本专利技术由于采用了嵌入式视觉图像识别技术对颗粒物料进行分级 分选，克服了传统的拣选方式准确率差、效率低及易造成二次污染等弊 病，使得分级分选质量得到保证，并且实现了快速智能化、提高了颗粒 物料的分级分选效率。附图说明图l是本专利技术的整体结构原理方框图；图2是本专利技术中的喂料与摊薄系统的履带式结构示意图； 图3是本专利技术的分选分级方法的程序图；图4是利用本专利技术的分选分级方法分选出的好料和次料的图像特 征信息分布区域图；图5是利用本专利技术的分选分级方法分选出的好料和次料的动态临 界曲线划分示意图。 g巾1机械安装承载平台 2彩色触摸屏3嵌入式视觉处理控制平台4储料箱5喂料与摊薄系统 6光学成像系统7剔除执行机构 8好料9图像采集预处理系统11特征信息专家库13信号线15斜槽17光源19喷嘴21好料输送带10视觉控制系统 12次料 14振动喂料器 16 CCD镜头 18背景板20物料摊薄输送装置 22剔除执行控制机构具体实施方式以下，参照附图和实施例对本专利技术的基于视觉识别的颗粒物料分选 分级方法进行详细说明如图1、 2所示， 一种，其 中分选分级装置包括机械安装承载平台1、彩色触摸屏2和嵌入式视觉 处理控制平台3。在机械安装承载平台1中安装有储料箱4、喂料与摊薄系统5、光 学成像系统6和剔除执行机构7。其中，喂料与摊薄系统5根据分选分级物料的不同，可以适用不同 的物料摊薄传送装置。对稻米等颗粒较小的物料，采用斜槽式的结构； 而对蚕豆、珍珠等较大颗粒的物料采用履带式的结构，本专利技术采用履带 式的结构为例。在履带式结构中，喂料与摊薄系统5包括振动喂料器14、斜槽15 和物料摊薄输送装置20。光学成像系统6包括CCD镜头16、光源17、多面体参考背景板18 和透镜(未图示)，CCD镜头16包括CCD和镜头。其中，CCD (Charge Coupled Device)用于将光信号转换为电信号。 电荷耦合器件11由一种高感光度的半导体材料制成，可将光子转换成 电荷，具有分辨率高、识别精度高、可移植性强等特点。多面体背景板18在不同的参考背景下，CCD镜头16获取到的图像 灰度值和RGB (红、绿、兰)特征信息值是不同的，为满足分选不同颜 色的物料的要求，采用一个多面体为参考背景板，本专利技术为六面体，每 面涂有不同的参考背景色。多面体背景板18由控制电路控制，工作时 可根据不同物料分选分级要求自动控制背景板转动到不同背景棱面。剔除执行机构7由剔除执本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于视觉识别的颗粒物料分选分级方法，其特征包括以下步骤：　　　　第一、获取样品图像（Ｓ１）　　　　ａ、根据分选物料的不同，有选择的使用不同照射光源（１７）和参考背景板（１８）的颜色；　　　　ｂ、取样，根据物料的分选分级要求，分别得到该物料中的好料和次料的样品，样品的选择可依据该物料分选时确定的分选标准；　　　　ｃ、分别将好料和次料样品均匀地经过嵌入式视觉处理控制平台（３）的光学成像系统（６），物料样品沿摊薄装置以一定速度落入光学成像系统（６）的成像区域，最后由高速灰度或彩色ＣＣＤ获取到好料和次料样品的图像；　　　　第二、图像特征信息预处理（Ｓ２）　　　　ａ、将采到的好料和次料图像，运用相应的图像处理算法进行处理，处理后可得到图像的灰度值或ＲＧＢ颜色及形状特征值；　　　　ｂ、得到好料和次料的图像灰度值或ＲＧＢ颜色及形状特征值等特征信息，将两组特征信息值读入同一图像平面中；　　　　第三、设计分类器（Ｓ３）　　　　ａ、按照统计模式识别的方法，分别统计好料和次料的轮廓形状和灰度、ＲＧＢ颜色阈值特征信息值；　　　　ｂ、根据灵敏度曲线位置的不同，设计不同的分类器；　　　　第四、建立特征信息专家库（Ｓ４）　　　　将分类器存储于嵌入式视觉控制处理控制平台（３）的存储器中，不同物料的分选分级将对应不同的分类器，可以在同一台装置中为多种物料建立各自的分类器，从而形成了一个分类器库，即特征信息专家库，专家库一旦建立，其数据将存储于嵌入式视觉处理控制平台（６）上的存储器中，供分选时调用；　　　　第五、待选物料分选分级与特征信息专家库进行匹配，进行分选分级（Ｓ５）；　　　　ａ、在彩色触摸屏（２）上选取待分选物料的分选分级标准，即选定了特征信息专家库中相应的分类器；　　　　ｂ、嵌入式视觉处理控制系统（６）开始控制喂料摊薄装置（５）将物料均匀送往光学成像区，由光学成像系统（６）获取物料图像；　　　　ｃ、由图像采集预处理系统（９）对图像信息预处理，提取特征信息；　　　　ｄ、特征信息与特征信息专家库中分类器匹配比对；　　　　ｅ、根据匹配结果，如果是次料，则视觉控制系统（１０）发出剔除指令到剔除执行机构（７），剔除次料。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永福，徐晓明，张海顺，王双，朱体高，胥和平，王志为，丁涛，
申请(专利权)人：天津市华核科技有限公司，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]