發(fā)布時間：2020-02-18所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:針對目前水果機械化分級效率低、效果差的現(xiàn)狀和機器視覺技術(shù)在水果分級檢測的應(yīng)用前景，提出了利用機器視覺的技術(shù)對火龍果進行分級的方法。通過利用CCD攝像機和DSP處理器對火龍果進行缺陷檢測及大小和色度的分級。試驗結(jié)果表明:基于機器視覺的火龍果自
摘要:針對目前水果機械化分級效率低、效果差的現(xiàn)狀和機器視覺技術(shù)在水果分級檢測的應(yīng)用前景，提出了利用機器視覺的技術(shù)對火龍果進行分級的方法。通過利用CCD攝像機和DSP處理器對火龍果進行缺陷檢測及大小和色度的分級。試驗結(jié)果表明:基于機器視覺的火龍果自動分級系統(tǒng)可以高效率、高準(zhǔn)確率地實現(xiàn)對火龍果的自動分級，為后續(xù)產(chǎn)業(yè)化機器視覺水果分級系統(tǒng)提供了技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞:機器視覺;火龍果自動分級;缺陷檢測;大小分級;色度分級
0引言
我國作為農(nóng)業(yè)大國，水果的產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的6%，然而水果的出口價格卻遠遠低于國外同類水果[1-2]。通過分析發(fā)現(xiàn)，我國水果產(chǎn)后處理比例和水平較低，導(dǎo)致出售的水果質(zhì)量良莠不齊，加上產(chǎn)品包裝過于簡陋，水果產(chǎn)品很難進入高端市場。近年來，火龍果由于其具有美容保健的功效而在我國興起，但作為亞熱帶水果，在我國栽培時間比較短，種植面積較少，供需差距較大，其果實不易保存，容易出現(xiàn)爛果、皺皮、失水和變軟等現(xiàn)象，因此對火龍果進行產(chǎn)后處理，分級出售顯得尤為重要。
水果的產(chǎn)后處理是進入市場的必要環(huán)節(jié)，主要包括水果的清洗、打蠟、分級及商品包裝等。目前，水果清洗、打蠟等環(huán)節(jié)的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但分級技術(shù)仍比較落后。水果的分級標(biāo)準(zhǔn)主要包括內(nèi)部指標(biāo)和外部指標(biāo)兩方面:內(nèi)部指標(biāo)可以通過水果的內(nèi)部缺陷、甜度、酸度等指標(biāo)進行描述;外部標(biāo)準(zhǔn)可以通過水果表面是否有損傷及色澤等進行描述。通過內(nèi)部和外部指標(biāo)對水果進行分級定價，為消費者購買水果提供了方便，也可以將品質(zhì)較高的水果進行包裝以提高附加值，進行外貿(mào)出口。火龍果具有果大肉多、不易保存、易失水和皺皮的特點，可以根據(jù)其直徑、色澤及果肉水分多少進行分級。
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目前，我國對水果主要通過機械化設(shè)備進行分級，針對的是外部指標(biāo)，即大小和質(zhì)量的分級，分級效果較差，分級效率較低。針對水果的外部缺陷識別和水果的內(nèi)部指標(biāo)，如水果的內(nèi)部缺陷、甜度等進行的研究較少。機器視覺系統(tǒng)是一種通過機器視覺代替人工目測的一種設(shè)備，通過將產(chǎn)品轉(zhuǎn)換成圖像，并將圖像信號傳遞給圖像處理系統(tǒng)對其進行分析，檢測結(jié)果客觀并具有可重復(fù)性，具有檢測結(jié)果準(zhǔn)確、檢測效率高的特點[3]。因此，可以將機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用在水果自動分級系統(tǒng)上對火龍果進行自動分級。
1設(shè)計思路
1.1設(shè)計原理
通過參考國家標(biāo)準(zhǔn)和火龍果的產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)，將白肉火龍果主要分為3個等級，如表1所示。由表1可以看出:火龍果的分級主要通過果徑、果形是否有缺陷和色澤度進行分級，因此火龍果的自動分級系統(tǒng)主要從以上3個方面進行考慮。
1.2系統(tǒng)流程
火龍果自動分級系統(tǒng)主要由以下4部分組成，即水果傳送機構(gòu)、光照與攝像系統(tǒng)、機器視覺系統(tǒng)和分級系統(tǒng)，分級流程如圖1所示。該系統(tǒng)基本工作原理:火龍果經(jīng)由水果傳送機構(gòu)連續(xù)不斷地傳送至光照與攝像系統(tǒng)，攝像頭對水果進行圖像采集;解碼后的圖像數(shù)據(jù)包括水果的直徑、缺陷和色澤等數(shù)據(jù)傳送給DSP圖像處理器，將圖像識別的結(jié)果與預(yù)定的結(jié)果進行對比后得出火龍果的等級，將分級結(jié)果和水果的位置信息一并傳送給系統(tǒng)分級機構(gòu)，分級機構(gòu)將火龍果落入對應(yīng)等級的料槽內(nèi)。
.根據(jù)火龍果果實較大及表面有較多頁狀鱗片的特征，傳送機構(gòu)采用無底果杯式傳送方式[4-5]，如圖2(a)所示。無底果杯等間距的排列在傳送帶上，每個無底果杯上面放一個火龍果，水果和無底果杯隨著傳送帶運送進入光照箱內(nèi)，拍攝并采集圖像。為保證火龍果表面特征都可以被采集到，在無底果杯的上下都設(shè)置攝像頭，側(cè)面的圖像通過與平面呈45°夾角的平面鏡輸出獲得，如圖2(b)所示。
通過以上設(shè)置方式，1次拍攝即可以獲得4幅圖像。為了便于圖像后期處理，需要使水果和傳送機構(gòu)的色差較大，因此將傳送裝置和拍照背景定為黑色。
DSP處理器具有運算效率和精度高的特點，因此采用DSP處理器對圖像進行處理。攝像系統(tǒng)拍攝的圖片傳入DSP處理器，其內(nèi)部芯片將圖像信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號并進行算法處理;處理完成后，將結(jié)果通過芯片轉(zhuǎn)換成火龍果的等級信息，并與位置信息一起傳遞給分級系統(tǒng)，火龍果分級完成。
2分級方法
2.1缺陷識別
火龍果的缺陷識別通過給定閥值的方法進行。由于火龍果為近似圓形，因此拍攝時其表面灰度差基本相近，如果表面存在缺陷，則出現(xiàn)較大的灰度差。通過規(guī)定灰度差的閾值，當(dāng)超過該閾值時，有缺陷存在;沒有超過該閾值，則沒有缺陷。
3實驗結(jié)果分析
為驗證水果分級系統(tǒng)的可操作性，取50個不同等級的火龍果分別通過人工和系統(tǒng)進行分級測試，結(jié)果如表3所示。由表3可以看出:系統(tǒng)分級效率遠高于人工分級，但是分級結(jié)果有差別，共有3個火龍果分級結(jié)果不同，通過對這3個火龍果進行二次人工分級鑒別，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)分級結(jié)果正確。經(jīng)分析原因得出:人工分級工作量大、分級時間長，導(dǎo)致對于色度的混淆以及對于缺陷的疏漏。
4結(jié)論
基于機器視覺技術(shù)設(shè)計了火龍果的自動分級系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由水果傳送機構(gòu)、光照與攝像系統(tǒng)及機器視覺系統(tǒng)和分級系統(tǒng)組成。其中，光照與攝像系統(tǒng)采用CCD攝像機和DSP處理器進行圖像處理，對火龍果的缺陷檢測、大小和色度進行分級。試驗結(jié)果表明:基于機器視覺的火龍果分級系統(tǒng)可以高效率、高準(zhǔn)確度地對火龍果進行分級。
