专利名称：基于dsp机器视觉的水果分级系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种基于机器视觉的水果分级系统以及利用该系统进行水果分级的 方法，属于水果加工技术领域。
背景技术：
目前，基于机器视觉的水果分级系统是通过C⑶摄像头采集流水线上的水果图 像，并通过图像采集卡将水果图像数据传送到工控机中进行图像处理，从而获得水果外部 品质的相关参数，然后根据这些参数由安装在工控机上的分机软件对水果进行分级，并发 送各个水果的等级触发信号给相应等级出果口的触发装置，从而实现水果的分级。但是该 类系统的图像一般需要通过CCD成像、数据采集卡、A/D转换器才能到计算机中，然后通过 操作系统调用应用程序对数据进行处理，一方面数据的传输浪费大量时钟周期，另一方面 相关的图像处理算法都在计算机中执行、势必也会占用大量时钟周期，从而导致水果分级 系统实时性不高，降低了水果分级的分级效率。
发明内容
本发明的目的是为了提高现有水果分级系统的实时性、分级效率和准确率，提供 一种基于DSP机器视觉的水果分级控制系统，以及采用该系统进行水果分级的方法。该系 统将耗时的图像采集和图像处理任务都交由专用的DSP高速图像处理系统执行，工控机只 负责进行人机交互和发送分级触发信号。另外，在高速的DSP图像处理系统实现了更为复 杂和精准的水果分级方法。本发明的第一个技术方案是基于DSP机器视觉的水果分级系统，包括用来识别 输送流水线上的水果外部品质特征的机器视觉模块，对水果进行分级控制的工控机和安装 在工控机的分级软件，其特征是所述的机器视觉模块由CCD摄像头和DSP视频处理系统构 成；机器视觉模块中的DSP视频处理系统设有专用于图像处理的DSP芯片。DSP视频处理系统设有DSP板卡，DSP板卡通过PCI接口与工控机连接，并且DSP 板卡是插在工控机的机箱中。安装在工控机中的分级软件通过PCI接口连接DSP视频处理系统。本发明的第二个技术方案是基于DSP机器视觉的水果分级系统进行水果分级的 方法，包括如下步骤水果随输送通道以均勻的速度运行；通过由CXD摄像头和DSP视频处 理系统构成的机器视觉模块识别水果输送流水线上的水果的外部品质特征；由安装在工控 机上的分级软件对水果进行分级控制，将水果分类到相应等级的出果口中；其特征是一、摄像头同时采集两个水果输送通道的PAL制式的模拟图像信号，通过解码器 将模拟信号转换为YUV格式图像数据，存储在DSP视频处理系统的图像采集数据存储区；二、对图像采集数据存储区中的水果图像数据进行预处理，首先，利用中值滤波的 方法对图像进行平滑滤波；其次，采用基于阈值的分割法对水果图像进行背景分割处理； 最后，采用轮廓跟踪的方法进行水果边界提取，从而得到水果边界曲线；
三、利用对水果图像进行边界提取得到边缘点来确定水果的形心点，将通过果梗 与水果交界点和形心两点的连线定为果轴，用过形心与果轴垂直的直径来代表果径，即为 水果的大小；四、对采集到的彩色水果图像采用HSI彩色模型来表示水果颜色，并利用色度值H 对水果表面颜色组成进行分析，计算出苹果表面颜色鲜红、浓红所占比例来确定苹果颜色 等级；五、根据表面坏损区域与非坏损区域的颜色特征差异，利用坏损区域与非坏损区 域交界处的突变，求得可疑坏损点，然后再利用区域增长法，求出整个受损区域的面积；六、将上述三、四、五所得到的水果大小、颜色、缺陷特征参数通过PCI接口传输到 工控机中分级软件进行分级。本发明科学合理，提高了水果分级系统的实时性，分级速度快，分级准确率高。由 DSP机器视觉系统、人机交互系统、输送模块和分级触发模块等几部分组成。DSP机器视觉 系统主要由CXD摄像头、照明系统和DSP板卡组成。摄像头采集水果的图像传送到DSP图 像处理系统中，通过图像处理算法提取分级所需的水果特征。人机交互系统则主要由工控 机和分级软件组成。分级软件又分为人机接口和分级控制部分。用户通过人机接口部分可 以配置和测试整个水果分级系统。例如，用户可以设置等级数及各等级标准值来控制系统 的分级标准，或者利用触发测试功能来测试触发装置是否能正常工作等等。DSP机器视觉系 统和人机交互系统是通过PCI总线联系起来的，实现方式是将DSP板卡插入工控机的PCI 接口。分级软件的分级控制部分通过PCI总线直接访问DSP寄存器获取DSP图像处理程序 提取的水果特征参数，并根据这些参数来将水果分级。分级触发模块主要由旋转编码器、输 入输出卡和电磁触发装置组成。旋转编码器用于水果的定位，通过计算两个不同时刻旋转 编码器脉冲之差就可以确定这段时间能水果在输送装置上运行了多长的距离，从而能判断 水果是否已到达相应等级的触发位置。如果水果已经到达触发位置，则分级软件会通过输 入输出卡发送触发信号到相应的通道，电磁触发装置接收到触发指令后立刻将水果弹落到 相应等级的出果口中。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的系统结构示意图；图2是本发明的系统结构原理图；图3是本发明的水果分级原理图；图中1.C⑶摄像头，2.光源箱，3. DSP板卡，4. PCI接口，5.工控机，6.分级软件， 7. I/O卡，8.强电控制板，9.输送装置，10.分级触发装置，11.旋转编码器。
具体实施例方式在图1中，摄像头1和光源箱置于输送装置9的上方，用以采集水果的图像信息。 摄像头1通过视频连线与DSP板卡相连，并将采集到的水果图像信息传送到DSP板卡中进 行处理。DSP板卡3通过PCI接口 4与工控机5相连接，且置于工控机5机箱中。分级软件 6安装在工控机5中，以执行人机交互和分级控制功能。旋转编码器11安装在输送装置的一端转轮上，以获取转轮转过的圈数，并以此来计算水果的位置信息，分级软件6根据旋转 编码器11获取的水果位置信息来控制何时触发。I/O卡7插在工控机5机箱中，分级软件 6将各水果的分级触发信号通过I/O卡7传送到强电控制板8，最后由强电控制板8来控制 分级触发装置10执行触发，将水果分别弹到相应等级的出果口。本发明控制系统的运行原理如图2所示，CXD摄像头采集水果输送流水线上水果 的图像，并将水果图像信息传送到DSP视频处理系统中，DSP视频处理系统通过一系列的图 像处理算法将水果的外部品质特征(如大小、颜色、形状和缺陷等)信息提取出来。DSP视 频处理系统通过PCI接口将提取的水果特征信息提供给安装在工控机中的分级软件，分级 软件根据这些信息和通过人机交互模块由用户事先设置好的水果等级信息来判别当前水 果属于何等级。另一方面旋转编码器采集水果的位置信息提供给分级软件，分级软件据此 来决定水果何时进行触发。当分级软件判定当前水果应该触发时，会通过I/O卡发送触发 信号给强电控制板，然后由强电控制板控制执行机构将当前水果弹入相应等级的出果口。本发明可用其他的不违背本发明的精神和主要特征的具体形式来概述，因此，本 发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，在与本发明的权利 要求书相当的含义和范围内任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。
权利要求
一种基于DSP机器视觉的水果分级系统，包括用来识别输送流水线上的水果外部品质特征的机器视觉模块，对水果进行分级控制的工控机和安装在工控机的分级软件，其特征是所述的机器视觉模块由CCD摄像头和DSP视频处理系统构成；机器视觉模块中的DSP视频处理系统设有专用于图像处理的DSP芯片。
2.根据权利要求1所述的基于DSP机器视觉的水果分级系统，其特征是DSP视频处理 系统设有DSP板卡，DSP板卡通过PCI接口与工控机连接，并且DSP板卡是插在工控机的机 箱中。
3.根据权利要求1所述的基于DSP机器视觉的水果分级系统，其特征是安装在工控机 中的分级软件通过PCI接口连接DSP视频处理系统。
4.一种基于DSP机器视觉的水果分级系统进行水果分级的方法，包括如下步骤水果 随输送通道以均勻的速度运行；通过由CCD摄像头和DSP视频处理系统构成的机器视觉模 块识别水果输送流水线上的水果的外部品质特征；由安装在工控机上的分级软件对水果进 行分级控制，将水果分类到相应等级的出果口中；其特征是1)摄像头同时采集两个水果输送通道的PAL制式的模拟图像信号，通过解码器将模拟 信号转换为YUV格式图像数据，存储在DSP视频处理系统的图像采集数据存储区；2)对图像采集数据存储区中的水果图像数据进行预处理，首先，利用中值滤波的方法 对图像进行平滑滤波；其次，采用基于阈值的分割法对水果图像进行背景分割处理；最后， 采用轮廓跟踪的方法进行水果边界提取，从而得到水果边界曲线；3)利用对水果图像进行边界提取得到边缘点来确定水果的形心点，将通过果梗与水果 交界点和形心两点的连线定为果轴，用过形心与果轴垂直的直径来代表果径，即为水果的 大小；4)对采集到的彩色水果图像采用HSI彩色模型来表示水果颜色，并利用色度值H对 水果表面颜色组成进行分析，计算出苹果表面颜色鲜红、浓红所占比例来确定苹果颜色等 级；5)根据表面坏损区域与非坏损区域的颜色特征差异，利用坏损区域与非坏损区域交界 处的突变，求得可疑坏损点，然后再利用区域增长法，求出整个受损区域的面积；6)将上述3)、4)、5)所得到的水果大小、颜色、缺陷特征参数通过PCI接口传输到工控 机中分级软件进行分级。
全文摘要
本发明公开了一种基于DSP机器视觉的水果分级系统及方法。它由DSP机器视觉系统、人机交互系统、输送模块和分级触发模块等几部分组成。摄像头采集水果的图像到DSP视频处理系统中，将水果的外部品质特征信息识别出来。水果信息通过PCI接口提供给安装在工控机中的分级软件，分级软件根据这些信息和通过人机交互模块由用户事先设置好的水果等级信息来判别当前水果属于何等级，最后发送触发信号给执行机构进行分级。将图像采集和图像处理任务由专用的DSP高速图像处理系统执行，并将DSP系统采用本发明所述的水果分级方法，DSP系统与工控机之间的数据传输也采用了高速的PCI接口，所以水果分级速度和分级准确率得到大幅提高。
文档编号B07C5/342GK101912847SQ20101024758
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月2日 优先权日2010年8月2日
发明者吴正祥, 李军良, 李鹏飞, 王丛庆, 高林杰 申请人:扬州福尔喜果蔬汁机械有限公司