专利名称：一种基于图像采集和dsp算法的棉花导纤自动剔除方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及本发明涉及农业机械化技术领域，尤其是涉及一种基于图像采集和DSP算法的棉花导纤自动剔除方法及系统。
背景技术：
图像分割是一种在图像处理技术中广泛应用的技术，在自动识别系统中有非常重要的地位。现有的图像分割技术在判断异物的时候准确度不高，容易出现误判的情况。因此，在棉花“三丝”自动剔除系统，准确识别和剔除异物，就显得尤为重要。由于白色纸张、白色丙纶丝等含有增白剂的物质在波长为200nm 400 nm的紫外光照射下会激发出400 nm 500 nm明亮的荧光，而棉纤维则直接吸收掉紫外光。因此，在紫外光的照射下，含有增白剂的异物更容易识别。棉花吹落采用压电式喷射技术，气体是由一个和热感应式喷射技术类似的喷嘴所喷出，但是气流的形成方式是藉由缩小气体喷出的区域来形成。而喷出区域的缩小，是藉由施加电压到喷出区内一个或多个压电板来控制的。中国专利文献(
公开日2011年4月6日，公开号CN102004076A)公开了一种皮棉中异性纤维的检测方法和系统，所述皮棉中异性纤维的检测方法包括步骤1，采集皮棉图像，获得皮棉图像的归一化直方图；步骤2，根据棉花纤维的灰度级均值和棉花纤维的灰度级标准差获得分割所述皮棉图像中棉花纤维图像和异性纤维图像的阈值；步骤3，根据所述阈值从皮棉图像中分割异性纤维图像，并确定异性纤维的含量。上述发明还提供了一种皮棉中异性纤维的检测系统，包括图像获取模块、图像处理模块和分割检测模块，该系统提高了待测皮棉中异性纤维检测的效率。中国专利文献(
公开日2009年3月18日，公开号CN 101387020A)公开了属于农业机械化技术领域的一种棉花异性纤维剔除系统。它主要由分层装置、分层管道、开松管道、高速CCD彩色摄像机、反射镜、光源、超声波风速传感器、喷气嘴组、高速喷气阀组、压缩机和布袋等组成。本发明提出棉流经过分层装置分层，再经过开松管道开松，接着通过高速CCD彩色摄像机识别，在发现异性纤维时，用超声波风速传感器检测其运行速度，再用点阵布置的喷气嘴组将其喷出。 中国专利文献(公告日2009年7月8日，公告号CN 201269857Y)—种皮棉中异性纤维的检测计量装置，其是采用高速彩色CCD或黑白CCD摄像机对松散皮棉进行扫描，并将扫描信息传输给工控机，通过工控机内安装的检测计量模块对所采集的图像信号进行处理，发现异性纤维时检测系统发出指令，驱动执行机构剔除异性纤维，并依据剔除异性纤维的实际次数、典型次数、检测时间和彩色、黑白识别精度进行计量，得到皮棉中含有异性纤维的个数。综上所述，目前在棉花“三丝”的剔除过程中，还没有一种比较系统的基于棉花三丝图像采集和DSP算法的棉花异性纤维的自动剔除方法和系统的应用和实施，基于棉花三丝图像采集和DSP算法的棉花异性纤维的自动剔除方法和系统具有极高的准确性。高性价比的高性价比的DSP处理器已广泛应用于嵌入式控制系统中。这种以DSP为核心的，并在Linux操作系统下开发嵌入式系统，方便对DSP的编程开发。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中对棉花异性纤维的定位和自动剔除准确性不高等问题而提供一种具有极高准确性的基于图像采集和DSP算法的棉花导纤自动剔除方法。本发明的另一个目的是提供一种基于图像采集和DSP算法的棉花导纤自动剔除系统，该系统能够对异性纤维进行精确定位，并通过瞬间喷出的高压气体，吹掉异纤。本发明实现其第一个发明目的所采用的技术方案是一种基于图像采集和DSP算 法的棉花导纤自动剔除方法，包括以下步骤
步骤I:皮棉的输送抓松，利用开松装置采取边移动，边抓松，将进入的皮棉处理成棉层，棉层在重力和动力系统的作用下向下移动；该步骤中利用开松装置采取边移动，边抓松，将进入的皮棉处理成厚度为3cm、松散密度为3. Ikg/m3的棉层，棉层在重力和动力系统的作用下向下移动。步骤2 :皮棉图像的采集，采集一帧一帧的皮棉图像，并存入DSP相应的存储单元中；采用在皮棉层输送通道的两侧分别设置光源和线阵高速CXD摄像机，在光源照射下，由线阵高速CCD摄像机采集皮棉图像，并将图像传入图像采集卡。步骤3 :图像的处理，将DSP处理器读取的存储单元中的图像数据进行批对，滤波、图像增强、二值化处理，把皮棉图像放在一个具有坐标网格线的坐标系里，首先提取出由Otsu算法分离出的异纤信息，然后将异纤图像定位在64 X 64的坐标系中，从左下角开始扫描图像，如果异纤在各个小网格中的大小超过小网格面积的一半，则认为异纤占据整个小网格，在判断完异纤占据的所有网格后，计算出异纤的坐标，对其精确定位；利用DSP处理器算法模块读取所述的存储单元中的图像数据，对其进行预处理，并将预处理后的图像数据重新存入存储单元；所述的预处理是批对读取的图像进行滤波、图像增强、二值化处理等。皮棉图像中的异纤包括头发丝，白色皮棉，细线等，使用改进的Otsu算法分割图像，以获取图像中的异纤信息，并对其精确定位。所述的精确定位是在通过计算出异纤的坐标实现的，具体是把皮棉图像放在一个具有坐标网格线的坐标系里，首先提取出由Otsu算法分离出的异纤信息，然后将异纤图像与坐标系中对就，计算出异纤的坐标。步骤4:异纤的自动吹落，将皮棉定位在一个方形区域中，对精确定位的异纤通过DSP控制器控制相应的喷气装置，快速吹落皮棉中的异纤。自动吹落模块采用喷墨打印原理，将皮棉定位在64 X 64的方形区域中，并通过DSP处理器算法模块控制相应的喷气阀，吹落皮棉中的异纤。作为优选,步骤3中的Otsu算法通过以下步骤获得步骤3中的改进的Otsu算法通过以下步骤获得可先进行一次粗分割，在把灰度值最大和灰度值最小分割出来，然后对剩下的部分进行处理
(1)获取图像/&J)的灰度直方图纸；
(2)按灰度级的大小顺序，遍历直方图，将第一个和最后一个峰值所对应的灰度值分别记为TO和Tl,将图像的最大和最小灰度值分别记为minG和maxG ；
(3)设/(W)为图像中像素点的灰度值，则/(!-U)、/(i+ U)、/(U-l)、/(u + l)
为该点相邻像素的灰度值；若且/(u) <$，那么用式(1-1)更新该像素灰度值，否则不变；
权利要求
1.一种基于图像采集和DSP算法的棉花导纤自动剔除方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤I:皮棉的输送抓松，利用开松装置采取边移动，边抓松，将进入的皮棉处理成棉层，棉层在重力和动力系统的作用下向下移动； 步骤2 :皮棉图像的采集，采集一帧一帧的皮棉图像，并存入DSP相应的存储单元中；步骤3 图像的处理，将DSP处理器读取的存储单元中的图像数据进行批对，滤波、图像增强、二值化处理，把皮棉图像放在一个具有坐标网格线的坐标系里，首先提取出由改进的Otsu算法分离出的异纤信息，然后将异纤图像定位在64X64的坐标系中，从左下角开始扫描图像，如果异纤在各个小网格中的大小超过小网格面积的一半，则认为异纤占据整个小网格，在判断完异纤占据的所有网格后，计算出异纤的坐标，对其精确定位； 步骤4:异纤的自动吹落，将皮棉定位在一个方形区域中，对精确定位的异纤通过DSP控制器控制相应的喷气装置，快速吹落皮棉中的异纤。
2.根据权利要求I所述的一种基于图像采集和DSP算法的棉花导纤自动剔除方法，其特征在于步骤3中的改进的Otsu算法通过以下步骤获得先进行一次粗分割，在把灰度值最大和灰度值最小分割出来，然后对剩下的部分进行处理 获取图像/(LJ)的灰度直方图； 按灰度级的大小顺序，遍历直方图，将第一个和最后一个峰值所对应的灰度值分别记为TO和Tl,将图像的最大和最小灰度值分别记为minG和maxG ； 设/(^)为图像中像素点的灰度值，则/(〗-1刀、介+ 1』、/(u-d、f(u + v为该点相邻像素的灰度值；若/(U) > %且/(U) < T1,那么用式(1-1)更新该像素灰度值，否则不变；
3.一种基于图像采集和DSP算法的棉花导纤自动剔除系统，其特征在于包括输送模块，图像采集模块，异纤识别模块和自动吹落模块； 所述的输送模块，用于对皮棉的抓松处理和移动输送，并将皮棉处理成厚度均匀松散适度的棉层； 所述的图像采集模块，用于对皮棉图像的采集，采集一帧一帧的皮棉图像，并存入DSP相应的存储单元中； 所述的异纤识别模块，用于对存入DSP存储单元中的皮棉图像数据进行滤波、图像增强、二值化处理等预处理，并将预处理后的图像数据重新存入DSP存储单元；使用改进的Otsu算法分割图像，以获取图像中的异纤信息，把皮棉图像放在一个具有坐标网格线的坐标系里，首先提取出由Otsu算法分离出的异纤信息，然后将异纤图像与坐标系中对照，计算出异纤的坐标，实现对其精确定位； 所述的自动吹落模块，用于对异纤的自动剔除吹落，采用喷墨打印方式，将皮棉定位在64X64的方形区域中，并通过DSP处理器算法模块控制相应的喷气阀，通过气体瞬间快速吹落皮棉中的异纤。
4.根据权利要求3所述的一种基于图像采集和DSP算法的棉花导纤自动剔除系统，其特征在于所述的输送模块包括 除尘单元，用于对皮棉内灰尘的清除； 开松单元，用于对除尘后的皮棉的移动，抓松，将皮棉处理成厚度为2cm至4cm、松散密度为2. 8 kg/m3至3. 5kg/m3的棉层。
5.根据权利要求3所述的一种基于图像采集和DSP算法的棉花导纤自动剔除系统，其特征在于所述的图像采集模块包括 光照单元，包括高频荧光灯和紫外光源，用于对皮棉及异纤图像的照射，通过紫外光照使异纤能够清晰地显示在摄像机镜头前，便于图像的采集； 图像采集单元，用于对光照下的皮棉及异纤图像的采集和存储。
6.根据权利要求3所述的一种基于图像采集和DSP算法的棉花导纤自动剔除系统，其特征在于所述的异纤识别模块包括 DSP存储单元，用于对通过图像采集单元中采集和存储的图像进行数据处理并储存；DSP处理器算法模块，用于将DSP存储单元中的图像数据进行滤波、图像增强、二值化处理等预处理，并将预处理后的图像数据重新存入DSP存储单元，使用改进的Otsu算法分割图像，以获取图像中的异纤信息，并对其精确定位； DSP控制器，用于控制相应网格上的高压喷气阀喷出高压气体将异纤吹落。
7.根据权利要求6所述的一种基于图像采集和DSP算法的棉花导纤自动剔除系统，其特征在于所述的DSP处理器算法模块包括 接口电路传输层，所述的接口电路传输层存储用户的输入，并输出信号； 流水线延时控制模块，所述的流水线延时控制模块根据所述的存储单元的工作模式为输出数据提供适合的延时时间； 地址控制输出模块，所述的地址控制输出模块用于对地址和控制信号进行存储； 时钟输出控制模块，所述的时钟输出控制模块用于对输出时间进行控制； 数据存储通道，所述的数据存储通道用于对数据的存储提供双向控制。
8.根据权利要求3所述的一种基于图像采集和DSP算法的棉花导纤自动剔除系统，其特征在于所述的自动吹落模块包括 电气控制单元，用于对整个系统的电气控制，并根据DSP控制器发出的控制信号实现对高压喷气单元的控制； 高压喷气单元，用于将异纤吹落，通过DSP控制器发出的信号，瞬间以极快的速度将气体喷出，吹落异纤； 异纤收集单元，用于将吹出的异纤进行收集，异纤将不会回到皮棉通道内。
全文摘要
本发明公开了一种基于图像采集和DSP算法的棉花导纤自动剔除方法，包括以下步骤步骤1皮棉的输送抓松；步骤2皮棉图像的采集，采集一帧一帧的皮棉图像，并存入DSP相应的存储单元中；步骤3图像的处理，将DSP处理器读取的存储单元中的图像数据进行批对，滤波、图像增强、二值化处理，把皮棉图像放在一个具有坐标网格线的坐标系里，首先提取出由Otsu算法分离出的异纤信息，然后将异纤图像与坐标系中对就，计算出异纤的坐标，对其精确定位；步骤4异纤的自动吹落。通过该方法可以提高对棉花异性纤维剔除的准确性和工作效率。本发明还公开了一种基于图像采集和DSP算法的棉花导纤自动剔除系统。
文档编号D01G31/00GK102660815SQ20121008833
公开日2012年9月12日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者章涵博, 黄静 申请人:浙江理工大学