一种果实自动化分级系统的制作方法

本发明属于果实品质检测及分级技术领域，具体涉及一种果实自动化分级系统。

背景技术：

果实的分级往往根据其色泽、大小、圆润度来实现，传统的分级主要由人工完成，其缺点是：效率低，成本高，精度差，劳动强度大。近年来，机器视觉用于果实的非接触式检测，已经取得了很大的进步，将机器视觉应用于果实的分级可大大减少人的劳动强度，而且具有检测效率高、精度高，重复性强等优点。然而，市场上大多数视觉检测、分级系统都是封闭式的，无法进行实时的检测反馈，也无法根据实际的分级情况实时地进行分级参数的调整。鉴于此，设计一种进行实时的检测反馈、能根据实际情况实时地进行分级参数的调整的果实自动化分级系统势在必行。

技术实现要素：

本发明设计了一种果实自动化分级系统，解决了现有技术中果实分级系统无法进行实时的检测反馈，也无法根据实际的分级情况实时地进行分级参数的调整的问题。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种果实自动化分级系统，包括检测单元和人机交互单元，所述检测单元通过通信单元与所述人机交互单元连接；所述人机交互单元实时的反馈检测及分级结果，以及根据实际情况实现分级参数的调整和设置。

进一步，所述检测单元包括不透光检测箱和工控机，所述不透光检测箱内设置有光源、光电传感器、光谱相机和至少两个摄像头，所述摄像头、光谱相机和光电传感器与所述工控机连接，所述光电传感器设置在所述不透光检测箱的侧面上靠近待测果实进口的一端。

进一步，所述不透光检测箱的左右两侧面上对称地设置有开口以便于传动装置的传送带携带待检果实通过，所述开口处分别设置有挡光帘。

进一步，所述摄像头有两个，其中一个摄像头设置在所述不透光检测箱的顶部，另一个摄像头设置在所述不透光检测箱的侧面上；所述两个摄像头的中心轴线垂直相交，形成90度夹角；所述两个摄像头由所述工控机的同一信号控制以实现同时拍摄。

进一步，所述摄像头是单目摄像头。

进一步，所述光源包括五个环形光源，五个环形光源分别设置在所述不透光检测箱的顶部和四个侧面上。

进一步，所述光谱相机设置在所述不透光检测箱的顶部。

进一步，所述工控机包含图像采集卡和图像处理模块。

进一步，所述挡光帘的颜色为黑色；所述不透光检测箱的颜色为黑色。

进一步，所述通信单元包括usb模块。

进一步，所述人机交互单元包括pc上位机，所述pc上位机的界面包括状态栏、执行栏、分级参数栏、结果输出栏、结果累计栏。

进一步，所述状态栏包括连接状态指示灯和运行状态指示灯。

进一步，所述执行栏包括：“开始”、“暂停”、“清零”、“输出”四个按钮；“开始”、“暂停”按钮控制系统的工作状态；“清零”按钮清零所述分级参数栏、结果输出栏、结果累计栏的所有参数；“输出”按钮根据所述结果累计栏的累计结果生成文档。

进一步，所述参数设置栏包括等级选项框和参数设定框；所述等级选项框包括特级、一级、二级；所述参数设定框包括颜色阈值设定框、横径设定框、纵径设定框、果形系数设定框。

进一步，所述结果输出栏包括图像显示栏、各参数显示栏和分级结果显示栏；图像显示栏显示相应摄像头获取的图像；各参数显示栏包括颜色值显示栏、横径显示栏、纵径显示栏、果形系数显示栏。

进一步，所述结果累计栏包括各等级累计框，将分级的结果累计到对应的等级累计框中。

该果实自动化分级系统具有以下有益效果：

（1）本发明中，pc上位机与工控机通过usb建立通信，工控机图像处理结果能够实时反馈到上位机界面，能够对分级系统进行实时的监测。

（2）本发明能够直接通过pc上位机设置分级标准，检测单元能根据预设的分级标准执行自动化分级，避免了修改内部程序，降低了视觉系统的操作门槛。

（3）本发明可以实时监控图像的采集结果与图像处理结果，并能通过上位机设置果实的分级参数，为操作人员提供了一种图形化操作界面，具有良好的人机交互界面，有利于操作人员准确、直观地对果实的分级过程和结果进行监控与管理，同时，直接从上位机中设置分级参数大大简化了操作要求，降低了操作难度。

（4）本发明能够实现对果实大小、糖度的无损检测，解决了人工分级中存在的效率低、主观性强、精度低等问题。

（5）本发明采用两个摄像头成90度放置，当摄像头接受信号后，同时拍照，确保获得同一个果实在同一时刻的俯视图和侧视图，可覆盖果实表面的75%以上，减少误差，可获得精确的番茄尺寸大小信息。

（6）本发明采用光谱相机，获取果实表面的光谱信息，再由图像采集卡将其信息传送至工控机，工控机处理分析后，可获得果实糖度信息。结构简单，成本低。

附图说明

图1：本发明实施方式中果实自动化分级系统的结构示意图；

图2：本发明实施方式中人机交互单元的上位机界面的示意图；

图3：本发明实施方式中检测单元的结构示意图；

图4：本发明实施方式中检测箱的结构示意图。

附图标记说明：

1—检测单元；11—不透光检测箱；12—光源；13—光电传感器；14—光谱相机；15—摄像头；16—挡光帘；17—传送带；18—工控机；181—图像处理模块；182—图像采集卡ⅰ；183—图像采集卡ⅱ；2—通信单元；21—usb模块；3—人机交互单元；31—pc上位机；4—待检果实。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步说明：

图1至图4示出了本发明果实自动化分级系统的具体实施方式。图1是本实施方式中果实自动化分级系统的结构示意图；图2是本实施方式中人机交互单元的上位机界面的示意图；图3是本实施方式中检测单元的结构示意图；图4是本实施方式中检测箱的结构示意图。

如图1所示，本实施方式中的果实自动化分级系统，包括检测单元1和人机交互单元3，检测单元1通过通信单元2与人机交互单元3连接；人机交互单元3实时的反馈检测及分级结果，以及根据实际情况实现分级参数的调整和设置。

优选地，检测单元1包括不透光检测箱11和工控机18，不透光检测箱11内设置有光源12、光电传感器13和至少两个摄像头15，摄像头15和光电传感器13与工控机18连接，光电传感器13设置在不透光检测箱11的侧面上靠近待测果实4进口的一端，如图1、图3和图4所示。不透光检测箱11内的顶部还设置有光谱相机14，如图4所示。使用光谱相机14，不仅仅能检测果实大小，还可以检测果实的糖度，大大提高了分级效率。

优选地，不透光检测箱11的左右两侧面上对称地设置有开口以便于传动装置的传送带17携带待检果实4通过，所述开口处分别设置有挡光帘16，如图3和图4所示。挡光帘的颜色为黑色；不透光检测箱11的颜色为黑色。

优选地，摄像头15有两个，其中一个摄像头15设置在不透光检测箱11的顶部，如图1和图4中的摄像头ⅰ，另一个摄像头15设置在不透光检测箱11的侧面上，如图1和图4中的摄像头ⅱ；两个摄像头15的中心轴线垂直相交，形成90度夹角；两个摄像头15由工控机18的同一信号控制以实现同时拍摄。两个摄像头同时采集图像，即两个摄像头同时拍照可获得同一个果实同一时刻不同角度的图像，确保获得同一个番茄在同一时刻的俯视图和侧视图，覆盖整个番茄表面75%以上，大大减少了误差，保证了检测的精确性。而且90度放置摄像头的方法也易于实现。

本实施例中，摄像头15是单目摄像头，将所拍摄的图相信息传输给工控机18，工控机18对图像信息处理后将结果实时通过通信单元2传输给人机交互单元3。

优选地，光源12包括五个环形光源，五个环形光源分别设置在不透光检测箱11的顶部和四个侧面上，为图像的采集提供充足、稳定的光源。

优选地，工控机18包含图像采集卡和图像处理模块181。本实施例中，有两个图像采集卡，其中一个图像采集卡与摄像头15相对应，如图3中的图像采集卡ⅰ182，另一个图像采集卡与光谱相机14相对应，如图3中的图像采集卡ⅱ183。

优选地，通信单元2包括usb模块，如图1所示。

优选地，人机交互单元3包括pc上位机31，pc上位机31的界面包括状态栏、执行栏、分级参数栏、结果输出栏、结果累计栏，如图1和图2所示。

具体地，状态栏包括连接状态指示灯和运行状态指示灯，如图2所示。连接状态指示灯、运行状态指示灯各有两种状态：红色、绿色。当连接状态指示灯显示红色时，代表连接状态为未连接，pc上位机31未与检测单元1正常通信；当连接状态指示灯显示绿色时，代表连接状态为已连接，pc上位机31可正常实现与检测单元1的通信。

具体地，执行栏包括：“开始”、“暂停”、“清零”、“输出”四个按钮；“开始”、“暂停”按钮控制系统的工作状态；“清零”按钮清零分级参数栏、结果输出栏、结果累计栏的所有参数；“输出”按钮根据结果累计栏的累计结果生成文档，如图2所示。

具体地，参数设置栏包括等级选项框和参数设定框；等级选项框包括特级、一级、二级；参数设定框包括颜色阈值设定框、横径设定框、纵径设定框、果形系数设定框，如图2所示。设置不同等级选项中参数设定框的参数，通过usb模块21传输至工控机18，能够更新分级标准。

具体地，结果输出栏包括图像显示栏、各参数显示栏和分级结果显示栏；图像显示栏显示相应摄像头获取的图像；各参数显示栏包括颜色值显示栏、横径显示栏、纵径显示栏、果形系数显示栏，如图2所示。

具体地，结果累计栏包括各等级累计框，将分级的结果累计到对应的等级累计框中，如图2所示。

具体地，待测果实包括番茄、苹果、梨等果蔬。

本发明中，pc上位机与工控机通过usb建立通信，工控机图像处理结果能够实时反馈到上位机界面，能够对分级系统进行实时的监测。

本发明能够直接通过pc上位机设置分级标准，检测单元能根据预设的分级标准执行自动化分级，避免了修改内部程序，降低了视觉系统的操作门槛。

本发明可以实时监控图像的采集结果与图像处理结果，并能通过上位机设置果实的分级参数，为操作人员提供了一种图形化操作界面，具有良好的人机交互界面，有利于操作人员准确、直观地对果实的分级过程和结果进行监控与管理，同时，直接从上位机中设置分级参数大大简化了操作要求，降低了操作难度。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。