专利名称：基于dsp机器视觉的鸡蛋品质无损检测装置及检测方法
技术领域：
本发明涉及了一种基于DSP机器视觉的鸡蛋品质无损检测装置及检测方法，属于数字图像处理以及农产品检测技术领域。
背景技术：
鸡蛋是一种营养丰富并受到广大人群喜爱的食品，一个鸡蛋重约50克，约含蛋白质7克、脂肪6克、产生热能82千卡。对人体而言，鸡蛋的蛋白质品质极佳，仅次于母乳，易为机体吸收，利用率高达98%以上，营养价值很高。同时鸡蛋中含有多种矿物质和其他人体必需的维生素和微量元素，是小儿、老人、产妇等的良好补品。我国是一个重要的鸡蛋生产和消费大国，自改革开放以来，我国鸡蛋产量一直居于世界前列。但是鸡蛋作为一种生物食品，在生产、运输和存放的过程中，很容易受到环境和人为的影响而造成品质下降，降低其营养价值，甚至影响消费者的健康。近年来，随着鸡蛋生产的规模化和产业化，鸡蛋品质的提高和对其品质的有效检测也越来越受到企业界的重视。特别是目前市场上销售的高档鸡蛋，大部分采用产蛋鸡野外放养，人工进行鸡蛋收集、加工的方式进行生产。这样不仅花费了大量的劳动力成本，而且由于产蛋鸡的产蛋时间和地点均不受人为控制，人工收集回来的鸡蛋很容易存在各种品质缺陷，若仅仅依靠人工来进行鸡蛋品质的检测，不仅速度慢、效率低、成本高，且易受到检测人员主观因素影响，检测的效果难以保证。而对鸡蛋进行微生物群类分析，或者震动敲击，分析鸡蛋代谢产生气体元素等物理或者化学的方法虽然能对鸡蛋品质进行准确的检测，但是这些方法耗时多，而且对鸡蛋造成了不同程度的损害，不能运用到鸡蛋流水线生产上的。故市场上急需的是一种实时性强，检测稳定、准确以及不对鸡蛋造成损伤的检测方法。目前，随着计算机处理速度的提升以及图像传感器分辨率的提高，使得以数字图像处理为基础的机器视觉无损检测技术已经广泛地应用于社会生产的各个方面，其具有的非人工接触性，稳定性及对环境的耐受性是其他检测方法所难以企及的。在我国，利用机器视觉技术进行鸡蛋品质检测的系统研究和产品化工作也已经开始慢慢升温。一般的机器视觉鸡蛋品质检测系统的流程为采用CCD摄像头采集图像，随后将其送入数据采集卡中进行A/D转换，待数据进入计算机后由操作系统调用相应的应用程序对这些数据进行处理从而提取特征，完成鸡蛋品质的检测。但是由于这类系统的数据传输需要耗费大量时钟周期， 且一般的计算机并未采用专业的硬件结构对数据处理来进行优化，导致算法耗时较多，降低了这种系统的实时性和检测效率。因此采用专门针对图像处理的高速DSP芯片来代替计算机进行数据处理，同时优化处理算法，寻找简单快速的检测方法是提高系统实用性的关键。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于DSP机器视觉的鸡蛋品质无损检测装置及检测方法，充分考虑到了检测的实时性，对于鸡蛋品质分为裂纹、形状、新鲜度三个不同的方面逐一进行检测，当检测出不合格产品后，能使用工控机来控制电机对不合格产品进行剔除，提高了系统的自动化水平，降低了生产成本。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是一种基于DSP机器视觉的鸡蛋品质无损检测装置，包括产品传输模块、高速DSP机器视觉模块和控制执行模块，所述传输模块包括流水线传送带和拍摄室，流水线传送带穿过拍摄室，并设有多个透光孔，在拍摄室中安装有CCD相机、LED光源和光电触发器；所述高速DSP机器视觉模块装载在DSP板卡上，包括CXD图像获取模块和DSP图像处理模块，DSP板卡与CXD相机、光电触发器相连接；所述控制执行模块包括依次连接的工控机、强电控制板和电机，所述工控机与DSP板卡相连接，电机位于拍摄室内。前述的基于DSP机器视觉的鸡蛋品质无损检测装置，其特征在于所述透光孔为椭圆形，在流水线传送带上等距分布；所述CCD相机安装在流水线传送带上方、与鸡蛋平齐的拍摄室中部；所述LED光源安装在拍摄室中部底端和流水线传送带底部之间。前述的基于DSP机器视觉的鸡蛋品质无损检测装置，其特征在于所述透光孔的孔壁使用黑色有弹性的塑料材质进行包裹。前述的基于DSP机器视觉的鸡蛋品质无损检测装置，其特征在于所述工控机通过PCI接口与DSP板卡相连接，通过其内置的I/O卡与强电控制板相连接。一种基于DSP机器视觉的鸡蛋品质无损检测方法，包括如下步骤
(1)鸡蛋图像采集与提取将待检测鸡蛋摆放于流水线传送带中的透光孔上方，当鸡蛋随着流水线勻速运动至拍摄室中部时，触发器被触发并送回触发信号，使得高速DSP机器视觉模块获取当前CCD相机拍摄的一帧彩色鸡蛋图像，经过模数转换后将图像数据存储在高速DSP机器视觉模块的图像采集数据存储区中；
(2)鸡蛋裂纹检测通过灰度化方法获取鸡蛋灰度图像，对去噪后的灰度图像进行阈值分割，获取目标鸡蛋二值图像，对二值图像进行轮廓跟踪获得鸡蛋轮廓图像，通过对鸡蛋灰度图进行对比度拉伸并对该图像进行阈值分割以获取可能存在的鸡蛋裂纹图像，进行边界跟踪以确定目标鸡蛋内部轮廓数及轮廓内的像素个数，通过计算单个轮廓中像素个数是否超过标准值来判断是否存在裂纹，若存在裂纹则通过电机将鸡蛋从生产线上剔除；
(3)鸡蛋形状检测计算鸡蛋二值图像中目标鸡蛋部分的像素坐标均值以获取鸡蛋形心点坐标，以形心点为圆心求取鸡蛋图像的最小内切圆半径和最大外接圆半径，并计算这两个半径长度的比值，即鸡蛋圆形度的值，通过此比值的大小来判断鸡蛋是否畸形，若存在畸形则通过电机将鸡蛋从生产线上剔除；
(4)鸡蛋新鲜度检测将鸡蛋RGB彩色图像转化为HSL彩色图像，提取L分量的灰度图像，并对此灰度图像进行去噪和对比度拉伸，随后采用最大类间方差法获取鸡蛋蛋黄的二值图像，提取此蛋黄二值图像的轮廓，并对此轮廓进行椭圆拟合以获取椭圆长短轴的大小， 通过拟合椭圆长短轴的比值即蛋黄圆度来衡量鸡蛋蛋黄的圆形程度，从而判别鸡蛋是否新鲜，若新鲜度不符合标准则通过电机将鸡蛋从生产线上剔除。一种基于DSP机器视觉的鸡蛋品质无损检测方法，包括如下步骤
(1)鸡蛋图像采集与提取将待检测鸡蛋摆放于流水线传送带(1)中的透光孔(2)上方，当鸡蛋随着流水线勻速运动至拍摄室(3)中部时，触发器被触发并送回触发信号，使得高速DSP机器视觉模块获取当前CCD相机拍摄的一帧彩色鸡蛋图像，经过模数转换后将图像数据存储在高速DSP机器视觉模块的图像采集数据存储区中；
(2)鸡蛋裂纹检测通过灰度化方法获取鸡蛋灰度图像，对去噪后的灰度图像进行阈值分割，获取目标鸡蛋二值图像，对二值图像进行轮廓跟踪获得鸡蛋轮廓图像，通过对鸡蛋灰度图进行对比度拉伸并对该图像进行阈值分割以获取可能存在的鸡蛋裂纹图像，进行边界跟踪以确定目标鸡蛋内部轮廓数及轮廓内的像素个数，通过计算单个轮廓中像素个数是否超过标准值来判断是否存在裂纹，若存在裂纹则通过电机将鸡蛋从生产线上剔除；
(3)鸡蛋形状检测计算鸡蛋二值图像中目标鸡蛋部分的像素坐标均值以获取鸡蛋形心点坐标，以形心点为圆心求取鸡蛋图像的最小内切圆半径和最大外接圆半径，并计算这两个半径长度的比值，即鸡蛋圆形度的值，通过此比值的大小来判断鸡蛋是否畸形，若存在畸形则通过电机将鸡蛋从生产线上剔除；
(4)鸡蛋新鲜度检测提取鸡蛋的形心点和蛋黄区域的形心点，并计算两者的距离，然后取得鸡蛋轮廓中距离鸡蛋形心最近的点，计算此两点的距离，并通过两个距离的比值即蛋黄偏离度来衡量蛋黄偏离鸡蛋中心的程度，从而判别鸡蛋是否新鲜。一种基于DSP机器视觉的鸡蛋品质无损检测方法，包括如下步骤
(1)鸡蛋图像采集与提取将待检测鸡蛋摆放于流水线传送带(1)中的透光孔(2)上方，当鸡蛋随着流水线勻速运动至拍摄室(3)中部时，触发器被触发并送回触发信号，使得高速DSP机器视觉模块获取当前CCD相机拍摄的一帧彩色鸡蛋图像，经过模数转换后将图像数据存储在高速DSP机器视觉模块的图像采集数据存储区中；
(2)鸡蛋裂纹检测通过灰度化方法获取鸡蛋灰度图像，对去噪后的灰度图像进行阈值分割，获取目标鸡蛋二值图像，对二值图像进行轮廓跟踪获得鸡蛋轮廓图像，通过对鸡蛋灰度图进行对比度拉伸并对该图像进行阈值分割以获取可能存在的鸡蛋裂纹图像，进行边界跟踪以确定目标鸡蛋内部轮廓数及轮廓内的像素个数，通过计算单个轮廓中像素个数是否超过标准值来判断是否存在裂纹，若存在裂纹则通过电机将鸡蛋从生产线上剔除；
(3)鸡蛋形状检测计算鸡蛋二值图像中目标鸡蛋部分的像素坐标均值以获取鸡蛋形心点坐标，以形心点为圆心求取鸡蛋图像的最小内切圆半径和最大外接圆半径，并计算这两个半径长度的比值，即鸡蛋圆形度的值，通过此比值的大小来判断鸡蛋是否畸形，若存在畸形则通过电机将鸡蛋从生产线上剔除；
(4)鸡蛋新鲜度检测对鸡蛋区域的像素求取灰度均值#同时求取这些像素灰度样本的标准差σ，并通过σ的大小来对鸡蛋全蛋对比度进行度量，从而判别鸡蛋是否新鲜，其中 σ用如下公式计算得到
权利要求
1.一种基于DSP机器视觉的鸡蛋品质无损检测装置，包括产品传输模块、高速DSP机器视觉模块和控制执行模块，其特征在于所述传输模块包括流水线传送带(1)和拍摄室 (3),所述流水线传送带(1)穿过拍摄室(3)，并设有多个透光孔(2)，在拍摄室(3)中安装有 CXD相机(6)、LED光源(4)和光电触发器(5)；所述高速DSP机器视觉模块装载在DSP板卡 (7)上，包括CXD图像获取模块和DSP图像处理模块，DSP板卡(7)与CXD相机(6)、光电触发器(5)相连接；所述控制执行模块包括依次连接的工控机(8)、强电控制板(10)和电机 (11)，所述工控机(8 )与DSP板卡(7 )相连接，电机(11)位于拍摄室(3 )内。
2.根据权利要求1所述的基于DSP机器视觉的鸡蛋品质无损检测装置，其特征在于 所述透光孔(2)为椭圆形，在流水线传送带(1)上等距分布；所述CXD相机(6)安装在流水线传送带(1)上方、与鸡蛋平齐的拍摄室(3)中部；所述LED光源(4)安装在拍摄室(3)中部底端和流水线传送带(1)底部之间。
3.根据权利要求2所述的基于DSP机器视觉的鸡蛋品质无损检测装置，其特征在于 所述透光孔(2 )的孔壁使用黑色有弹性的塑料材质进行包裹。
4.根据权利要求2或3所述的基于DSP机器视觉的鸡蛋品质无损检测装置，其特征在于所述工控机(8 )通过PCI接口与DSP板卡(7 )相连接，通过其内置的I/O卡(9 )与强电控制板(10)相连接。
5.一种基于DSP机器视觉的鸡蛋品质无损检测方法，其特征在于包括如下步骤(1)鸡蛋图像采集与提取将待检测鸡蛋摆放于流水线传送带(1)中的透光孔(2)上方，当鸡蛋随着流水线勻速运动至拍摄室(3)中部时，触发器被触发并送回触发信号，使得高速DSP机器视觉模块获取当前CCD相机拍摄的一帧彩色鸡蛋图像，经过模数转换后将图像数据存储在高速DSP机器视觉模块的图像采集数据存储区中；(2)鸡蛋裂纹检测通过灰度化方法获取鸡蛋灰度图像，对去噪后的灰度图像进行阈值分割，获取目标鸡蛋二值图像，对二值图像进行轮廓跟踪获得鸡蛋轮廓图像，通过对鸡蛋灰度图进行对比度拉伸并对该图像进行阈值分割以获取可能存在的鸡蛋裂纹图像，进行边界跟踪以确定目标鸡蛋内部轮廓数及轮廓内的像素个数，通过计算单个轮廓中像素个数是否超过标准值来判断是否存在裂纹，若存在裂纹则通过电机将鸡蛋从生产线上剔除；(3)鸡蛋形状检测计算鸡蛋二值图像中目标鸡蛋部分的像素坐标均值以获取鸡蛋形心点坐标，以形心点为圆心求取鸡蛋图像的最小内切圆半径和最大外接圆半径，并计算这两个半径长度的比值，即鸡蛋圆形度的值，通过此比值的大小来判断鸡蛋是否畸形，若存在畸形则通过电机将鸡蛋从生产线上剔除；(4)鸡蛋新鲜度检测将鸡蛋RGB彩色图像转化为HSL彩色图像，提取L分量的灰度图像，并对此灰度图像进行去噪和对比度拉伸，随后采用最大类间方差法获取鸡蛋蛋黄的二值图像，提取此蛋黄二值图像的轮廓，并对此轮廓进行椭圆拟合以获取椭圆长短轴的大小， 通过拟合椭圆长短轴的比值即蛋黄圆度来衡量鸡蛋蛋黄的圆形程度，从而判别鸡蛋是否新鲜，若新鲜度不符合标准则通过电机将鸡蛋从生产线上剔除。
6.一种基于DSP机器视觉的鸡蛋品质无损检测方法，其特征在于包括如下步骤(1)鸡蛋图像采集与提取将待检测鸡蛋摆放于流水线传送带(1)中的透光孔(2)上方，当鸡蛋随着流水线勻速运动至拍摄室(3)中部时，触发器被触发并送回触发信号，使得高速DSP机器视觉模块获取当前CCD相机拍摄的一帧彩色鸡蛋图像，经过模数转换后将图像数据存储在高速DSP机器视觉模块的图像采集数据存储区中；(2)鸡蛋裂纹检测通过灰度化方法获取鸡蛋灰度图像，对去噪后的灰度图像进行阈值分割，获取目标鸡蛋二值图像，对二值图像进行轮廓跟踪获得鸡蛋轮廓图像，通过对鸡蛋灰度图进行对比度拉伸并对该图像进行阈值分割以获取可能存在的鸡蛋裂纹图像，进行边界跟踪以确定目标鸡蛋内部轮廓数及轮廓内的像素个数，通过计算单个轮廓中像素个数是否超过标准值来判断是否存在裂纹，若存在裂纹则通过电机将鸡蛋从生产线上剔除；(3)鸡蛋形状检测计算鸡蛋二值图像中目标鸡蛋部分的像素坐标均值以获取鸡蛋形心点坐标，以形心点为圆心求取鸡蛋图像的最小内切圆半径和最大外接圆半径，并计算这两个半径长度的比值，即鸡蛋圆形度的值，通过此比值的大小来判断鸡蛋是否畸形，若存在畸形则通过电机将鸡蛋从生产线上剔除；(4)鸡蛋新鲜度检测提取鸡蛋的形心点和蛋黄区域的形心点，并计算两者的距离，然后取得鸡蛋轮廓中距离鸡蛋形心最近的点，计算此两点的距离，并通过两个距离的比值即蛋黄偏离度来衡量蛋黄偏离鸡蛋中心的程度，从而判别鸡蛋是否新鲜。
7. 一种基于DSP机器视觉的鸡蛋品质无损检测方法，其特征在于包括如下步骤(1)鸡蛋图像采集与提取将待检测鸡蛋摆放于流水线传送带(1)中的透光孔(2)上方，当鸡蛋随着流水线勻速运动至拍摄室(3)中部时，触发器被触发并送回触发信号，使得高速DSP机器视觉模块获取当前CCD相机拍摄的一帧彩色鸡蛋图像，经过模数转换后将图像数据存储在高速DSP机器视觉模块的图像采集数据存储区中；(2)鸡蛋裂纹检测通过灰度化方法获取鸡蛋灰度图像，对去噪后的灰度图像进行阈值分割，获取目标鸡蛋二值图像，对二值图像进行轮廓跟踪获得鸡蛋轮廓图像，通过对鸡蛋灰度图进行对比度拉伸并对该图像进行阈值分割以获取可能存在的鸡蛋裂纹图像，进行边界跟踪以确定目标鸡蛋内部轮廓数及轮廓内的像素个数，通过计算单个轮廓中像素个数是否超过标准值来判断是否存在裂纹，若存在裂纹则通过电机将鸡蛋从生产线上剔除；(3)鸡蛋形状检测计算鸡蛋二值图像中目标鸡蛋部分的像素坐标均值以获取鸡蛋形心点坐标，以形心点为圆心求取鸡蛋图像的最小内切圆半径和最大外接圆半径，并计算这两个半径长度的比值，即鸡蛋圆形度的值，通过此比值的大小来判断鸡蛋是否畸形，若存在畸形则通过电机将鸡蛋从生产线上剔除；(4)鸡蛋新鲜度检测对鸡蛋区域的像素求取灰度均值#同时求取这些像素灰度样本的标准差σ，并通过σ的大小来对鸡蛋全蛋对比度进行度量，从而判别鸡蛋是否新鲜，其中 σ用如下公式计算得到
全文摘要
本发明提供了一种基于DSP机器视觉的鸡蛋品质无损检测装置及其检测方法，包括产品传输模块、高速DSP机器视觉模块和控制执行模块，由CCD相机进行拍摄并被传送至高速DSP机器视觉系统中对鸡蛋的裂纹、形状、新鲜度进行无损检测，然后检测结果信号通过PCI接口传送至控制执行模块，将不合格的鸡蛋从生产线上剔除。本发明解决了现有技术中鸡蛋检测实时性差，效率低下的问题，使用基于DSP的图像获取和处理模块进行图像获取和图像处理，提高了图像获取和处理的速度和稳定性。当检测出不合格产品后，能使用工控机来控制电机对不合格产品进行剔除，提高了系统的自动化水平，降低了生产成本。
文档编号G01N21/89GK102445456SQ201110300150
公开日2012年5月9日 申请日期2011年10月9日 优先权日2011年10月9日
发明者彭文, 李庆武, 霍冠英, 黄河 申请人:河海大学常州校区