基于深度相机的金针菇整齐度检测方法及装置与流程

本发明涉及农业技术领域，具体是基于深度相机的金针菇整齐度检测方法及装置。

背景技术：

金针菇盖滑、柄脆、味鲜，是古今中外著名的食用菌之一，也是当今市场上十分走俏的天然保健食品之一。在金针菇工厂化快速发展的同时，其生产和品质指标的自动检测和分级也越来越受到重视。

申请人研究发现，对于金针菇来说，菌簇的整齐度是评价其等级的重要指标。然而，现有技术中，金针菇工厂化生产的标准化程度较低，其长势和采摘时间判断都凭经验目测，对于金针菇的品质分级多依靠人工评价，费时费力且主观性强，评价结果的客观性与准确性不足，这已成为制约金针菇工厂化生产栽培的瓶颈。

如公开号为cn109815923a的中国发明，提供了提供一种基于lbp特征与深度学习的金针菇菇头分选识别方法，此列现有技术提出了基于图像识别的金针菇分选检测方案。但是，此列方案多是针对单个菇体进行外形尺寸、颜色的检测，而对于金针菇这类成簇生长的菌类，显然整齐度才是是其重要的评价指标。若采用彩色相机来获取金针菇的整齐度的指标，须利用两张彩色图像重建其三维实体，再提取高度信息，步骤复杂、难以实现。

技术实现要素：

为了弥补现有技术的上述不足，本发明从整簇金针菇的顶部获取深度图像，根据单张深度图像获得整簇金针菇平均高度及整齐度，检测方法更加简单、准确。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于深度相机的金针菇整齐度检测方法，其技术方案如下。

基于深度相机的金针菇整齐度检测方法，包括如下步骤：

s1-相机标定

将从深度相机获取的图像灰度值与金针菇的菌柄高度进行对应得到标定值；

s2-图像获取

利用深度相机从金针菇菌簇的正上方获取深度图像；

s3-图像处理

利用图像滤波、分割方法去除深度图像中的背景，提取菌簇灰度图像；

s4-获取指标

根据菌簇灰度图像和步骤s1的标定值，换算出金针菇菌簇中单个菌柄的高度，然后计算金针菇菌簇中菌柄的平均高度和整齐度。

为了帮助实现自动化的金针菇整齐度检测，本发明还根据上述基于深度相机的金针菇整齐度检测方法提出一种基于深度相机的金针菇整齐度检测装置，其技术方案如下。

基于深度相机的金针菇整齐度检测装置，设有执行上述基于深度相机的金针菇整齐度检测方法的计算机；

还设有金针菇输送装置，提供一个机架，机架顶面设有沿水平方向输送金针菇菌簇的带式输送装置,金针菇菌簇以立姿置于带式输送装置上；机架上装有驱动带式输送装置的电机、以及控制电机启停的plc控制单元；

还设有图像采集装置，提供一个安装在机架上端横跨带式输送装置的采集箱，采集箱具有供带式输送装置依次穿越的前舱门、后舱门；采集箱的内部在顶壁布置有居中位于带式输送装置上方的深度相机，深度相机对带式输送装置上的金针菇菌簇进行拍摄获得深度图像；

还设有红外光电传感器，安装于带式输送装置侧边，沿与输送方向垂直的方向检测有无金针菇菌簇以及金针菇菌簇是否输送到深度相机正下方；

还设有图像存储设备，与深度相机、计算机分别信号连接，以存储深度相机获得的深度图像，并将深度图像传输至计算机进行金针菇整齐度检测；

其中，电机、深度相机、红外光电传感器电气连接于plc控制单元，以实现plc自动化控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

可快速获取金针菇高度及整齐度指标，相较于传统方法，本发明针对整簇金针菇的整齐度进行评价，评价结果更客观、准确。

下面，结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的基于深度相机的金针菇整齐度检测方法的流程示意图。

图2是本发明的基于深度相机的金针菇整齐度检测方法中深度图像的示意图。

图3是本发明的基于深度相机的金针菇整齐度检测方法中菌簇灰度图像的示意图。

图4是本发明的基于深度相机的金针菇整齐度检测装置的结构示意图。

图5是本发明的基于深度相机的金针菇整齐度检测装置中的led光源的结构示意图。

图6是本发明的基于深度相机的金针菇整齐度检测装置的原理框图。

图7是本发明的基于深度相机的金针菇整齐度检测装置的工作流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，基于深度相机的金针菇整齐度检测方法，包括如下步骤：

s1-相机标定

将从深度相机获取的图像灰度值与金针菇的菌柄高度进行对应得到标定值；

s2-图像获取

利用深度相机从金针菇菌簇的正上方获取深度图像；获得的深度图像如图2所示；

s3-图像处理

利用图像滤波、分割方法去除深度图像中的背景，提取菌簇灰度图像；菌簇灰度图像如图3所示；

s4-获取指标

根据菌簇灰度图像和步骤s1的标定值，换算出金针菇菌簇中单个菌柄的高度，然后计算金针菇菌簇中菌柄的平均高度和整齐度。

上述基于深度相机的金针菇整齐度检测方法，从整簇金针菇的顶部获取深度图像，根据单张深度图像获得整簇金针菇平均高度及整齐度，可快速获取金针菇高度及整齐度指标，相较于传统方法，本发明针对整簇金针菇的整齐度进行评价，评价结果更客观、准确。

较佳的，步骤s1中，相机标定的具体方式为：

(1)选取距离间隔进行测量

拟定为5cm一个测量单位，分别在地面、距地面5、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm、35cm共8个标定高度进行测量标定；

(2)分别在选定的8个标定高度，使用平坦且反光率低的标定板在与地面平行的平面固定摆放，使用与步骤s2相同的程序进行拍摄，每个位置拍摄5张，并进行编号存储；

(3)读取存储好的同一标定高度的5张照片，对照片进行图像处理，5张照片都选取相同的区域并获取该区域的灰度值，对获取到的每张照片的灰度值进行记录且计算这5个灰度值的平均值，则该平均值即为该高度在深度图像获取程序中相对应的灰度值；对全部8个标定高度进行同样的处理后，得到灰度值和高度关系的回归方程为

y＝-5.2881x+212.31

该回归方程的精确度为

r²＝0.9972

其中，x代表高度值，y代表灰度值。

当然，在其他实施方式中，可拟定为其他尺寸的测量单位和其他数量的标定高度数量，也可以在同一标定高度拍摄其他数量的多张照片。

较佳的，步骤s4中整齐度的计算方法如下：

即以整簇金针菇中菌柄的高度在平均高度±5％范围内的菌株数量，与整簇金针菇中菌柄的总数相比，以百分比呈现比较结果。

根据上述基于深度相机的金针菇整齐度检测方法进行实验，选取20簇金针菇进行测试，样本编号为1-20，计算整齐度结果如下表：

根据上述基于深度相机的金针菇整齐度检测方法，本发明提出如图4到图6所示的基于深度相机的金针菇整齐度检测装置，设有执行上述基于深度相机的金针菇整齐度检测方法的计算机3；

还设有金针菇输送装置，提供一个机架11，机架11顶面设有沿水平方向输送金针菇菌簇的带式输送装置12,金针菇菌簇以立姿置于带式输送装置12上；机架11上装有驱动带式输送装置12的电机13、以及控制电机13启停的plc控制单元10；

还设有图像采集装置，提供一个安装在机架11上端横跨带式输送装置12的采集箱21，采集箱21具有供带式输送装置12依次穿越的前舱门211、后舱门212；采集箱21的内部在顶壁布置有居中位于带式输送装置12上方的深度相机22，深度相机22对带式输送装置12上的金针菇菌簇进行拍摄获得深度图像；

还设有红外光电传感器23，安装于带式输送装置12侧边，沿与输送方向垂直的方向检测有无金针菇菌簇以及金针菇菌簇是否输送到深度相机22正下方；

还设有图像存储设备20，与深度相机22、计算机3分别信号连接，以存储深度相机22获得的深度图像，并将深度图像传输至计算机3进行金针菇整齐度检测；

其中，电机13、深度相机22、红外光电传感器23电气连接于plc控制单元10，以实现plc自动化控制。

采用上述基于深度相机22的金针菇整齐度检测装置，先行相机标定，将从深度相机22获取的图像灰度值与金针菇的菌柄高度进行对应得到标定值；将待检测金针菇整簇置于带式输送装置12上，电机13驱动带式输送装置12运转将金针菇输送到采集箱21内；当红外光电传感器23检测到金针菇到达深度相机22正下方的图像采集区域内，发送高电平给plc控制单元，plc控制单元控制电机13暂停使金针菇静止在图像采集区域；然后plc控制单元触发深度相机22，从金针菇菌簇的正上方获取深度图像；与此同时，计算机3通过图像存储设备20对获取的深度图像进行图像处理，利用图像滤波、分割方法去除深度图像中的背景，提取菌簇灰度图像，得到金针菇的整齐度；最后计算机根据菌簇灰度图像和预先设定的标定值，换算出金针菇菌簇中单个菌柄的高度，然后计算金针菇菌簇中菌柄的平均高度和整齐度；待当前检测结束后，plc控制单元控制电机13恢复运转，完成整个工作过程。上述工作流程如图7所示。

较佳的，如图5所示，采集箱21的内部在顶壁、侧壁均布置有对采集箱21内部照明的led光源24。为便于展示led光源24的装配结构，图5中隐去了采集箱21的外壁。

较佳的，如图5所示，采集箱21为方形箱体，led光源24包括采集箱21内壁在四个竖直棱边处分别沿竖直棱边设置的无极调光led灯条，led光源24还包括采集箱21顶壁在四个水平棱边处分别沿水平棱边设置的无极调光led灯条。

较佳的，如图5所示，采集箱21四个竖直棱边处的无极调光led灯条，其发光面迎向深度相机22的镜头中线；采集箱21四个水平棱边处的无极调光led灯条，其发光面迎向深度相机22的镜头中线与带式输送装置12顶面的交点。

较佳的，深度相机22采用微软公司发布的第二代kinect相机。

较佳的，如图4所示，红外光电传感器23位于正对深度相机22拍摄范围处，以检测送检的金针菇是否到达深度相机22正下方的图像采集区域。

较佳的，红外光电传感器23为型号为e18-d80nk的漫反射式红外光电开关。型号为e18-d80nk的漫反射式红外光电开关是一种集发射与接受于一体的光电传感器，故只需在带式输送装置12的一侧安装即可。

对于本领域技术人员而言，本发明的保护范围并不限于上述示范性实施例的细节，在没有背离本发明的精神或基本特征的情况下，本领域技术人员基于本发明的要件所做出的等同含义和保护范围内的所有变化的实施方式均应囊括在本发明之内。