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【主权项】
1. 一种全自动嫁接机的嫁接苗接缝识别装置，包括工业相机、照明器、图像采集卡、计 算机、传送机构和育苗钵，工业相机通过数据传输线与图像采集卡连接，照明器通过电线与 计算机连接，图像采集卡通过数据传输线与计算机连接，工业相机、照明器、图像采集卡和 计算机构成机器视觉系统，所述的传送机构，包括传动带、第一传动轮、第二传动轮、电机和 机架，第一传动轮和第二传动轮的轮轴均通过轴承装配在支机架上，传送带缠设在第一传 动轮和第二传动轮上，电机固定在机架上，且电机的输出轴通过减速机与第一传动轮的轮 轴连接，使电机能够带动第一传动轮旋转，进而带动传送带运动，其特征在于：所述的照明 器，包括排列形成一环状平面结构的多个绿色的LED灯和灯座，环形LED灯套在镜头上并固 定于灯座，灯座固定于照明器支架上，支架底端通过螺钉固定在传送带的支撑架上；所述的 育苗钵放置在传送带上，传送带的侧端面固定有电子湿度计和电子温度计；所述的照明器 设置在传送带的一侧，照明器的环形LED灯组最外圈平面与水平面相垂直，传送带的另一 侧面上通过伸缩杆固定有光照度传感器，伸缩杆的一端固定连接在传送带的侧端面上，伸 缩杆的另一端固定连接有光照度传感器；所述的工业相机设置在照明器的后方。2. 根据权利要求1所述的一种全自动嫁接机的嫁接苗接缝识别装置，其特征在于： 所述的工业相机为大恒公司生产的水星系列MER-125-30UC彩色数字C⑶相机，接口为 USB2. 0,分辨率为1292(H)X964(V);图像传感器芯片，尺寸比例l/3inch(4. 8X3. 6mm);镜 头选用Computer系列M2514-MP2,焦距参数为25_，镜头直径为46_。3. -种全自动嫁接机的嫁接苗接缝识别方法，其特征在于包括下列步骤： 步骤一：准备工作：将全自动嫁接机的嫁接苗接缝识别装置放置在一封闭的空间内， 控制传送带传动，使育苗穴盘停止在正对照明器和工业相机位置，育苗穴盘上的嫁接苗距 离工业相机的镜头12cm，照明器的环形LED灯组套置于镜头上；调节照明器亮度，使光照度 传感器显示的光照度为130~150LUX;调节封闭空间内的温度和湿度，使电子湿度计显示 湿度为65~70%，电子温度计显示温度为28~30°C; 步骤二：图像采集：维持上述状态10~15分钟后，工业相机开始采集图像，然后将图 像信息传送给图像采集卡，最后图像采集卡将信息传送给计算机； 步骤三：图像处理：根据接缝的特征，依据视觉识别的原理，借助Matlab软件，首先找 出嫁接夹夹持住的番茄直径部分（包含嫁接夹），然后再根据图像分割原理去除夹子，这样 获得了包含接缝部分的图像，再对此图像进行水平方向像素点灰度值累加求和，获得图特 征曲线。 其中，图像处理的算法包括以下步骤： A. 彩色图像灰度变换：将获取的彩色图像转换成灰度图像，即将R、G、B三通道图像转 换成单通道的灰度图。灰度图像中每个像素的灰度值只用一个字节表示，灰度取值范围为 0~255,数值越小表示该点越黑也越暗，0表示最暗即全黑，数值越大表示该点越白也越 亮，255表示最亮即全白，转换后的灰度图像不含色彩信息，只含有亮度信息。彩色图像转换 成灰度图像的公式如式（3-1)，式中Gray(i，j)表示转换后灰度图像在（i，j)点的灰度值， R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)分别表示彩色图像中颜色红、绿、蓝的分量信息，0. 30、0. 59、0. 11 分别为彩色图像进行加权平均灰度转换时3个变量的系数。 Gray(i,j) = 0. 30R(i,j)+0. 59G(i,j)+0.llB(i,j) (3-1) B. 灰度图像阈值变换：根据图像特点使用自适应阈值或动态阈值，公式（3-2)(3-2) 式中，f(x,y)为（x,y)点处像素变换后的灰度值，T为设定的阈值。 C. 图像二值化：根据图像的灰度值变化范围，选取某一灰度值作为阈值T，将图像分为 两部分，即将图像中任意一点（i，j)的灰度值G(I，j)与T进行对比，如果大于或等于T则 这点的灰度值就会被设置为1，如果小于T则就被设置为0,如式（3-3)所示，反之如（3-4) 所示。式中：G(I，j)为原始图像的灰度值，F(I，j)为二值化后图像的灰度值。 D. 图像平滑处理：使用均值滤波的方法进行平滑处理。均值滤波又称为平滑线性滤 波器，采用邻域平均法，将图像中邻域内每个像素的值用以滤波掩膜的方法确定的所有像 素的平均值来代替，即用模板内选择的所有像素的灰度均值来赋值待处理的当前像素点 (x，y)的灰度值。对于抑制高斯噪声，均值滤波器具有较好的作用，主要用于去除图像中与 滤波掩膜尺寸相比较小的像素区域不相干的细节，使用mXn(m和n均为奇数）加权均值对 一幅MXN的图像进行滤波的计算见式（3-5)，式中a= (m-l)/2且b= (n-l)/2，w(s,t)为 g(x+s,y+t)的掩膜系数。(3-5) E. 形态学闭操作：先对二值图像进行膨胀处理（Dilation)再对处理后的图像进行腐 蚀处理（Erosion)，其定义式如式（3-6)所示。闭操作处理通常可以融合图像中狭窄的间断 或细小的孔洞，并消除与目标不相关的细小边缘，使二值图像中目标的轮廓线变得更加光 滑。弥补二值图像中的裂缝常通过对图像膨胀处理，消除二值图像中不相关的细节常通过 对图像腐蚀处理，膨胀和腐蚀的定义式分别如式（3-7)和（3-8)所示。通常情况下，A被设定为二值图像的集合，B被设定为用来处理的结构元素，结构元素B也是1个图像集合，形态学运算中将用结构元素对集合进行操作。膨胀过程即把结构元素 B中的元素平移z个单位后到达Bz，如果A中包含有Bz的元素（不一定全部包含），则该点 被保留，否则不处理该点，最终保留的Z点组成的集合就是B对A进行膨胀的结果。 步骤四：计算机根据设定好的程序对得到的图特征曲线进行判断，检测出合格嫁接苗 和不合格嫁接苗，进而计算机对控制系统发出指令，进行后续程序。
【专利摘要】本发明是一种适用于蔬菜全自动嫁接机嫁接苗接缝识别和检测的方法及装置，包括工业相机、照明器、图像采集卡、计算机、传送机构和育苗钵，工业相机通过数据传输线与图像采集卡连接，照明器通过电线与计算机连接，图像采集卡通过数据传输线与计算机连接，工业相机、照明器、图像采集卡和计算机构成机器视觉系统；通过图像采集、图像处理、输入输出以及控制执行等步骤确定识别检测方法，完成嫁接苗优劣的选检。以机器视觉代替人眼完成对蔬菜嫁接苗接缝的识别，并配以机械化程度较高的执行机构，方便、快捷、客观性强、智能化水平高，实用性强，性能可靠。
【IPC分类】G06T5/00, G06T7/00
【公开号】CN105118028
【申请号】CN201510459023
【发明人】田素博, 黄梓宸, 王梓帆, 张雷, 刘思瑶
【申请人】沈阳农业大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年7月30日