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機器視覺應用于水果自動分類揀選:成像系統每分鐘捕獲1400幅圖像

時間:2019-11-08 來源:機器人在線 閱讀:538

機器視覺應用于水果自動分類揀選


自然界中生長的蘋果、西紅柿等水果蔬菜,并沒有統一的標準,每個果實在形態、成熟度、光學質量、重量和損傷程度方面都各部相同。如果這些能夠表征質量的特征能被更精確地測量,那么它們就能實現更優化地營銷。從食品市場到折價零售商,再到加工業,對質量的要求不同,價格也高低不一。因此,如何精確分類,確保水果蔬菜不低價銷售給錯誤的顧客是生產商最感興趣的經濟手段。機器視覺技術使水果蔬菜自動化分類成為可能。


水果的品質與價格取決于其自身的特點,如大小、重量、顏色以及表里的損壞程度。除大小和重量外,顏色和表面特征在果脯市場中扮演著重要角色。通常,由于果實水分多且含糖量高,果皮與果肉容易分離。因而果脯表面容易產生氣泡。這些氣泡不僅會影響果脯的口感,也影響其外表美觀。這些因素都會降低果脯的價值。


來自以色列的兩家機械制造商Com-N-Sense和Lugo Engineering,聯合開發了一套能通過光學方式檢測單個水果并將其分類的自動化質檢分類系統。?


1、質檢前的第一個挑戰:送入系統


棗子是地中海地區重要的膳食組成部分。當地棗子品種繁多,其中一種椰棗(Madjoul),個頭大,肉質多,頗受人們的喜愛。棗子主要生長在中東地區,并在中東加工和販賣。


“椰棗并不容易加工,”Com-N-Sense公司總經理Lirian Shahar說,“相比于其他水果,它們個頭小,且每個果實大小不一,表面又有些粘。所以豐收后,它們通常都成塊粘在一起。”因此在它們被檢測前,需要有個可行性的方法把它們送入系統。


為了能將粘粘的椰棗一個個分開,Com-N-Sense和Lugo 聯合開發了一種創新處理過程。松散的果實被送入一個震動的、且表面覆蓋V型槽的運輸器。運輸器的震動使得果實一個個分開,并使它們在槽上成行排列。


接下來,椰棗便被送入一個由兩根平行聚酯線組成的傳輸系統。椰棗放在兩根線之間,防止它們在運輸和檢測過程中移動。四條平行的傳輸系統以每秒6個椰棗的速度將它們移送到檢測站,在檢測站中以每秒24個椰棗的速度進行檢測。?


2、機器視覺成像系統每分鐘捕獲1400幅圖像


每個通過檢測站的傳輸系統都包含一個觸發傳感器、一臺數碼相機和照明裝置。在四條傳輸系統的上方,分別安裝有Allied Vision Technologies公司的 一臺Prosilica GC 1290C彩色相機,每臺相機與一盞直徑為10cm的穹頂燈相連,為椰棗提供均勻的白光照明。均勻的白光照明至關重要,因為檢測是以彩色分析為基礎的。當每個椰棗經過光傳感器時,便觸發相機與照明裝置。


AVT Prosilica GC 1290C 相機配有GigE視覺接口,結構緊湊,堅固耐用。該相機配備了索尼(ICX445)高靈敏度彩色傳感器,其運用索尼EXview HAD CCD技術,具備卓越的成像質量。Prosilica GC1290C相機在全分辨率模式(120萬像素)下,每秒可捕獲多達32幅圖像。


隨后,捕獲到的圖像通過相機的“千兆以太網接口”(GiGE 視覺接口)傳輸到電腦主機。圖像傳輸到主機后,使用Com-N-Sense公司用OpenCV為該應用特別開發的成像軟件,進行圖像分析。


“椰棗首先從背景中被區分出來,”Shahar解釋說,“鮮綠的聚酯線和紅棕色椰棗之間產生的強烈色差,成功實現了這步處理。”接下來,RGB數據被轉換成HSI色彩-空間格式,以便進行色彩分析。外表皮的氣泡會呈現較淺的顏色。通過這種方法,便可以確定數量、大小以及氣泡的形成。


如果椰棗中存在太多氣泡,并且超出了設定的限度閾值,該枚椰棗便會用壓縮空氣被挑出來。篩選標準可以根據顧客對質量的需求定義。同時,系統還可設定不同的分類,如待處理的產品、零售產品等。?


3、機器視覺分類揀選新功能:水分測量


Com-N-Sense和Lugo Engineering公司聯合開發的這套系統已經在以色列成功投入使用,并且該系統又獲得了進一步改善。Lirian Shahar打算提供一種新的特殊功能:果實內部的水分測量。為了實現這種新功能,在測量過程中需要對每個椰棗稱重。“運用圖像數據,我們可以估計出椰棗的大小,并根據這些數據計算出它們的體積。根據體積與重量之間的關系,我們可以推算出每個椰棗中含有的水分,也即單個椰棗中含有多少汁水。對于我們的客戶來講,這是一項非常重要的質量特征。利用我們的新一代檢測系統,客戶就可以實現這項特征的檢測了。”


4、機械視覺技術使水果蔬菜自動化分類成為可能


自然界中生長的蘋果、西紅柿等水果蔬菜,并沒有統一的標準,每個果實在形態、成熟度、光學質量、重量和損傷程度方面都各部相同。如果這些能夠表征質量的特征能被更精確地測量,那么它們就能實現更優化地營銷。從食品市場到折價零售商,再到加工業,對質量的要求不同,價格也高低不一。因此,如何精確分類,確保水果蔬菜不低價銷售給錯誤的顧客是生產商最感興趣的經濟手段。

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