基于计算机视觉的胡萝卜外观品质分级系统与装备

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1、2015年1月农机化研究第1期基于计算机视觉的胡萝卜外观品质分级系统与装备1a1b，21b1b1b，2杜宏伟，邓立苗，熊凯，徐艳，韩仲志(1．青岛农业大学a．机电工程学院;b．理信学院，山东青岛266109;2．中国石油大学(华东)地球科学学院，山东青岛266580)摘要:为了实现胡萝卜的自动化分级分选，在前期胡萝卜青头、须根、开裂检测算法研究的基础上，参照国家标准需求，进一步提出了胡萝卜外观等级规格，如弯曲、断折等缺陷，以及衡量异品种的锥形度参数的检测方法，并以此为基础设计了基于计算机视觉的胡萝卜外观品质实时分选生产线。该生产线由下位机控制

2、系统、上位机软件系统和机械分级装置组成。通过对软硬件环境和机械系统性能的测试表明:该分选生产线每秒钟可检测20个胡萝卜的等级;对520个胡萝卜含有不同种类缺陷和异品种的胡萝卜进行分级检测，分级正确率达到了93．5%，能够满足胡萝卜外观品质分选实时检测的要求。该分选线能够同步实现胡萝卜等级规格、质量、各种缺陷的实时检测与在线分选。关键词:胡萝卜;锥形度;图像检测;回归分析;在线检测+中图分类号:S225．73文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)01－0196－05DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.01

3、.046的计算机视觉分选装备，并进行了推广实验，获得国0引言家发明二等奖，取得了瞩目的成果。然而生物物料的胡萝卜按照品质分级销售有助于提高其市场竞争多样性致使农产品外观千差万别，像胡萝卜、黄瓜等［7］力、增加附加值。目前，贸易企业对胡萝卜分级主要外观性状特异的非球型果蔬研究较少，目前没有成依靠人工，这种分级方式劳动力消耗大，生产成本高、熟的分级方法和分级设备，相关研究是一个有挑战性效率低，随着农村劳动力大批进城务工，不适合大规的课题。模生产和推广。有些企业采用不同间隙滚轴的机械笔者前期研究了胡萝卜品质关键指标:青头、开式分级装置对胡萝卜进行粗

4、度分级，有效提高了分级［14］裂、须根的检测算法;本文对影响胡萝卜销售的弯效率;然而，这些机械分级装置只能按照胡萝卜的粗曲、断折、锥形度等其它品质进行了指标量化，并以此度进行粗略的分级，而胡萝卜销售等级中的很多指为基础，开发了胡萝卜分级软硬件系统，设计了胡萝标，如长度、青头、开裂、折断、弯曲等不能量化实现，卜分级装备，拟构建完整的胡萝卜外观品质在线检测无法同时完成多指标的综合精细分级。装置。国外在20世纪90年代开始着手研究利用计算机1材料与方法视觉和图像处理方法对果蔬品质进行自动检测和分［1－3］级;国内从90年代中后期开始做了大量的跟踪研

5、1．1试验材料［4－12］究，虽然研究起步较晚，在该领域也取得了显著供试胡萝卜产自山东省莱西市店埠镇胡萝卜基成果。然而这些研究主要集中在西红柿、马铃薯、苹地，选取无缺陷胡萝卜100个和缺陷胡萝卜520个。果、梨等表面外观呈球型的果蔬上，且大部分停留在缺陷有青头、开裂、须根、弯曲、断折等表面缺陷和异算法研究和实验室模拟研究阶段，真正能用的智能分品种。店埠镇胡萝卜为国家地理标志产品。［13］选装备较少。应义斌团队在国内首次研制了苹果1．2系统构建方法机械系统的开发思路是在原有的胡萝卜机械分级收稿日期:2014－01－21基金项目:国家自然科学基金

6、项目(31201133);山东省自然科学基金的基础上加装软件和控制系统，机械装置结构示意图项目(ZＲ2009DQ019);青岛市科技发展计划项目(11－2－如图1所示，图2为装置直观图。3－20－nsh)作者简介:杜宏伟(1976－)，女，山东聊城人，讲师，(E－mail)dhwfair按照图1结构依次安装各个部件，接通电源，设备@163．com。即可正常工作。电机变频调速控制器控制电机转动，通讯作者:韩仲志(1981－)，男，山东莒南人，在职博士，(E－mail)hanzhongzhi@qau．edu．cn。电机通过涡轮减速机通过链条带动滚

7、轮水平运动，滚·196·2015年1月农机化研究第1期轮就会带动胡萝卜水平运动。胡萝卜从进料口进入，的控制流程图如图3所示，软件运行界面如图4所示。滑落在倾斜挡板传送带上，在挡板的隔挡下，将胡萝卜传送给水平滚轴传送带，水平滚轴带动胡萝卜滚动;然后，在电机的带动下，胡萝卜进入工业摄像头的视场，拍摄不同侧面3幅图像，计算机根据图像确定胡萝卜的等级;相应等级的胡萝卜运动到相应的分级口时，窝槽下部打开，胡萝卜在不同等级出口滑入包装箱，不满足等级要求的胡萝卜自动滑落到等外品箱内，被检测出开裂、断裂等缺陷的次品直接输送到次品箱。1．进料口2．挡板3．挡板

8、传送带4．滚轮传送带5．工业摄像头6．灯箱7．一等出口8．二等出口9．三等出口10．等外品出口11．次品箱12．窝槽式传送带13．变频调速器14．电动机15．滚轮1