CN100337243C - 一种水果果面图像采集系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水果果面图像的采集系统和采集方法，系统包括输送装置、摄像机、编码器、分频电路、图像采集卡和计算机；所述编码器安装在输送装置的进料端的链轮轴上，链轮轴带动编码器一起旋转，产生一系列脉冲，编码器的输出脉冲信号输送给分频电路，分频电路的输出信号与安装在计算机内的图像采集卡相连，触发摄像机拍摄图像，其图像经图像采集卡输入计算机进行处理。本发明可作为水果自动分级的前端设备，所述采集系统结构合理，实现对水果果面图像数据的精确、快速采集。通过所述采集方法得到的水果图像亮度均匀，能更好地反映水果的果面状态，为下一步的水果分级奠定了良好的基础。
Description
技术领域
本发明涉及图像数据采集技术领域，尤其是涉及一种用于水果自动分级设备的水果果面图像数据采集的系统及方法。
背景技术
我国是世界第一大水果生产大国，从1993年开始，我国水果总量跃居世界第一位。但是由于水果采摘后商品化处理手段不到位，以至产品混等混级，外销水果根本进入不了国外高档货架，在国际市场上缺乏竞争力。
水果按大小、形状、色泽、缺陷进行自动化分级和包装后，其商品价值大大提高。目前我国的水果分级主要是由人工来完成的，需要大量的劳动力，劳动强度大，同时这种主观评定受到个人视力、颜色鉴别力、情绪、疲劳、光线等因素的影响，效率低，准确性差。大小分级虽然可以依据大小和重量实现机械化分级，减轻了一些劳动强度。但是无法完成果形、色泽、果面缺陷等方面的全面检测与分级。
用水果自动分级设备代替人进行农产品品质检测和分级具有极大的优越性。机器视觉水果分级系统中，数据采集的准确与否关系到水果的形状、大小、颜色、果面缺陷和损伤分级的精度及速度。现有的水果自动分级系统中的果面图像的采集主要有两种形式，一是采用三个摄像机，从三个方向拍摄三幅图片来获取整个果面信息，这种方法主要的问题是：由于水果具有立体结构，拍摄的图像必然存在光照不均、明暗不一的问题，并且不同区域的投射面积大小也不同，得到的果面图像数据精度低、重复多，而且成本高。第二种形式是采用单个摄像机，由于采集方法不好，图像数据不能很好的反映水果的立体球面特征，且光照不均造成果面色泽反映失真。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种水果果面图像采集系统和方法，本发明可以用于水果自动分级设备，实现对水果果面图像数据的精确、快速采集。
本发明所述水果果面图像采集系统，包括输送装置、摄像机、编码器、分频电路、图像采集卡和计算机；编码器安装在输送装置进料端的链轮轴上，链轮轴带动编码器旋转，输出的脉冲信号经分频电路，分频后通过图像采集卡触发摄像机工作，所摄图像经图像采集卡输入计算机进行图像处理、识别、分级等工作还包括安装在输送装置的正上方的摄像室及安装在摄像室内的光源；所述摄像机固定在摄像室里，拍摄区域的长度应保证水果在输送中至少能转动一周；所述输送装置由两个链轮和环绕在链轮上的链条、变频电动机以及安装在链条上的辊子和分级装置组成。输送装置由变频电机驱动链轮旋转，链轮带动链条，链条带动由单列或双列仿球形双锥式辊子构成的输送带前进，水果在每列辊子上呈单行排列，每对辊子载放一个水果；还包括安装于摄像室中的输送带下的粗糙的底托，前进的辊子与底托因接触摩擦产生滚动，从而使水果在随输送装置以一定速度向前运动的同时，自身还随辊子的旋转而产生绕果柄和花萼为中心轴的均匀转动。
如上所述的水果果面图像的采集系统，在进料端的链轮轴上安装有编码器，编码器输出的信号经分频电路分频后通过图像采集卡控制摄像机的拍摄，保证水果每旋转一定的角度，摄像机拍摄一帧图像。
如上所述的水果果面图像的采集系统，所述图像采集卡安装在计算机主板上，根据分频电路输入的信号来控制摄像机的拍摄，将摄像机拍摄的图像转换成能被计算机识别处理的数字图像。
本发明提出的水果果面图像采集方法，包括如下步骤：
步骤一、分配一维的内存地址数组，用来存放图像数据；
步骤二、摄像机摄取图像，判断是否是新的完整水果图像，如果是，进入下一步；
步骤三、分配内存地址数组中一个地址空间存放该水果图像，检测水果的大小，确定水果图像的中心位置，计算水果图像宽度；
步骤四、获取各水果的中央条状图像数据，并存放到相应的地址空间，其宽度为相对于上一幅图片前进的距离；如果完成整个水果果面图像的采集，则将所采集的水果图像数据交给后续处理过程，同时释放占用空间；所述获取各水果的中央条状图像数据并存放到相应的地址空间，是由摄像机将采集的每个水果的一系列条状图像数据依次存储在相应的地址空间。
本发明所述水果果面图像的采集系统及方法，可作为水果自动分级的前端设备，所述采集系统结构合理，实现对水果果面图像数据的精确、快速采集。通过所述采集方法得到的水果图像亮度均匀，能更好地反映水果的果面状态。为下一步的水果分级奠定了良好的基础。
附图说明
图1是本发明的水果果面图像的采集系统构成示意图；
图2是本发明的水果果面图像的采集方法的流程图；
具体实施方式
为了提高水果果面图像采集的精度和速度问题，为节约水果分级设备成本，本发明提出了水果果面图像的采集系统和方法。
如图1所示，本发明水果果面图像采集系统的基本结构包括：摄像室1、摄像机2、光源3、输送链条4、仿球形双锥辊子5、底托6、水果7、编码器8；以及分频电路、图像采集卡、计算机及处理软件；输送装置由两个链轮、链条4、仿球形双锥辊子5及变频电动机组成。变频电动机通过链轮带动链条4前进，编码器8安装在链轮轴上，编码器8产生的脉冲信号，由分频电路分频后，通过图像采集卡触发摄像机拍摄图片，然后图像经图像采集卡输入计算机处理。摄像室1安装在输送装置上方；摄像机2位于摄像室1上方，通过电缆线与图像采集卡相接。底托6安装在输送装置下方，水果7被单列或双列仿球形双锥式辊子5运载，水果7在每列辊子上呈单行排列，水果在摄像室1前不旋转，但进入摄像室1后，仿球形双锥辊子5与底托6的粗糙表面相接触，摩擦产生滚动，带动水果7转动。即水果7随输送链条4以一定速度向前运动的同时，自身还随辊子的旋转而产生绕果柄和花萼为中心轴的均匀转动。
图2是本发明的水果果面图像的采集方法流程图。编码器输出的信号经分频电路分频后通过图像采集卡控制摄像机的拍摄，保证水果每旋转一定的角度，摄像机拍摄一帧图像。
具体图像采集方法如下：
步骤一、分配一维的内存地址数组，用来存放图像数据；
步骤二、摄像机摄取图像，判断是否是新的完整水果图像，如果是，进入下一步；
步骤三、分配内存地址数组中一个地址空间存放该水果图像，检测水果的大小，确定水果图像的中心位置，计算水果图像宽度；
步骤四、获取各水果的中央条状图像数据，并存放到相应的地址空间，其宽度为相对于上一幅图片前进的距离；如果完成整个水果果面图像的采集，则将所采集的水果图像数据交给后续处理过程，同时释放占用空间。
由摄像机采集的各水果的条状图像数据分别存储在相应的地址空间，在系统的连续运转过程中，采集到每个水果的一系列条状图像数据，并依次存储在相应的地址空间，这样就将每个水果完整的果面图像数据连续存放到了一起，通过这种采集方法得到的水果图像亮度均匀，能更好地反映水果的果面状态。
所述步骤四中的获取条状图像数据，是先找到其数据块的起始地址，这可以通过水果图像的中心位置减去数据宽度的一半来得到的，然后将这块数据复制到指定的存放该水果图像数据的地址中；而存放起始位置是通过存放该水果图像的头地址加上一个偏移量来确定的，其偏移量是已存放条状数据宽度的累加值，这样就将采集的一个水果的数据连续存放到了一起。
本发明中，所述图像采集卡的作用是将摄像机采集的数据(模拟信号或数字信号)，转换成计算机能处理的信息，同时提供控制摄像机的参数(例如触发、曝光时间、快门速度等等)。输出模拟信号的摄像机，用模拟图像采集卡，以将摄像机采集的模拟信号转换为数字信号。输出数字信号的摄像机用数字输入的图像采集卡，以将摄像机输出的数字图像信息转换并输送到计算机处理。图像采集卡应具有外触发模式，如Matrox公司的数字图像采集卡Matrox Meteor-II/Camera Link。图像采集卡的触发输入端与分频电路的输出端相连，实现多种采集频率的拍摄。
摄像机采用Pulnix公司的TMC-6700CL，其有效像素为648×484，摄像机采集的图像信息经图像采集卡输入到计算机，由计算机进行图像处理、识别、分级等工作。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1、一种水果果面图像采集系统，包括输送装置、摄像机；其特征在于：
还包括编码器、分频电路、图像采集卡和计算机；所述编码器安装在输送装置的进料端链轮轴上，链轮轴带动编码器旋转，编码器输出的脉冲信号经分频电路，分频后通过图像采集卡触发摄像机拍摄，所摄图像再经图像采集卡输入计算机进行图像处理、识别、分级等工作；
还包括安装在输送装置正上方的摄像室，及安装在摄像室两侧的光源；摄像机固定在摄像室上方，光源应保证光照均匀并有足够的亮度，以保证摄像的质量，拍摄区域的长度应保证水果在输送中至少能转动一周；
所述输送装置由变频电机驱动链轮，链轮带动链条，链条带动由单列或双列仿球形双锥式辊子构成的输送带，水果在每列辊子上呈单行排列，每对辊子载放一个水果；
还包括安装在摄像室中输送带下粗糙的底托，前进的辊子与底托因接触摩擦产生滚动，从而使水果在随输送装置以一定速度向前运动的同时，自身还随辊子的旋转而产生绕果柄和花萼为中心轴的均匀转动。
2、根据权利要求1所述的水果果面图像采集系统，其特征在于，在进料端的链轮轴上安装有编码器，编码器输出的信号经分频电路分频后通过图像采集卡控制摄像机的拍摄，保证水果每旋转一定的角度，摄像机拍摄一帧图像。
3、一种水果果面图像采集方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、分配一维的内存地址数组，用来存放图像数据；
步骤二、摄像机摄取图像，判断是否是新的完整水果图像，如果是，进入下一步；
步骤三、分配内存地址数组中一个地址空间存放该水果图像，检测水果的大小，确定水果图像的中心位置，计算水果图像宽度；
步骤四、获取各水果的中央条状图像数据并存放到相应的地址空间，其宽度为相对于上一幅图片前进的距离；如果完成整个水果果面图像的采集，则将所采集的水果图像数据交给后续处理过程，同时释放占用空间；所述获取各水果的中央条状图像数据并存放到相应的地址空间，是由摄像机将采集的每个水果的一系列条状图像数据依次存储在相应的地址空间。
4、根据权利要求3所述水果果面图像采集方法，其特征在于，所述步骤四中的获取条状图像数据，是先通过水果图像的中心位置减去数据宽度的一半得到其数据块的起始地址，然后将这块数据复制到指定的存放该水果图像数据的地址中。
5、根据权利要求4所述水果果面图像采集方法，其特征在于，存放起始位置是通过存放该水果图像的头地址加上一个偏移量来确定，其偏移量是已存放条状数据宽度的累加值。
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