基于图像识别的嵌入式自动珍珠分拣器及分拣方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种分炼装置，尤其是设及一种基于图像识别的嵌入式自动珍珠分炼 器及分炼方法。
【背景技术】
[0002] 目前珍珠加工行业中珍珠分炼，几乎都是由人工完成的落后情况，W及国内外该 领域没有现成的珍珠自动分炼设备的现状。珍珠作为非平面的球体目标，表面具有一定的 弧度，要根据大小、形状、光洁、瑕疵和颜色分级，必须获得珍珠整个球体表面的图像，因此， 检测一颗珍珠并对其进行有效分级需要获取珍珠图像并对其分析后才能进行分级。本系统 结合图像处理和自动化控制技术制作了 一种新型的、小巧的、价廉的、自动的珍珠分炼器。
【发明内容】
[0003] 本发明提供了 一种基于图像识别的嵌入式自动珍珠分炼器及分炼方法，解决了珍 珠分炼的问题，其技术方案如下所述：
[0004] -种基于图像识别的嵌入式自动珍珠分炼器，包括基座，W及核屯、处理模块和与 其相连接的图像采集模块、分炼执行机构、人机交换界面、数据存储和监控机构，所述图像 采集模块采用彩色摄像头，所述分炼执行机构包括用于装载和释放珍珠颗粒的舱机、用于 把珍珠移动到正确的分类位置减速电机。
[0005] 还设置有光线补偿装置，所述光线补偿装置包括光线采集装置和光线输出控制装 置，所述光线采集装置包括均匀分布的光敏电阻，所述光线输出控制装置包括均匀设置的 LED,用于对视场光线补偿，通过调节核屯、处理模块的PWM输出脉冲宽度来调节光强。
[0006] 所述人机交换界面包括通过FSMC接口连接的单片机与彩屏LCD,W及按键和触摸 屏。
[0007] 所述分炼执行机构上方设置有定位条，通过设置红外对管检测定位条的状态，通 过读取红外对管的状态得到珍珠分炼机构的位置。
[0008] 所述分炼执行机构还包括设置有齿条的滑竿，用于配合减速电机的转动。
[0009] -种基于图像识别的嵌入式自动珍珠分炼方法，包括下列步骤：
[0010] (1)通过图像采集模块采集珍珠图像，所述图像采集模块采用彩色摄像头；
[0011] 似经过核屯、处理模块对图像进行处理，判断珍珠的大小、颜色、圆度，输出分炼控 制命令；
[0012] (3)使珍珠分炼机构自动按照设定的分类标准对珍珠进行分类，并将分类的结果 数据保存。
[0013] 进一步的，步骤（2)中，图像处理方法如下所述，
[0014] ①由摄像头的像素点对应实际几何面积的比例计算得到珍珠的大小；
[0015] ②从图像中珍珠的有效像素的RGB值中得到珍珠的颜色；
[0016] ③计算珍珠边界重屯、代替圆屯、计算，用遍历法找到目标的最大和最小半径，W此 判断珍珠的圆度。
[0017] 进一步的，步骤①中，所述彩色摄像头对固定大小区域进行图像采集，使得摄像头 的每个像素点与区域面积有固定的比例关系。
[0018] 进一步的，步骤①、③中计算珍珠的大小与形状，所述珍珠的彩色图像需要依次进 行RGB转灰度值、图像滤波、图像二值化处理、边沿提取、边沿八领域跟踪步骤。
[0019] 进一步的，在珍珠分炼机构的上方设置有定位条，并设置有检测定位条状态的红 外对管，通过红外对管定位珍珠分炼机构的位置，控制珍珠分炼机构的减速电机左右移动。
[0020] 所述基于图像识别的嵌入式自动珍珠分炼器及分炼方法，能够实现把混杂的珍珠 样品按照设定的标准进行分类，并把分炼的珍珠自动分送到不同的槽内，同时将分炼结果 送到上位机监控软件显示。
【附图说明】
[0021] 图1是所述基于图像识别的嵌入式自动珍珠分炼器的功能框图；
[0022] 图2是所述基于图像识别的嵌入式自动珍珠分炼器的结构示意图；
[0023] 图3是所述分炼执行机构的结构示意图；
[0024]图4是所述基于图像识别的嵌入式自动珍珠分炼方法的流程图；
[00巧]图5是所述八连通轮廓跟踪法的示意图。
【具体实施方式】
[0026] 所述基于图像识别的嵌入式自动珍珠分炼器，包括核屯、处理模块和与其相连接的 图像采集模块、分炼执行机构、人机交换界面、数据存储和监控机构，图1为所述基于图像 识别的嵌入式自动珍珠分炼器的功能框图。
[0027] 其中，图像采集模块使用的是0V7670彩色摄像头和STM32F407单片机组成。因为 本系统需要对珍珠的颜色进行识别，要求摄像头能够识别颜色。该摄像头与单片机的接口 是SCCB接口和DCMI8位模式接口。SCCB是单片机控制摄像头的接口，单片机通过该接口配 置摄像头的寄存器，使得摄像头按照需要的设置模式输出。DCMI是STM32F407提供的摄像 头接口，本设计采用8位模式。
[0028] 所述单片机的DCMI接口与摄像头连接，通过SCCB协议对摄像头进行控制，使其输 出系统达到需要的图片格式。为了使得采集到的图片像素更多、质量更高。把摄像头配置 为565RGB彩色输出格式。DCMI接口中根据摄像头反馈回来的像素中断、行中断W及场中 断对图片帖进行分离。使用单片机的DMA通道把图片数据传送到存储机构中。在图像存储 时，本设计把图片存储为JPEG的格式。在系统设计时考虑到光线的分布对图像采集的质量 有很大影响，因此本系统在设计时采用了图像实时光线反馈补偿机制，减少外界光线的变 化对图像采集造成影响。
[0029] 核屯、处理模块是指由STM32F407单片机W及其外围电路组成的模块电路，在系统 中主要起到处理各个外设的控制和图像处理输出的作用。STM32F407是基于Contex-M4架 构带FPU单片机，具有资源丰富，运算速度快等优点，因此被选做控制核屯、忍片，系统运行 主频 168MHz。
[0030] 人机交换界面有通过FSMC接口连接的单片机与彩屏LCD W及=个轻触按键和触 摸屏组成。其在系统中的主要作用是显示系统状态和调整参数。在系统运行时把采集的图 像实时显示到液晶显示器上，可W实时观察采集图像的质量。液晶显示LCD通过FSMC接口 与单片机相连接，FSMC的全称是"静态存储控制器"。在STM32F407单片机中设置该接口方 便用户外扩存储器等，TFT液晶中利用RAM作为数据显示的缓冲区。通过读写该缓冲区的 数据达到更新液晶显示的目的。
[0031] 数据存储机构有与单片机通过SDIO接口连接的SD卡组成。在系统中主要起到图 像文件存储W及分炼结果历史数据存储的作用。在DCMI接口的缓冲区中的数据通过单片 机的DMI通道可W直接传送到SDIO的缓冲区，然后再利用SDIO将数据存放到SD卡中。为 了更方便地管理文件数据。本移植了系统keil自带系统RTX中的化tfs文件管理系统。
[0032] 监控机构是把珍珠分炼器的分炼结果写入SD卡中，当系统连接监控上位机时再 通过RS232接口把数据上送电脑，利用上位机监控软件生成分炼结果报表。运有利于在生 产生活中大批量珍珠各种级别含量的统计，为后面提高珍珠质量提供数据支持。
[0033] 单片机通过DCMI接口采集图像信息，分析处理后得到珍珠分级信息。根据珍珠的 分级信息给步进电机、舱机和减速电机输出控制命令，实现珍珠自动分炼。分炼位置反馈用 于定位当前执行机构的位置，每个等级的珍珠都对应唯一的输出位置，W此实现不同等级 珍珠的分离。
[0034] 系统中设置有光线补偿装置，其包括光线采集装置和光线输出控制装置两部分电 路。本设计中，光线采集装置使用的是四个均匀分布的光敏电阻。通过一个偏置电阻后接 到单片机AD输入，通过读取单片机AD值的来判断光线的强弱。光线输出控制装置是由四 个强光的L邸组成，通过一个达林顿管ULN2003接到单片机的PWM输出端，通过调节单片机 的PWM输出脉冲宽度来调节光强。
[0035] 通过加入光线闭环控制自动调整图像视场的光线，使得系统在相对均匀、稳定的 光线采集图像，高质量的图像是准确识别珍珠大小、形状和颜色的有力保证。LCD显示器和 3个轻触按键是系统的人机交互机制。
[0036] 如图2所示，所述基于图像识别的嵌入式自动珍珠分炼器包括液晶显示器1、珍珠 传送带的滚筒2、步进电机3、核屯、处理模块4、摄像头5、珍珠传送带6、传送带搭载平台7。 系统工作时，步进电机3转动使得传送带6的珍珠向前移动进入图像采集视场，核屯、处理模 块4通过处理采集的图像可W获知珍珠进入视场的情况。如果有珍珠进入视场则步进电机 3停止转动，系统分析后获取珍珠等级信息。处理完后步进电机3启动，将珍珠送到珍珠分 炼机构中。
[0037] 如图3所示，所述分炼执行机构的示意图中，其中8为减速电机定位条，其下部设 置有珍珠盘，11为减速电机，下部设置有舱机，12为珍珠分类格，9为直径3mm的滑竿，10为 模数为0. 5的齿条的滑竿，W上各装置位于基座上。系统工作时，珍珠分炼执行机构首先处 于默认状态，即减速电机11处于中点，珍珠盘朝上。然后减速电机11转动，在齿条上形成 横线水平运动，使得珍珠分炼机构达到珍珠的分级位置，舱机驱动珍珠盘转动180度使得 珍珠落下，一个机械周期完成。
[0038] 本珍珠分炼器通过=个红外对管定位珍珠分炼机构的位置，把珍珠分为7类需要 定义7个W上的位置。本系统设计时在分炼机构的上方设置了定位条。检测定位条的八个 状态需要3个红外对管，通过读取红外对管的状态得到珍珠分炼机构的位置。从而控制减 速电机的左移动或是右移动。
[0039] 图4是本发明的分炼方法，首先系统初始化，判断有无珍珠进入视场，对进入视场 的珍珠进行光线补偿，然后在获取珍珠图像后进行图像处理，计算珍珠的大小、颜色和形 状，在通过分炼执行装置进行分炼处理。
[0040] 本发明利用彩色摄像头0V7670对固定大小区域进行图像采集，使得摄像头的每 个像素点与区域面积有固定的比例关系。计算珍珠占图像像素点的数量，通过比例关系对 应得到珍珠的形状与大小。通过读取图像的RGB比例值，得到珍珠的颜色。实现了对珍珠 大小、形状还有颜色进行识别，按照设定的标准将珍珠分成若干个等级。
[0041] 所述光线补偿控制是由于光线对采集图像的质量有很大的影响，因此本珍珠分炼 器在设计时使用了主动光线补偿，目的是调