节摄像头视场光强使得采集的每一帖图像处于 类似的环境之下，从而保证珍珠图像的质量。
[0042] 本分炼器中使用均匀分布的四个光敏电阻收集视场光线情况，利用四个可调光的 强光L邸补光。使系统系统光线控制形成闭环控制，达到较好的控光效果。在软件控制上， 通过实验，可W得到光强控制在1200LUX时，所采集的图像质量最好。
[0043] 利用单片机读取光敏电阻的AD值，由电路设计可知AD值越大光线越 暗，光强为1200LUX时对应的AD值是800。本设计采用的是PID算法控制光 强，把AD值设定目标值与采集的AD值进行比较得到光线误差，将误差代入下面
[0044] 其中化为比例因子，Ki为积分因子，Kd为微分因子，e(n)为当前误差，e(n-l)为 历史误差。
[0045]目前，市场上对珍珠进行分类一般依据珍珠颗粒的大小、圆度和色彩。下表是GB/ T18781-2008标准关于珍珠等级分类的部分描述，从表中可W得到珍珠的形状分类标准时 依照直径差百分比的，其定义为：最大直径与最小直径的平均之比。
[0046] 珍珠形状参数如表所示：
[0049] 因此为了计算珍珠的形状，需要获取珍珠的边缘信息，计算圆心利用圆屯、到边缘 的各点距离得到最大直径与最小直径。通过计算二值化后的珍珠图像的像素点个数进行单 位转换后既可得到珍珠的大小，获取原图像珍珠中多个像素点的RGB值平均后得到珍珠的 颜色信息。
[0050] 系统摄像头采集到的图像是彩色的，为了方便计算珍珠形状大小。需要把RGB彩 色图像转化为灰度值。所述摄像头的有效像素为640*320,本分炼器中图像像素个数与珍珠 大小的比例为196 : 1。
[0051]图像滤波的目的是滤除图像的噪点，通常使用空域滤波或频域滤波。空域滤波指 的是对原图像按照某种运算方式进行滤波，频域滤波则需要将图像变换到频域上在进行滤 波。本珍珠分炼器中的图像通常出现的噪点有：数据传输不理想存在的热噪声、PCB总线干 扰存在的白噪声、光强变化引起的椒盐噪声。综合考虑，本发明采用滤波窗口为3*3的中值 滤波算法对珍珠原图像进行滤波。其计算方法如下：
[0052] (1)将滤波窗口的像素点的灰度值按照顺序排列；
[0053] (2)把排列后的中间值作为滤波窗口中间像素点的值；
[0054] (3)移动滤波窗口直到整幅图像完成。
[0055]图像二值化主要是为了将目标图像从图像中分离出来。通常是选取特定的阔值t， 对图像进行一下运算： 「 1 .255,F(i,j)>t.，
[005引化加n C,. .、/,
[0,巧W)作
[0057] f (i，如是二值化后的第（i，如个像素，F(i，如是对应原图像的灰度值。可W看 到阔值是影响图像分离效果的关键因素，它决定了处理后目标轮廓是否真实反映原图像的 目标轮廓，如阔值过大，运算后的轮廓会缩小，阔值过小，运算后的目标轮廓扩大。在图像处 理中，选取阔值的方法一般有：状态法（峰谷法），判断分析法，最佳赌自动阔值法最小误差 分割法等。对于本系统，珍珠是放在蓝底的背景中，珍珠的颜色通常为白色、黑色或者其他 的杂色，所W目标图像与背景图像会形成像素聚集。所W本文选用峰谷法作为计算阔值。
[0058] 边沿是图像中像素有阶跃变化或屋顶状变化的像素的集合。所W可W通过梯度算 子找到。常用的梯度算子有Roberts梯度算子，Prewitt算子，Sobel算子，拉普拉斯算子， 马尔算子，Canny边缘检测算子等。本发明采用一阶梯度算子，该算法简单可靠。
[0059] 边沿跟踪是对检测出来的边缘像素的坐标进行跟踪记录，得到目标的边沿信息。 边沿提取通常有爬虫法、光栅扫描法、八连通轮廓跟踪法。本文采用基于图像方向八连通轮 廓跟踪法获八邻域方向环取珍珠的边沿信息，从而计算珍珠的圆屯、。对于连续边界的目标 图像，利用能描述曲线的方向，提供八邻域的捜索起始点。八邻域方向环的原理的W当前的 像素点为八邻域的中屯、，八邻域的每个像素都对应着一个链码。如图5所示，A为当前像素， A0,Al,A2,A3,A4,A5,A6,A7为该像素相邻的像素。图中箭头就表示该像素的八链码。由 连续的定义可知，每次捜索点的链码不可能存在突变，因此，可得到W下的捜索方案：
[0060] (1)从左到右，从上到下捜索图像的第一个不为0的点。并记录该点的坐标信息为 Sk(i，j)k= 0 ;开始X= 6 ;
[0061] (2)WSk为八领域的中屯、点，WAx为起始捜索点，逆时针捜索不为0的点。记下 与Sk的相对位置n;
[0062] (3)判断Sk的坐标是否与SO相同。若是，本次捜索结束；
[0063] (4)记录Sk+n的位置信息，k=k+n。并根据n的值确定下次捜索的起始点，对应 关系为，X=n+6,如果X超过7,X的值减去8,返回步骤似。
[0064] 然后实现珍珠的分炼执行功能，首先从系统中获取珍珠的分炼信息，读取珍珠分 炼机构当前的位置，将珍珠分炼机构移动到默认位置。系统驱动珍珠图像采集视场传送带 把珍珠传送到珍珠分炼执行机构舱机前的盒子中。驱动减速电机根据分炼信息左移或者右 移达到珍珠需要的分炼位置，驱动舱机旋转放下珍珠，一个分炼循环完成。
[0065] 可见，单片机把采集的图像数据存储到SD卡和显示到LCD中，对图像进行截取有 效图像、去噪、二值化等操作后计算珍珠的大小、形状，获取珍珠的颜色，并依据设定的标准 将珍珠分级。并操作珍珠分炼机构的减速电机和舱机按照等级将混杂的珍珠自动进行分 类。并通过RS232串口将分类结果上送电脑上位机。在图像采集过程中，为了避免外界光线 对图像质量产生影响，本设计利用光敏电阻对采集区域周围的光线进行反馈。使用高亮度 L邸灯对视场光线补偿，使得视场光线在一个相对稳定的值，保证采集的图像有效、可靠。
[0066] 本发明利用单片机采集、处理珍珠图形获得珍珠等级，按照设定的分类标准将珍 珠自动分类。验证了珍珠大小、形状识别算法在单片机嵌入式系统中运行的可行性，使得机 器代替人工分炼珍珠成为可能。本发明创新性在于：设计了一套比较完整的珍珠分炼机械 结构；选用单片机作为图像处理的核屯、单元；珍珠识别算法的学习、研究和移植；增加图像 视场光线补偿功能；添加了上位机监控、分炼结果统计功能，使得分炼器工作更加人性化。
【主权项】
1. 一种基于图像识别的嵌入式自动珍珠分拣器，其特征在于：包括基座，以及核心处 理模块和与其相连接的图像采集模块、分拣执行机构、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，所述分拣执行机构包括用于装载和释放珍珠颗粒 的舵机、用于把珍珠移动到正确的分类位置减速电机。2. 根据权利要求1所述的基于图像识别的嵌入式自动珍珠分拣器，其特征在于：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，通过调节核心处理模块的PWM输出脉冲宽度来调节光强。3. 根据权利要求1所述的基于图像识别的嵌入式自动珍珠分拣器，其特征在于：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，以及按键和触摸屏。4. 根据权利要求1所述的基于图像识别的嵌入式自动珍珠分拣器，其特征在于：所述 分拣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拣机构的位置。5. 根据权利要求1所述的基于图像识别的嵌入式自动珍珠分拣器，其特征在于：所述 分拣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。6. -种基于图像识别的嵌入式自动珍珠分拣方法，包括下列步骤： (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； (2) 经过核心处理模块对图像进行处理，判断珍珠的大小、颜色、圆度，输出分拣控制命 令； (3) 使珍珠分拣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。7. 根据权利要求1所述的基于图像识别的嵌入式自动珍珠分拣方法，其特征在于：步 骤（2)中，图像处理方法如下所述， 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； ② 从图像中珍珠的有效像素的RGB值中得到珍珠的颜色； ③ 计算珍珠边界重心代替圆心计算，用遍历法找到目标的最大和最小半径，以此判断 珍珠的圆度。8. 根据权利要求7所述的基于图像识别的嵌入式自动珍珠分拣方法，其特征在于：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。9. 根据权利要求8所述的基于图像识别的嵌入式自动珍珠分拣方法，其特征在于：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。10. 根据权利要求6所述的基于图像识别的嵌入式自动珍珠分拣方法，其特征在于：在 珍珠分拣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 定位珍珠分拣机构的位置，控制珍珠分拣机构的减速电机左右移动。
【专利摘要】本发明提供一种基于图像识别的嵌入式自动珍珠分拣器及其分拣方法，通过摄像头采集珍珠图像，经过核心处理模块对图像进行处理，由像素点对应实际几何面积的比例计算得到珍珠的大小；从图像中珍珠的有效像素的RGB值中得到珍珠的颜色；计算珍珠边界重心代替圆心计算，用遍历法找到目标的最大和最小半径，以此判断珍珠的圆度，然后输出分拣控制命令使得珍珠分拣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。所述基于图像识别的嵌入式自动珍珠分拣器及分拣方法，能够实现把混杂的珍珠样品按照设定的标准进行分类，并把分拣的珍珠自动分送到不同的槽内，同时将分拣结果送到上位机监控软件显示。
【IPC分类】B07C5/36, B07C5/34
【公开号】CN105195438
【申请号】CN201510617401
【发明人】王慧, 李炳林, 曹驰, 刘胜, 童杏林, 陈亮, 黄迪, 陈春雷
【申请人】广东海洋大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月25日