专利名称：基于视觉识别的颗粒物料分选分级装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种颗粒物料分选分级装置，具体涉及一种基于嵌 入式视觉图像技术和模式识别技术的颗粒物料分选分级装置。
背景技术：
随着我国粮食产业的发展以及食品深加工技术的发展，色选技术、 近红外光谱分析技术等已经逐渐应用到稻米等农副产品的分级分选中， 从本质上讲，这些农产品物料的分级分选要求，具有一定的相似性，即 同属于需要按色泽进行分选的颗粒状物料。但是，由于这些分选物料的 光谱特性不同，其分级分选标准要求也有很大差异。现有技术对这些颗 粒状物料缺乏完整的分选物料模型，在一种装置上同时分选多种颗粒状 物料时，对有些物料的分选效果很不理想，特别是对一些颜色十分接近 的物料分选，此外， 一些物料的分级分选标准多样化不易统一，现有技 术难以实现针对各种分级分选标准智能化分选。
近些年来，枸杞、葡萄干、松子、蚕豆、葵仁等农副产品日益受到 人们的重视。但由于这些农副产品作物生产的特殊性，其果实颗粒在生 产过程中更容易产生不同色泽，不同品质的产品，如枸杞子中的黑果、
油果、青果；葡萄干成品中的绿色葡萄干、黄色葡萄干、棕色葡萄干和 黑色葡萄千等多种产品。对于这些农产品来说，其食用品质、商品价值 与外观质量有着十分密切的关系，分选分级后的产品具有更高地商品价 值。如葡萄干出口贸易市场，对葡萄干的质量要求是在总体质量优良 的前提下，颜色大小形状必须一致。枸杞子产品出口时，色泽如一，单 个重量大的枸杞子，具有明显的价格优势和更高的食用价值。此外，近 年来对珍珠、颗粒状塑料等物料也提出了不同的分选分级要求。
但是，由于这些分选物料的光谱特性不同，其分级分选标准也有很 大差异。现有技术对这些颗粒状物料缺乏完整的分选物料模型，对一些 颜色十分接近的物料分选效果很不理想，实现只用一种装置同时适应各 种颗粒状物料智能化分级分选要求还较为困难。
在中国专利申请《粒状原料的颜色分选装置》(公开号CN1208673A)
中，公开了一种利用硅光电探测器或者CCD探测器对谷类颗粒物料中良 好谷粒和有害粒的光电信号进行探测，利用有害粒探测信号的幅度与良 好谷粒电压阈值差别，实现有害粒的颜色分选。但是，由于硅光电探测器件本身的特性，对一些颜色很丰富且正常 物料和剔除物料颜色很接近(如葡萄干中的绿色和浅黄色葡萄干)的情 况下，其分辨精度有限，因此，基于这种探测器的分选装置对某些物料 不能有效分选。
近年来，快速发展起来的机器视觉技术在多个行业得到了广泛的应 用，利用视觉识别技术可以高速、高分辨的采集和处理各种物体的图像， 同时利用各种图像处理算法技术可以分辨物体上极微小的差异，这为实 现各种颗粒更有效的分选分级提供了保证。
发明内容
本实用新型是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是 提供一种能适应稻米、枸杞、葡萄干、松子、蚕豆、葵仁、棉籽、珍珠 等多种颗粒物料的智能分级分选装置，实现智能化的分级分选和真正的 一机多选。
本实用新型的技术方案是 一种基于视觉识别的颗粒物料分选分级 装置，包括机械安装承载平台、彩色触摸屏和嵌入式视觉处理控制平台， 在机械安装承载平台中安装有储料箱、喂料与摊薄系统、光学成像系统 和剔除系统，嵌入式视觉处理控制平台由图像采集预处理系统、视觉控 制系统和特征信息专家知识库组成。
所述的喂料与摊薄系统是斜槽式的结构。所述的喂料与摊薄系统是 履带式的结构。光学成像系统包括CCD镜头、光源、多面体参考背景板 和透镜。
彩色触摸屏采用VT585W或者性能类似的彩色触摸屏。 多面体参考背景板为六面体。
本实用新型提高了分级分选效率，产品质量得到保证，实现了不 同物料的智能分选、做到一机多选，分级分选成本也可大大地降低，便 于大规模的推广。
图l是本实用新型的整体结构原理框图； 图2是本实用新型中的喂料与摊薄系统的斜槽式结构示意图； 图3是本实用新型中的喂料与摊薄系统的履带式结构示意图。 其中
1机械安装承载平台 2彩色触摸屏
3嵌入式视觉处理控制平台4储料箱5喂料与摊薄系统
7剔除系统
9图像采集预处理系统
11特征信息专家知识库
13信号线
15斜槽
17光源
19喷嘴
21剔除物料收料口 23正常物料输送带
6光学成像系统 8正常物料 10视觉控制系统 12剔除物料 14振动喂料器 16 CCD镜头 18背景板 20正常物料收料口 22物料摊薄输送装置 '24剔除执行控制机构
具体实施方式
以下，参照附图和实施例对本实用新型的基于视觉识别的颗粒物料 分选分级装置进行详细说明
如图1 3所示， 一种基于视觉识别的颗粒物料分选分级装置，包 括机械安装承载平台1、彩色触摸屏2和嵌入式视觉处理控制平台3。
在机械安装承载平台1中安装有储料箱4、喂料与摊薄系统5、光 学成像系统6和剔除系统7。
其中，喂料与摊薄系统5根据分选物料的不同，可以适用不同的物 料摊薄传送装置。对稻米等颗粒较小的物料，设计斜槽式的结构；而对 于蚕豆、珍珠等较大颗粒的物料设计采用履带式的结构。
在斜槽式机械结构中，光学成像系统6包括CCD镜头16、光源17、 多面体参考背景板18和透镜(未图示)。
CCD镜头16以斜槽15为轴，在其两侧呈对称分别安装两个光源17 和一个高速CCD镜头16。同时对应两侧的CCD镜头16，各装有一个多 面体参考背景板18，本实用新型采用六面体参考背景板。
CCD镜头16包括CCD和镜头。其中，CCD (Charge Co叩led Device,
电荷耦合器件)由一种高感光度的半导体材料制成，可将光子转换成 电荷，具有分辨率高、识别精度高、可移植性强等特点。
CCD镜头16包括CCD和镜头。其中，CCD (Charge Coupled Device, 电荷耦合器件)由一种高感光度的半导体材料制成，可将光子转换成 电荷，具有分辨率高、识别精度高、可移植性强等特点。
在斜槽式机械结构中，物料经振动喂料器14，以一定速度落入斜
5槽15中，流经斜槽15均匀地喷射在斜槽下方的光学成像系统6的摄像区。
在履带式结构中，光学成像系统6包括一个CCD镜头16、 一个光 源17、 一个多面体背景板18和透镜。
在履带式结构中，物料经振动喂料器14的振动落到物料摊薄输送 装置22的皮带上，皮带的宽度和速度成一定比例关系，皮带在驱动电 机(未图示)的带动下按照一定速度向光学成像系统6的摄像区移动， 同时在皮带上设有一刮板结构(未图示)，它在皮带上做往复直线运动， 使皮带上的物料厚度减小，物料在皮带上均匀铺开并摊薄，最后进入光 学成像系统6的视觉图像的摄像区。
正常物料和需剔要除的异色物料经光学成像系统6获取其图像后， 经图像采集预处理系统9处理后，分别得到不同的特征图像信息，最后 视觉控制系统10对这些特征图像信息进行处理运算，最后控制其它机 构执行分选动作。
光源17采用线性LED光源。
多面体背景板18，在不同的参考背景下，CCD镜头16获取到的图 像灰度值和RGB (红、绿、兰)特征信息值是不同的，为满足分选不同 颜色的要求，采用一个多面体为参考背景板，本实用新型为六面体，每 面涂有不同的参考背景色。多面体背景板18由控制电路控制，工作时 可根据不同物料分选分级要求自动控制背景板转动到不同背景棱面。
剔除系统7由执行机构控制系统24和喷嘴19组成，执行机构控制 系统24包括驱动控制电路、压縮空气系统和压力调节装置等，喷嘴19 根据需要可以设计成不同结构形式，如扁形结构。
当嵌入式图像处理控制系统3完成图像特征信息比较运算之后，发
出剔除指令到执行控制机构，此时驱动控制电路发出对应电磁气阀喷嘴 19打开指令，由喷嘴19喷出高压空气将异色物料吹出。与此同时，执 行机构控制系统24检测压縮空气系统的压力，当剔除压力不够或太大 时，控制自动压力调节装置进行气压调整。
此外，气路系统(未图示)为剔除机构高速气阀喷嘴提供高压空气， 由执行机构控制系统监测压縮空气系统，当剔除压力不够或太大时，控 制自动压力调节装置进行气压调整。
剔除系统7是整个装置的最终执行机构，它最终完成合格物料和杂 色物料的分离。正常物料8落入正常物料收料口 20，而剔除物料12落入剔除物料收料口 21。
彩色触摸屏2作为人机交互界面，通过信号线13与嵌入式视觉处 理控制平台3连接。分选时，根据特征信息专家知识库11中已有待分 选物料相应的匹配图像特征数据，在触摸屏上显示依据不同的分选分级 标准分选出的正常物料图像和与之对应的剔出物料的图像。点击不同的 图像，即可确定选择了不同的分选标准。同时在分选工作时，经光学成 像系统6采集到当前分选物料的图像后，可在触摸屏上实时地显示，便 于观察。本实用新型中的彩色触摸屏2可选用VT585W型或者性能类似 的彩色触摸屏。
嵌入式视觉处理控制平台3由图像采集预处理系统9、视觉控制系 统10和特征信息专家知识库11组成。
图像采集预处理系统9和视觉控制系统10主要由现场可编程门阵 列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)等器件组成，配合专用的数据通 讯接口、数据存储器件组成以及其他的数字逻辑器件组成，实现物料图 像的分析处理。
其中，FPGA (Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵 列)是专用集成电路(ASIC)中集成度最高的一种，内部包括可配置 逻辑模块、输出输入模块和内部连线三个部分。在本实用新型中，.现场 可编程门阵列可以采用颶风ni (Cyclone III)系列EP3C120芯片或者性 能类似的器件。根据DSP对图像处理结果，与DSP —起控制各个组成部 件协调工作。
其中，DSP (Digital Signal Processor,数字信号处理器)主要 用于数字信号处理领域，非常适合高密度，重复运算及大数据容量的信 号处理。在DSP中有专用硬件乘法器和专门的信号处理指令，从而可对 数字图像信号以更高运算速度进行处理。本实用新型中，在本实用新型 中，数字信号处理器由芯片TMS320DM64X或者性能类似的器件构成。
特征信息专家知识库11是根据采集到有关物料的图像和具体的分 选分级标准，确定其正常物料、要剔除的物料的图像、形状轮廓等特征 信息。特征信息专家知识库事先存储在嵌入式视觉处理控制平台3上的 大容量存储器件中。
如经过晾晒烘干的枸杞子根据其颜色可分为霉果、黑果、油果和青 果等几种颜色，根据枸杞子的外表皮面积、最大直径的大小等参数分为 枸杞子王、180(表示每50克枸杞子干果中的枸杞子个数，下同)、280、350及小红货等几类。在实际的分级分选加工生产中，往往根据客户的 不同需要确定多种不同的标准。且不同的产地、不同时节的枸杞子其分 类标准也不同。因此，需要收集所有尽可能多的分级分选标准，由相应 的专业人员根据其颜色、大小等进行感官评定，建立枸杞子分级分选的 特征信息专家知识库。
本实用新型提高了分级分选效率，产品质量得到保证，实现了不同 物料的智能分选、做到一机多选，分级分选成本也可大大降低，便于大 规模推广。
权利要求1、一种基于视觉识别的颗粒物料分选分级装置，其特征在于包括机械安装承载平台(1)和嵌入式视觉处理控制平台(3)，其特征在于还包括彩色触摸屏(2)，在所述的机械安装承载平台(1)中安装有储料箱(4)、喂料与摊薄系统(5)、光学成像系统(6)和剔除系统(7)，所述的嵌入式视觉处理控制平台(3)由图像采集预处理系统(9)、视觉控制系统(10)和特征信息专家知识库(11)组成。
2、 根据权利要求l所述的基于视觉识别的颗粒物料分选分级装置，其 特征在于所述的喂料与摊薄系统(5)是斜槽式的结构。
3、 根据权利要求l所述的基于视觉识别的颗粒物料分选分级装置，其特征在于所述的喂料与摊薄系统(5)是履带式的结构。
4、 根据权利要求l所述的基于视觉识别的颗粒物料分选分级装置，其 特征在于光学成像系统(6)包括CCD镜头(16)、光源(17)、多面体 参考背景板(18)和透镜。
5、 根据权利要求l所述的基于视觉识别的颗粒物料分选分级装置，其 特征在于彩色触摸屏(2)采用VT585W型或者性能类似的彩色触摸屏。
6、 根据权利要求4所述的一种基于视觉识别的颗粒物料分选分级装置，其特征在于多面体参考背景板(18)为六面体。
专利摘要本实用新型公开了一种基于视觉识别的颗粒物料分选分级装置，包括机械安装承载平台、彩色触摸屏和嵌入式视觉处理控制平台，在机械安装承载平台中安装有储料箱、喂料与摊薄系统、光学成像系统和剔除系统。嵌入式视觉处理控制平台由图像采集预处理系统、视觉控制系统和特征信息专家知识库组成。喂料与摊薄系统采用斜槽式的结构或者履带式的结构。光学成像系统包括CCD镜头、光源、多面体参考背景板和透镜。本实用新型提高了分级分选效率，产品质量得到保证，实现了不同物料的智能分选、做到一机多选，分级分选成本也可大大地降低，便于大规模的推广。
文档编号B07C5/34GK201150919SQ20082007367
公开日2008年11月19日 申请日期2008年1月17日 优先权日2008年1月17日
发明者涛 丁, 张海顺, 徐晓明, 朱体高, 双 王, 王志为, 胥和平, 赵永福 申请人:天津市华核科技有限公司