基于圖像識別的嵌入式自動珍珠分揀器及分揀方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種分煉裝置，尤其是設(shè)及一種基于圖像識別的嵌入式自動珍珠分煉 器及分煉方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前珍珠加工行業(yè)中珍珠分煉，幾乎都是由人工完成的落后情況，W及國內(nèi)外該 領(lǐng)域沒有現(xiàn)成的珍珠自動分煉設(shè)備的現(xiàn)狀。珍珠作為非平面的球體目標，表面具有一定的 弧度，要根據(jù)大小、形狀、光潔、瑕疵和顏色分級，必須獲得珍珠整個球體表面的圖像，因此， 檢測一顆珍珠并對其進行有效分級需要獲取珍珠圖像并對其分析后才能進行分級。本系統(tǒng) 結(jié)合圖像處理和自動化控制技術(shù)制作了 一種新型的、小巧的、價廉的、自動的珍珠分煉器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供了 一種基于圖像識別的嵌入式自動珍珠分煉器及分煉方法，解決了珍 珠分煉的問題，其技術(shù)方案如下所述：
[0004] -種基于圖像識別的嵌入式自動珍珠分煉器，包括基座，W及核屯、處理模塊和與 其相連接的圖像采集模塊、分煉執(zhí)行機構(gòu)、人機交換界面、數(shù)據(jù)存儲和監(jiān)控機構(gòu)，所述圖像 采集模塊采用彩色攝像頭，所述分煉執(zhí)行機構(gòu)包括用于裝載和釋放珍珠顆粒的艙機、用于 把珍珠移動到正確的分類位置減速電機。
[0005] 還設(shè)置有光線補償裝置，所述光線補償裝置包括光線采集裝置和光線輸出控制裝 置，所述光線采集裝置包括均勻分布的光敏電阻，所述光線輸出控制裝置包括均勻設(shè)置的 LED,用于對視場光線補償，通過調(diào)節(jié)核屯、處理模塊的PWM輸出脈沖寬度來調(diào)節(jié)光強。
[0006] 所述人機交換界面包括通過FSMC接口連接的單片機與彩屏LCD,W及按鍵和觸摸 屏。
[0007] 所述分煉執(zhí)行機構(gòu)上方設(shè)置有定位條，通過設(shè)置紅外對管檢測定位條的狀態(tài)，通 過讀取紅外對管的狀態(tài)得到珍珠分煉機構(gòu)的位置。
[0008] 所述分煉執(zhí)行機構(gòu)還包括設(shè)置有齒條的滑竿，用于配合減速電機的轉(zhuǎn)動。
[0009] -種基于圖像識別的嵌入式自動珍珠分煉方法，包括下列步驟：
[0010] (1)通過圖像采集模塊采集珍珠圖像，所述圖像采集模塊采用彩色攝像頭；
[0011] 似經(jīng)過核屯、處理模塊對圖像進行處理，判斷珍珠的大小、顏色、圓度，輸出分煉控 制命令；
[0012] (3)使珍珠分煉機構(gòu)自動按照設(shè)定的分類標準對珍珠進行分類，并將分類的結(jié)果 數(shù)據(jù)保存。
[0013] 進一步的，步驟（2)中，圖像處理方法如下所述，
[0014] ①由攝像頭的像素點對應(yīng)實際幾何面積的比例計算得到珍珠的大小；
[0015] ②從圖像中珍珠的有效像素的RGB值中得到珍珠的顏色；
[0016] ③計算珍珠邊界重屯、代替圓屯、計算，用遍歷法找到目標的最大和最小半徑，W此 判斷珍珠的圓度。
[0017] 進一步的，步驟①中，所述彩色攝像頭對固定大小區(qū)域進行圖像采集，使得攝像頭 的每個像素點與區(qū)域面積有固定的比例關(guān)系。
[0018] 進一步的，步驟①、③中計算珍珠的大小與形狀，所述珍珠的彩色圖像需要依次進 行RGB轉(zhuǎn)灰度值、圖像濾波、圖像二值化處理、邊沿提取、邊沿八領(lǐng)域跟蹤步驟。
[0019] 進一步的，在珍珠分煉機構(gòu)的上方設(shè)置有定位條，并設(shè)置有檢測定位條狀態(tài)的紅 外對管，通過紅外對管定位珍珠分煉機構(gòu)的位置，控制珍珠分煉機構(gòu)的減速電機左右移動。
[0020] 所述基于圖像識別的嵌入式自動珍珠分煉器及分煉方法，能夠?qū)崿F(xiàn)把混雜的珍珠 樣品按照設(shè)定的標準進行分類，并把分煉的珍珠自動分送到不同的槽內(nèi)，同時將分煉結(jié)果 送到上位機監(jiān)控軟件顯示。
【附圖說明】
[0021] 圖1是所述基于圖像識別的嵌入式自動珍珠分煉器的功能框圖；
[0022] 圖2是所述基于圖像識別的嵌入式自動珍珠分煉器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖3是所述分煉執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4是所述基于圖像識別的嵌入式自動珍珠分煉方法的流程圖；
[00巧]圖5是所述八連通輪廓跟蹤法的示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 所述基于圖像識別的嵌入式自動珍珠分煉器，包括核屯、處理模塊和與其相連接的 圖像采集模塊、分煉執(zhí)行機構(gòu)、人機交換界面、數(shù)據(jù)存儲和監(jiān)控機構(gòu)，圖1為所述基于圖像 識別的嵌入式自動珍珠分煉器的功能框圖。
[0027] 其中，圖像采集模塊使用的是0V7670彩色攝像頭和STM32F407單片機組成。因為 本系統(tǒng)需要對珍珠的顏色進行識別，要求攝像頭能夠識別顏色。該攝像頭與單片機的接口 是SCCB接口和DCMI8位模式接口。SCCB是單片機控制攝像頭的接口，單片機通過該接口配 置攝像頭的寄存器，使得攝像頭按照需要的設(shè)置模式輸出。DCMI是STM32F407提供的攝像 頭接口，本設(shè)計采用8位模式。
[0028] 所述單片機的DCMI接口與攝像頭連接，通過SCCB協(xié)議對攝像頭進行控制，使其輸 出系統(tǒng)達到需要的圖片格式。為了使得采集到的圖片像素更多、質(zhì)量更高。把攝像頭配置 為565RGB彩色輸出格式。DCMI接口中根據(jù)攝像頭反饋回來的像素中斷、行中斷W及場中 斷對圖片帖進行分離。使用單片機的DMA通道把圖片數(shù)據(jù)傳送到存儲機構(gòu)中。在圖像存儲 時，本設(shè)計把圖片存儲為JPEG的格式。在系統(tǒng)設(shè)計時考慮到光線的分布對圖像采集的質(zhì)量 有很大影響，因此本系統(tǒng)在設(shè)計時采用了圖像實時光線反饋補償機制，減少外界光線的變 化對圖像采集造成影響。
[0029] 核屯、處理模塊是指由STM32F407單片機W及其外圍電路組成的模塊電路，在系統(tǒng) 中主要起到處理各個外設(shè)的控制和圖像處理輸出的作用。STM32F407是基于Contex-M4架 構(gòu)帶FPU單片機，具有資源豐富，運算速度快等優(yōu)點，因此被選做控制核屯、忍片，系統(tǒng)運行 主頻 168MHz。
[0030] 人機交換界面有通過FSMC接口連接的單片機與彩屏LCD W及=個輕觸按鍵和觸 摸屏組成。其在系統(tǒng)中的主要作用是顯示系統(tǒng)狀態(tài)和調(diào)整參數(shù)。在系統(tǒng)運行時把采集的圖 像實時顯示到液晶顯示器上，可W實時觀察采集圖像的質(zhì)量。液晶顯示LCD通過FSMC接口 與單片機相連接，F(xiàn)SMC的全稱是"靜態(tài)存儲控制器"。在STM32F407單片機中設(shè)置該接口方 便用戶外擴存儲器等，TFT液晶中利用RAM作為數(shù)據(jù)顯示的緩沖區(qū)。通過讀寫該緩沖區(qū)的 數(shù)據(jù)達到更新液晶顯示的目的。
[0031] 數(shù)據(jù)存儲機構(gòu)有與單片機通過SDIO接口連接的SD卡組成。在系統(tǒng)中主要起到圖 像文件存儲W及分煉結(jié)果歷史數(shù)據(jù)存儲的作用。在DCMI接口的緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)通過單片 機的DMI通道可W直接傳送到SDIO的緩沖區(qū)，然后再利用SDIO將數(shù)據(jù)存放到SD卡中。為 了更方便地管理文件數(shù)據(jù)。本移植了系統(tǒng)keil自帶系統(tǒng)RTX中的化tfs文件管理系統(tǒng)。
[0032] 監(jiān)控機構(gòu)是把珍珠分煉器的分煉結(jié)果寫入SD卡中，當系統(tǒng)連接監(jiān)控上位機時再 通過RS232接口把數(shù)據(jù)上送電腦，利用上位機監(jiān)控軟件生成分煉結(jié)果報表。運有利于在生 產(chǎn)生活中大批量珍珠各種級別含量的統(tǒng)計，為后面提高珍珠質(zhì)量提供數(shù)據(jù)支持。
[0033] 單片機通過DCMI接口采集圖像信息，分析處理后得到珍珠分級信息。根據(jù)珍珠的 分級信息給步進電機、艙機和減速電機輸出控制命令，實現(xiàn)珍珠自動分煉。分煉位置反饋用 于定位當前執(zhí)行機構(gòu)的位置，每個等級的珍珠都對應(yīng)唯一的輸出位置，W此實現(xiàn)不同等級 珍珠的分離。
[0034] 系統(tǒng)中設(shè)置有光線補償裝置，其包括光線采集裝置和光線輸出控制裝置兩部分電 路。本設(shè)計中，光線采集裝置使用的是四個均勻分布的光敏電阻。通過一個偏置電阻后接 到單片機AD輸入，通過讀取單片機AD值的來判斷光線的強弱。光線輸出控制裝置是由四 個強光的L邸組成，通過一個達林頓管ULN2003接到單片機的PWM輸出端，通過調(diào)節(jié)單片機 的PWM輸出脈沖寬度來調(diào)節(jié)光強。
[0035] 通過加入光線閉環(huán)控制自動調(diào)整圖像視場的光線，使得系統(tǒng)在相對均勻、穩(wěn)定的 光線采集圖像，高質(zhì)量的圖像是準確識別珍珠大小、形狀和顏色的有力保證。LCD顯示器和 3個輕觸按鍵是系統(tǒng)的人機交互機制。
[0036] 如圖2所示，所述基于圖像識別的嵌入式自動珍珠分煉器包括液晶顯示器1、珍珠 傳送帶的滾筒2、步進電機3、核屯、處理模塊4、攝像頭5、珍珠傳送帶6、傳送帶搭載平臺7。 系統(tǒng)工作時，步進電機3轉(zhuǎn)動使得傳送帶6的珍珠向前移動進入圖像采集視場，核屯、處理模 塊4通過處理采集的圖像可W獲知珍珠進入視場的情況。如果有珍珠進入視場則步進電機 3停止轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)分析后獲取珍珠等級信息。處理完后步進電機3啟動，將珍珠送到珍珠分 煉機構(gòu)中。
[0037] 如圖3所示，所述分煉執(zhí)行機構(gòu)的示意圖中，其中8為減速電機定位條，其下部設(shè) 置有珍珠盤，11為減速電機，下部設(shè)置有艙機，12為珍珠分類格，9為直徑3mm的滑竿，10為 模數(shù)為0. 5的齒條的滑竿，W上各裝置位于基座上。系統(tǒng)工作時，珍珠分煉執(zhí)行機構(gòu)首先處 于默認狀態(tài)，即減速電機11處于中點，珍珠盤朝上。然后減速電機11轉(zhuǎn)動，在齒條上形成 橫線水平運動，使得珍珠分煉機構(gòu)達到珍珠的分級位置，艙機驅(qū)動珍珠盤轉(zhuǎn)動180度使得 珍珠落下，一個機械周期完成。
[0038] 本珍珠分煉器通過=個紅外對管定位珍珠分煉機構(gòu)的位置，把珍珠分為7類需要 定義7個W上的位置。本系統(tǒng)設(shè)計時在分煉機構(gòu)的上方設(shè)置了定位條。檢測定位條的八個 狀態(tài)需要3個紅外對管，通過讀取紅外對管的狀態(tài)得到珍珠分煉機構(gòu)的位置。從而控制減 速電機的左移動或是右移動。
[0039] 圖4是本發(fā)明的分煉方法，首先系統(tǒng)初始化，判斷有無珍珠進入視場，對進入視場 的珍珠進行光線補償，然后在獲取珍珠圖像后進行圖像處理，計算珍珠的大小、顏色和形 狀，在通過分煉執(zhí)行裝置進行分煉處理。
[0040] 本發(fā)明利用彩色攝像頭0V7670對固定大小區(qū)域進行圖像采集，使得攝像頭的每 個像素點與區(qū)域面積有固定的比例關(guān)系。計算珍珠占圖像像素點的數(shù)量，通過比例關(guān)系對 應(yīng)得到珍珠的形狀與大小。通過讀取圖像的RGB比例值，得到珍珠的顏色。實現(xiàn)了對珍珠 大小、形狀還有顏色進行識別，按照設(shè)定的標準將珍珠分成若干個等級。
[0041] 所述光線補償控制是由于光線對采集圖像的質(zhì)量有很大的影響，因此本珍珠分煉 器在設(shè)計時使用了主動光線補償，目的是調(diào)