專利名稱：一種棉種自動(dòng)篩選方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器視覺(jué)的自動(dòng)檢測(cè)與控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于棉種的視覺(jué)特征進(jìn)行圖像分析篩選的篩選方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國(guó)是棉花生產(chǎn)大國(guó)，棉種是我國(guó)重要的生產(chǎn)資料和生活資料，因此棉種的篩選對(duì)我國(guó)的棉花生產(chǎn)具有很大的影響。在脫絨后的棉種中，成熟的棉種接近黑色，而未成熟的脫絨棉種大都是淺紅色或者淺棕色(俗稱“紅種”)。據(jù)有關(guān)報(bào)導(dǎo)，紅棉種在種子中的比率有時(shí)高達(dá)沈％ 48%。同時(shí)，棉種在初加工過(guò)程中經(jīng)過(guò)軋花機(jī)、剝絨機(jī)、拋光機(jī)等機(jī)械設(shè)備， 造成了棉種的大量破損。破損和未成熟的“紅種”是不能發(fā)芽或沒(méi)有正常的發(fā)育能力的。目前，棉種的加工選種工序主要采用風(fēng)篩選、重力篩選等工藝，由于“紅種”和“破損棉種”的質(zhì)量和顆粒大小與合格棉種接近，上述的分選工藝無(wú)法將其分開(kāi)，目前仍主要靠人工剔除。對(duì)于紅色棉種的篩選，另一種應(yīng)用較為廣泛的方法是使用光電色選機(jī)，這種色選機(jī)通常采用硅光二極管作為光信號(hào)傳感器，當(dāng)棉種經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)，不同顏色棉種的的反射光會(huì)使傳感器產(chǎn)生強(qiáng)度不同的電信號(hào)，據(jù)此信號(hào)，系統(tǒng)判斷是否是紅色棉種，控制相應(yīng)篩選裝置進(jìn)行剔除。這種色選機(jī)在效率方面有很大的提高，但是仍有以下幾點(diǎn)不足1)只能針對(duì)紅色棉種進(jìn)行檢測(cè)和剔除，不能處理破損棉種；2)每個(gè)棉種的滑槽需要對(duì)應(yīng)一個(gè)光電接收系統(tǒng)，系統(tǒng)電路復(fù)雜；3)光電傳感器對(duì)所監(jiān)測(cè)的整個(gè)區(qū)域進(jìn)行信息處理，一般情況下，此區(qū)域約為一個(gè)棉種大小，這種監(jiān)測(cè)方式分辨率低，容易受到相鄰棉種的干擾，導(dǎo)致靈敏度低、色澤判斷不準(zhǔn)。另有其他一些色選機(jī)的處理系統(tǒng)基于PC機(jī)，處理速度慢，系統(tǒng)龐大、功耗大。這些缺點(diǎn)使得上述兩種色選機(jī)的整體性能仍不能滿足生產(chǎn)高質(zhì)量棉種的需求。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是針對(duì)當(dāng)前脫絨棉種優(yōu)選過(guò)程中破損棉種無(wú)法通過(guò)機(jī)械篩選、紅棉種篩選效率低等問(wèn)題，提供一種基于棉種的視覺(jué)特征進(jìn)行圖像分析篩選的篩選方法及系統(tǒng)。(二)技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種棉種自動(dòng)篩選系統(tǒng)，包括喂料模塊，用于使棉種沿固定的軌道運(yùn)動(dòng)；圖像采集模塊，用于對(duì)運(yùn)動(dòng)的棉種進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像采集；圖像處理模塊，與所述圖像采集模塊連接，接收所述圖像采集模塊采集的圖像，用于對(duì)所述采集的圖像進(jìn)行處理，基于棉種的顏色和破損情況對(duì)圖像中的棉種進(jìn)行篩選，得到篩選結(jié)果；
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篩選控制模塊，與所述圖像處理模塊連接，用于根據(jù)所述篩選結(jié)果對(duì)不同類型的棉種進(jìn)行區(qū)分處理。優(yōu)選地，所述圖像處理模塊中包括顏色篩選單元和破損篩選單元；開(kāi)始運(yùn)行后，所述圖像處理模塊讀取一幀圖像，所述顏色篩選單元按順序搜索圖像中的棉種，搜索到后首先進(jìn)行紅棉種判斷，如果是紅棉種，則設(shè)置相應(yīng)的剔除標(biāo)志位為剔除；否則通過(guò)所述破損篩選單元進(jìn)行破損棉種判斷，如果為破損棉種，設(shè)置相應(yīng)的剔除標(biāo)志位為剔除；如果棉種既非紅棉種，也非破損棉種，則繼續(xù)搜索下一粒棉種；整幀圖像搜索完畢，處理下一幀圖像。優(yōu)選地，所述顏色篩選單元將圖像分為多個(gè)區(qū)域，按照順序逐區(qū)域掃描；每個(gè)區(qū)域中，從區(qū)域上/下邊緣沿中線依次向下/上進(jìn)行搜索，通過(guò)灰度值判斷是否有棉種出現(xiàn)；如果該區(qū)域沒(méi)有棉種，則繼續(xù)搜索下一區(qū)域；如果該區(qū)域中存在棉種，則繼續(xù)向下/上搜索， 找到棉種的下/上方邊緣；去除棉種下邊緣以上預(yù)定個(gè)數(shù)的像素以及上邊緣以下預(yù)定個(gè)數(shù)的像素的灰度值，將棉種其他像素點(diǎn)的灰度值取平均，得到平均值；將所述平均值與閾值比較，判斷是哪一種顏色的棉種；檢測(cè)完當(dāng)前棉種，判斷當(dāng)前區(qū)域是否還有棉種；如果有，繼續(xù)進(jìn)行相應(yīng)檢測(cè)；如果沒(méi)有，掃描下一區(qū)域。優(yōu)選地，所述破損篩選單元獲得搜索棉種時(shí)得到的棉種邊界起始點(diǎn)，判斷該點(diǎn)是否是孤立點(diǎn)；如果是孤立點(diǎn)，將該點(diǎn)設(shè)為背景點(diǎn)；如果不是孤立點(diǎn)，沿順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行鏈碼搜索；對(duì)于每個(gè)鏈碼值，用下一個(gè)鏈碼減當(dāng)前鏈碼，得到相對(duì)鏈碼值；對(duì)N個(gè)相鄰的相對(duì)鏈碼值求和得到Mi，與閾值M比較；當(dāng)Mi小于M，計(jì)算這N點(diǎn)的弦中點(diǎn)；根據(jù)弦中點(diǎn)所在位置的像素值，判斷該點(diǎn)是否落在棉種輪廓之外，從而確定棉種邊緣是否有凹陷；如果有凹陷， 則是破損棉種；沒(méi)有凹陷，則是正常棉種。優(yōu)選地，所述喂料模塊包括料斗、振動(dòng)給料器和滑槽；振動(dòng)給料器的出料位置位于滑槽的頂端，滑槽以與豎直方向45度夾角的傾斜度放置，滑槽內(nèi)有分隔開(kāi)的滑道，每個(gè)滑道寬1cm。優(yōu)選地，所述篩選控制模塊包括電磁噴嘴、空氣過(guò)濾器和空氣壓縮機(jī)；空氣壓縮機(jī)的出氣管連接空氣過(guò)濾器的進(jìn)氣管，空氣過(guò)濾器的出氣管連接電磁噴嘴的進(jìn)氣孔，電磁噴嘴的出氣孔安置于滑槽末端；用于在需剔除棉種經(jīng)過(guò)電磁噴嘴時(shí)，噴出高壓氣流將不合格棉種吹除。本發(fā)明還提供一種棉種自動(dòng)篩選方法，包括步驟Si，使棉種沿固定的軌道運(yùn)動(dòng)；s2，對(duì)運(yùn)動(dòng)的棉種進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像采集；S3，對(duì)所述采集的圖像進(jìn)行處理，基于棉種的顏色和破損情況對(duì)圖像中的棉種進(jìn)行篩選，得到篩選結(jié)果；s4，根據(jù)所述篩選結(jié)果對(duì)不同類型的棉種進(jìn)行區(qū)分處理。優(yōu)選地，所述步驟s3進(jìn)一步包括顏色篩選步驟s31和破損篩選步驟s32 ；開(kāi)始運(yùn)行后，進(jìn)入顏色篩選步驟s31，讀取一幀圖像，按順序搜索圖像中的棉種，搜索到后首先進(jìn)行紅棉種判斷，如果是紅棉種，則設(shè)置相應(yīng)的剔除標(biāo)志位為剔除；否則繼續(xù)進(jìn)入破損篩選步驟 s32進(jìn)行破損棉種判斷，如果為破損棉種，設(shè)置相應(yīng)的剔除標(biāo)志位為剔除；如果棉種既非紅棉種，也非破損棉種，則繼續(xù)搜索下一粒棉種；整幀圖像搜索完畢，處理下一幀圖像。優(yōu)選地，所述顏色篩選步驟s31進(jìn)一步包括
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S311，將圖像分為多個(gè)區(qū)域，按照順序逐區(qū)域掃描；S312，每個(gè)區(qū)域中，從區(qū)域上/下邊緣沿中線依次向下/上進(jìn)行搜索，通過(guò)灰度值判斷是否有棉種出現(xiàn)；如果該區(qū)域沒(méi)有棉種，則繼續(xù)搜索下一區(qū)域；如果該區(qū)域中存在棉種，則繼續(xù)向下/上搜索，找到棉種的下/上方邊緣；s313，去除棉種下邊緣以上預(yù)定個(gè)數(shù)的像素以及上邊緣以下預(yù)定個(gè)數(shù)的像素的灰度值，將棉種其他像素點(diǎn)的灰度值取平均，得到平均值；s314，將所述平均值與閾值比較，判斷是哪一種顏色的棉種；S315，檢測(cè)完當(dāng)前棉種，判斷當(dāng)前區(qū)域是否還有棉種；如果有，繼續(xù)進(jìn)行相應(yīng)檢測(cè)； 如果沒(méi)有，掃描下一區(qū)域。優(yōu)選地，所述破損篩選步驟s32進(jìn)一步包括S321，獲得搜索棉種時(shí)得到的棉種邊界起始點(diǎn)，判斷該點(diǎn)是否是孤立點(diǎn)；如果是孤立點(diǎn)，將該點(diǎn)設(shè)為背景點(diǎn)；如果不是孤立點(diǎn)，沿順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行鏈碼搜索；s322，對(duì)于每個(gè)鏈碼值，用下一個(gè)鏈碼減當(dāng)前鏈碼，得到相對(duì)鏈碼值；s323，對(duì)N個(gè)相鄰的相對(duì)鏈碼值求和得到Mi，與閾值M比較；s324,當(dāng)Mi小于M，計(jì)算這N點(diǎn)的弦中點(diǎn)；s325，根據(jù)弦中點(diǎn)所在位置的像素值，判斷該點(diǎn)是否落在棉種輪廓之外，從而確定棉種邊緣是否有凹陷；如果有凹陷，則是破損棉種；沒(méi)有凹陷，則是正常棉種。(三)有益效果1)本發(fā)明以機(jī)器視覺(jué)技術(shù)為手段對(duì)棉種進(jìn)行實(shí)時(shí)篩選。圖像采集系統(tǒng)選用高幀率的1394接口攝像機(jī)，配合專用于高速圖像處理的TMS320DM642芯片，這種組合保證了可以抓拍到清晰的棉種圖片并實(shí)時(shí)處理。相比于基于PC機(jī)的中央處理系統(tǒng)，DSP嵌入式系統(tǒng)運(yùn)算速度快，功耗低，體積小，適合工業(yè)應(yīng)用；2)本發(fā)明的圖像采集區(qū)域選定為滑槽中部，密封光源箱中的LED均勻排列，使圖像采集區(qū)域有穩(wěn)定的光線，并且拍攝的圖片中棉種處于固定軌道，方便圖像處理，提高檢測(cè)準(zhǔn)確率；3)本發(fā)明的棉種搜索和紅棉種檢測(cè)方法基于圖像的灰度信息，在保證準(zhǔn)確率的前提下提高了速度，為繼續(xù)進(jìn)行破損棉種檢測(cè)預(yù)留時(shí)間；4)本發(fā)明采用了獨(dú)特的破損棉種檢測(cè)算法，將邊緣鏈碼提取、鏈碼和、弦中點(diǎn)三種算法綜合運(yùn)用。這種結(jié)合的算法不僅解決了其它的基于鏈碼的算法精度低或者速度慢的問(wèn)題，而且能保持較高的檢測(cè)精度?；帽景l(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)，各模塊可進(jìn)行升級(jí)或替換。具有很好的通用性，不僅適用于棉種篩選，修改后同樣適用于其他谷物、顆粒及更廣泛棉種的實(shí)時(shí)篩選。


圖1是本發(fā)明棉種自動(dòng)篩選系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的示意圖；圖3是本發(fā)明一實(shí)施例中光源箱的示意圖；圖4是本發(fā)明一實(shí)施例中光源箱LED燈板的示意圖；圖5是本發(fā)明一實(shí)施例中圖像處理模塊的硬件結(jié)構(gòu)示意6
圖6是本發(fā)明棉種自動(dòng)篩選方法的圖像處理方法流程圖；圖7是本發(fā)明一實(shí)施例中的棉種搜索及紅棉種檢測(cè)方法流程圖；圖8是本發(fā)明一實(shí)施例中的破損棉種檢測(cè)方法流程圖。其中1 料斗；2 振動(dòng)給料器；3 滑槽；4 光源板；5 攝像頭；6 光源箱；7 電氣噴嘴；8 機(jī)械骨架；9 合格棉種出料斗；10 不合格棉種出料斗；11 合格棉種；12 不合格棉種；13 地面；14 =LED燈；15 光源箱底板；16 光源箱側(cè)板。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不是限制本發(fā)明的范圍。如圖1所示，本發(fā)明所述的棉種自動(dòng)篩選系統(tǒng)，包括喂料模塊110，用于使棉種沿固定的軌道運(yùn)動(dòng)；圖像采集模塊120，用于對(duì)運(yùn)動(dòng)的棉種進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像采集；圖像處理模塊130，與所述圖像采集模塊120連接，接收所述圖像采集模塊120采集的圖像，用于對(duì)所述采集的圖像進(jìn)行處理，基于棉種的顏色和破損情況對(duì)圖像中的棉種進(jìn)行篩選，得到篩選結(jié)果；篩選控制模塊140，與所述圖像處理模塊130連接，用于根據(jù)所述篩選結(jié)果對(duì)不同類型的棉種進(jìn)行區(qū)分處理。所述圖像處理模塊130中包括顏色篩選單元131和破損篩選單元132 ；開(kāi)始運(yùn)行后，所述圖像處理模塊130讀取一幀圖像，所述顏色篩選單元131按順序搜索圖像中的棉種，搜索到后首先進(jìn)行紅棉種判斷，如果是紅棉種，則設(shè)置相應(yīng)的剔除標(biāo)志位為剔除；否則通過(guò)所述破損篩選單元132進(jìn)行破損棉種判斷，如果為破損棉種，設(shè)置相應(yīng)的剔除標(biāo)志位為剔除；如果棉種既非紅棉種，也非破損棉種，則繼續(xù)搜索下一粒棉種；整幀圖像搜索完畢，處理下一幀圖像。所述顏色篩選單元131將圖像分為多個(gè)區(qū)域，按照順序逐區(qū)域掃描；每個(gè)區(qū)域中， 從區(qū)域上/下邊緣沿中線依次向下/上進(jìn)行搜索，通過(guò)灰度值判斷是否有棉種出現(xiàn)；如果該區(qū)域沒(méi)有棉種，則繼續(xù)搜索下一區(qū)域；如果該區(qū)域中存在棉種，則繼續(xù)向下/上搜索，找到棉種的下/上方邊緣；去除棉種下邊緣以上預(yù)定個(gè)數(shù)的像素以及上邊緣以下預(yù)定個(gè)數(shù)的像素的灰度值，將棉種其他像素點(diǎn)的灰度值取平均，得到平均值；將所述平均值與閾值比較， 判斷是哪一種顏色的棉種；檢測(cè)完當(dāng)前棉種，判斷當(dāng)前區(qū)域是否還有棉種；如果有，繼續(xù)進(jìn)行相應(yīng)檢測(cè)；如果沒(méi)有，掃描下一區(qū)域。所述破損篩選單元132獲得搜索棉種時(shí)得到的棉種邊界起始點(diǎn)，判斷該點(diǎn)是否是孤立點(diǎn)；如果是孤立點(diǎn)，將該點(diǎn)設(shè)為背景點(diǎn)；如果不是孤立點(diǎn)，沿順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行鏈碼搜索；對(duì)于每個(gè)鏈碼值，用下一個(gè)鏈碼減當(dāng)前鏈碼，得到相對(duì)鏈碼值；對(duì)N個(gè)相鄰的相對(duì)鏈碼值求和得到Mi，與閾值M比較；當(dāng)Mi小于M，計(jì)算這N點(diǎn)的弦中點(diǎn)；根據(jù)弦中點(diǎn)所在位置的像素值，判斷該點(diǎn)是否落在棉種輪廓之外，從而確定棉種邊緣是否有凹陷；如果有凹陷，則是破損棉種；沒(méi)有凹陷，則是正常棉種。如圖2所示，為本發(fā)明一實(shí)施例棉種自動(dòng)篩選系統(tǒng)的示意圖。在本實(shí)施例中，喂料模塊110包括料斗1、振動(dòng)給料器2和滑槽3 ；振動(dòng)給料器2的出料位置位于滑槽3的頂端，
7滑槽3以與豎直方向45度夾角的傾斜度放置，滑槽3內(nèi)有分隔開(kāi)的滑道，每個(gè)滑道寬1cm。 滑槽3由機(jī)械骨架8支撐，振動(dòng)給料器2置于機(jī)械骨架8上。這樣設(shè)計(jì)的喂料模塊能使棉種沿固定的軌道下滑，由于重力作用，下滑時(shí)相鄰棉種拉開(kāi)距離，保證了棉種不會(huì)出現(xiàn)堆疊， 使棉種能夠排成單列以成串的流動(dòng)姿態(tài)進(jìn)入圖像采集區(qū)域，同時(shí)也保證了在剔除棉種時(shí)不會(huì)影響到其相鄰的棉種，保證了剔除的準(zhǔn)確率。在本實(shí)施例中，圖像采集模塊120包括光源箱6和攝像機(jī)；如圖3所示，光源箱6 為長(zhǎng)方形箱體，包括一個(gè)底板15、兩個(gè)側(cè)板16和一個(gè)光源板4 ；側(cè)板16靠近光源箱6底部的一側(cè)開(kāi)有長(zhǎng)條型孔，安裝時(shí)滑槽3從中間穿過(guò)；如圖4所示，光源板4為安裝有LED燈的長(zhǎng)方形鋁合金板；光源板4中間預(yù)留直徑為3cm的圓孔，供攝像頭5深入采集圖像，在圓孔四周LED燈以點(diǎn)陣排列方式均勻分布；LED燈底部與光源板4之間用導(dǎo)熱硅膠固定，可以散發(fā)工作時(shí)的熱量。安裝好的光源箱6包圍在滑槽3周圍，這樣能保證采集圖像時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)受環(huán)境光線的影響，并且避免發(fā)出的光線有流失。在本實(shí)施例中，拍攝圖像采用basler公司的A602fc型號(hào)攝像機(jī)。這款攝像機(jī)采用CMOS傳感器做感光器件，使用IEEE13Ma接口向外進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)設(shè)置成每像素Sbit 寬度的時(shí)候，采集幀率可達(dá)到IOOfps ；當(dāng)設(shè)置成每像素16bit寬度的時(shí)候，采集幀率可達(dá)到 50fps。根據(jù)攝像機(jī)高幀率以及使用IEEE1394協(xié)議進(jìn)行傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，本發(fā)明的圖像處理模塊包括DSP、FPGA、1394數(shù)據(jù)鏈路層芯片(LLC)和1394物理層芯片(PHY)，硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 5所示。其中，DSP為主處理器，選用高性能32位定點(diǎn)DSPTMS320DM642，DM642是美國(guó)德州儀器公司(Ti)專門為多路視頻輸入輸出設(shè)計(jì)的數(shù)字信號(hào)處理芯片。其運(yùn)算功能強(qiáng)大，建立在第二代高性能超常指令字結(jié)構(gòu)上，可以并行處理8條指令，非常適用于數(shù)字圖像處理。在本發(fā)明中，其工作主頻選擇為600MHz，根據(jù)項(xiàng)目的需要，DM642除了擴(kuò)展必須的存儲(chǔ)器部分外，主要擴(kuò)展了異步串口，方便與篩選控制系統(tǒng)通信。其中，F(xiàn)PGA為協(xié)處理器，選用ALTER公司的CycloneII系列EP2C!35F672C8型號(hào)芯片。FPGA通過(guò)1394數(shù)據(jù)鏈路層控制芯片得到輸入的圖像數(shù)據(jù)，并協(xié)調(diào)1394數(shù)據(jù)鏈路層和 DM642芯片之間傳輸圖像時(shí)的時(shí)序。除此之外，F(xiàn)PGA同時(shí)向外擴(kuò)展數(shù)字I/0、VGA接口，前者用來(lái)控制篩選控制系統(tǒng)，后者方便調(diào)試時(shí)進(jìn)行圖像顯示。其中，1394數(shù)據(jù)鏈路層芯片與1394物理層芯片相連，最終連接至1394數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。數(shù)據(jù)鏈路層芯片選用TI公司生產(chǎn)的TSB12LV32。這是一款高性能通用IEEE1394鏈路層控制器芯片，內(nèi)部有一個(gè)I字節(jié)的發(fā)送FIFO和一個(gè)I字節(jié)的接收FIFO，用來(lái)實(shí)現(xiàn)控制器和物理層接口之間數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收，速度可以達(dá)到400Mbits/s。同時(shí)，它還有等時(shí)傳輸口 DM，用來(lái)提供無(wú)需握手信號(hào)的等時(shí)傳輸。物理層芯片選用TI公司的TSB41AB2芯片。 TSB41AB2有兩個(gè)IEEE1394網(wǎng)絡(luò)端口，與1394鏈路層芯片連接時(shí)，可提供數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的收發(fā)功能。根據(jù)接收速度，編碼后的串行數(shù)據(jù)被分成2-bit、4-bit或者8-bit的并行數(shù)據(jù)流，被發(fā)送到TSB12LV32。工作時(shí)，TSB41AB2需向TSB12LV32提供一個(gè)49. 512MHz的時(shí)鐘信號(hào)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)芯片的同步，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)的重新同步。以上所述的硬件電路部分，與光源箱、攝像機(jī)一起協(xié)調(diào)工作，完成下滑棉種圖像的實(shí)時(shí)采集和處理。在本實(shí)施例中，篩選控制模塊140包括電磁噴嘴7、空氣過(guò)濾器和空氣壓縮機(jī)；空
8氣壓縮機(jī)的出氣管連接空氣過(guò)濾器的進(jìn)氣管，空氣過(guò)濾器的出氣管連接電磁噴嘴7的進(jìn)氣孔，電磁噴嘴7的出氣孔安置于滑槽末端；用于在需剔除棉種經(jīng)過(guò)電磁噴嘴7時(shí)，噴出高壓氣流將不合格棉種10吹除，本系統(tǒng)噴出氣體的壓強(qiáng)為0. 4MPa。本發(fā)明中，高速圖像處理方法的實(shí)現(xiàn)以TMS320DM642為運(yùn)行平臺(tái)。本發(fā)明還提供一種棉種自動(dòng)篩選方法，包括步驟Si，使棉種沿固定的軌道運(yùn)動(dòng)；s2，對(duì)運(yùn)動(dòng)的棉種進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像采集；S3，對(duì)所述采集的圖像進(jìn)行處理，基于棉種的顏色和破損情況對(duì)圖像中的棉種進(jìn)行篩選，得到篩選結(jié)果；s4，根據(jù)所述篩選結(jié)果對(duì)不同類型的棉種進(jìn)行區(qū)分處理。本發(fā)明方法的主要功能是對(duì)圖像進(jìn)行紅棉種檢測(cè)和破損棉種檢測(cè)，算法整體框架如圖6所示。所述步驟s3進(jìn)一步包括顏色篩選步驟s31和破損篩選步驟s32 ；開(kāi)始首先進(jìn)行初始化，對(duì)相應(yīng)的芯片及外設(shè)進(jìn)行配置，做好運(yùn)行程序的準(zhǔn)備。開(kāi)始運(yùn)行后，讀取一幅圖像，進(jìn)入顏色篩選步驟s31，沿滑道搜索圖像中的棉種，搜索到后首先進(jìn)行紅棉種判斷，如果是紅棉種，則設(shè)置相應(yīng)的剔除標(biāo)志位為1 (表示剔除)，否則繼續(xù)進(jìn)入破損篩選步驟s32進(jìn)行破損棉種判斷，如果為破損棉種，設(shè)置相應(yīng)的剔除標(biāo)志位為1，如果棉種既非紅棉種，也非破損棉種，則繼續(xù)搜索下一粒棉種。整幅圖像搜索完畢，處理下一幀圖像。1.棉種掃描及紅棉種檢測(cè)方法本系統(tǒng)中，光源和滑槽的設(shè)計(jì)能保證采集到的圖像中，棉種與背景、紅棉種與正常棉種在亮度上有很大的區(qū)別。棉種掃描及紅棉種檢測(cè)算法主要使用圖像的亮度信息，其方法流程圖如圖7所示。棉種掃描時(shí)，將圖像劃分成8x4個(gè)小區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的高度為90像素，寬度為一個(gè)滑槽的寬度。按照從左到右，從下到上的順序逐區(qū)域掃描。每個(gè)區(qū)域最多可以出現(xiàn)1 2粒棉種，所以棉種搜索及紅棉種識(shí)別的算法步驟總結(jié)如下1)按照從左到右，從下到上的順序逐區(qū)域掃描。2)每個(gè)區(qū)域中，從區(qū)域上/下邊緣沿中線依次向上進(jìn)行掃描，通過(guò)灰度值判斷是否有棉種出現(xiàn)；3)如果該單元沒(méi)有棉種，則繼續(xù)搜索下一區(qū)域；4)如果該單元中存在棉種，則繼續(xù)向下/上搜索，找到棉種的下/上方邊緣；5)去除棉種下邊緣以上10個(gè)像素以及上邊緣以下10個(gè)像素的灰度值，將棉種其他像素點(diǎn)的灰度值取平均；6)將平均值與閾值比較，判斷是否是紅棉種；7)如果不是紅棉種，判斷是否是破損棉種；8)檢測(cè)完當(dāng)前粒，判斷當(dāng)前區(qū)域是否有第二粒，如果有，繼續(xù)進(jìn)行相應(yīng)檢測(cè)，如果沒(méi)有，檢測(cè)下一區(qū)域。2.破損棉種檢測(cè)方法破損棉種檢測(cè)是基于對(duì)破損棉種圖像的邊界表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)，利用基于邊界的分割方法對(duì)圖像進(jìn)行分割可得到沿目標(biāo)邊界的一系列像素點(diǎn)，構(gòu)成目標(biāo)的輪廓線。傳統(tǒng)的邊緣檢測(cè)算法通過(guò)梯度算子來(lái)實(shí)現(xiàn)，經(jīng)典的梯度算子模板有=Sobel模板、Kirsh模板、Prewitt模板、Roberts模板、Laplacian模板、點(diǎn)模板、線模板等。本發(fā)明在經(jīng)典的邊緣檢測(cè)算法基礎(chǔ)
9做進(jìn)一步改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)破損棉種的識(shí)別。鏈碼是對(duì)邊界點(diǎn)的一種編碼表示方法，其特點(diǎn)是利用一系列具有特定長(zhǎng)度和方向的相連的直線段來(lái)表示目標(biāo)的邊界。因?yàn)槊總€(gè)線段的長(zhǎng)度固定而方向數(shù)目取為有限，所以只有邊界的起點(diǎn)需用絕對(duì)坐標(biāo)表示，其余點(diǎn)都可以只用接續(xù)方向來(lái)代表偏移量。搜索出棉種邊緣的鏈碼后，邊界上的每一個(gè)點(diǎn)都有前一點(diǎn)指向此點(diǎn)的鏈碼Cl和此點(diǎn)指向后一點(diǎn)的鏈碼C2，相對(duì)鏈碼是指C2和Cl的相互關(guān)系，取值范圍為-3 4。在計(jì)算上，當(dāng)前點(diǎn)的相對(duì)鏈碼值為C2-C1。本算法根據(jù)每一個(gè)邊緣點(diǎn)的鏈碼計(jì)算得到相對(duì)鏈碼， 對(duì)連續(xù)N點(diǎn)的相對(duì)鏈碼做和，進(jìn)行下一步分析。弦中點(diǎn)是本系統(tǒng)在邊緣凹凸性檢測(cè)方面設(shè)計(jì)的獨(dú)特算法，連接上述N個(gè)邊緣點(diǎn)的起始點(diǎn)和終點(diǎn)，取所得線段的中點(diǎn)，即為弦中點(diǎn)。弦中點(diǎn)是幾何中的術(shù)語(yǔ)，本系統(tǒng)借用的目的是通過(guò)分析弦中點(diǎn)所在處的棉種圖像的輪廓特征，來(lái)判斷棉種屬于正常還是破損。如果弦中點(diǎn)落在背景上，則此段邊緣為向內(nèi)凹陷，此棉種為破損棉種，否則，弦中點(diǎn)落在棉種上， 此段邊緣為凸的弧線，則該棉種不是破損棉種。破損棉種的檢測(cè)方法流程圖如圖8所示，在紅棉種檢測(cè)中檢測(cè)到不是紅棉種后， 運(yùn)行此方法。其步驟如下1)獲得搜索棉種時(shí)得到的棉種邊界起始點(diǎn)，判斷該點(diǎn)是否是孤立點(diǎn)；2)如果是孤立點(diǎn)，則設(shè)為背景點(diǎn)；如果不是孤立點(diǎn)，沿順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行鏈碼搜索；3)對(duì)于每個(gè)鏈碼值，用下一個(gè)鏈碼減當(dāng)前鏈碼，得到相對(duì)鏈碼值；4)對(duì)N個(gè)相鄰的相對(duì)鏈碼值求和得到Mi，與閾值M比較；5)當(dāng)Mi小于M，計(jì)算這N點(diǎn)的弦中點(diǎn)；6)根據(jù)弦中點(diǎn)所在位置的像素值，判斷該點(diǎn)是否落在棉種輪廓之外，從而確定棉種邊緣是否有凹陷，有凹陷是破損棉種的特征，沒(méi)有凹陷則是正常棉種?？刂品椒ǖ倪\(yùn)行基于TMS320DM642高速DSP平臺(tái)，用于根據(jù)圖像處理模塊的篩選結(jié)構(gòu)，對(duì)電氣噴嘴進(jìn)行控制。本控制方法開(kāi)始于一幅圖像的分析處理結(jié)束之時(shí)。前文已述， 本發(fā)明在處理圖像時(shí)，將圖像分割成4行8列的小區(qū)域，對(duì)應(yīng)每個(gè)區(qū)域都有一個(gè)棉種合格與否的標(biāo)志位?？刂瞥绦蚴紫全@得這四個(gè)字節(jié)的標(biāo)志位信息，然后據(jù)此確定不合格棉種的位置，根據(jù)預(yù)設(shè)的公式計(jì)算相應(yīng)的電氣噴嘴開(kāi)啟的時(shí)刻，之后程序進(jìn)行延時(shí)等待棉種經(jīng)過(guò)噴嘴，延時(shí)結(jié)束時(shí)，篩選控制程序發(fā)出信號(hào)開(kāi)啟電氣噴嘴，完成棉種篩選。本實(shí)施例的工作過(guò)程如下系統(tǒng)運(yùn)行之前，要先在料斗中裝入脫絨后的棉種，空氣壓縮機(jī)準(zhǔn)備好高壓氣體。本系統(tǒng)開(kāi)啟運(yùn)行開(kāi)關(guān)后，棉種由料斗送入到振動(dòng)給料器，振動(dòng)給料器通過(guò)微小振動(dòng)對(duì)棉種進(jìn)行調(diào)整，使棉種比較均勻的下滑到滑槽的每個(gè)滑道內(nèi)。在重力的作用下，棉種在滑槽內(nèi)逐漸的被拉開(kāi)距離。在棉種滑落時(shí)，圖像采集系統(tǒng)按照固定的間隔采集圖像(攝像機(jī)幀率50幀/秒，圖像采集間隔20ms)。圖像處理系統(tǒng)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 判斷采集到的圖像內(nèi)是否有棉種，并進(jìn)一步對(duì)紅棉種和破損棉種進(jìn)行識(shí)別。一幅圖像數(shù)據(jù)處理完成后，根據(jù)紅棉種和破損棉種的位置信息，計(jì)算吹氣所需的延時(shí)信息，輸出控制信號(hào)并驅(qū)動(dòng)電磁閥工作，吹嘴相應(yīng)的吹氣孔將噴射出高壓氣流，將不合格棉種12，包括紅棉種和破損棉種吹出，落入不合格棉種種倉(cāng)10，而合格棉種11將繼續(xù)滑落最后落入到合格棉種種倉(cāng)9，從而完成了棉種的實(shí)時(shí)篩選。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人
10員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種棉種自動(dòng)篩選系統(tǒng)，其特征在于，包括喂料模塊(110)，用于使棉種沿固定的軌道運(yùn)動(dòng)；圖像采集模塊(120)，用于對(duì)運(yùn)動(dòng)的棉種進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像采集；圖像處理模塊(130)，與所述圖像采集模塊(120)連接，接收所述圖像采集模塊(120) 采集的圖像，用于對(duì)所述采集的圖像進(jìn)行處理，基于棉種的顏色和破損情況對(duì)圖像中的棉種進(jìn)行篩選，得到篩選結(jié)果；篩選控制模塊(140)，與所述圖像處理模塊(130)連接，用于根據(jù)所述篩選結(jié)果對(duì)不同類型的棉種進(jìn)行區(qū)分處理。
2.如權(quán)利要求1所述的棉種自動(dòng)篩選系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像處理模塊(130)中包括顏色篩選單元(131)和破損篩選單元(132)；開(kāi)始運(yùn)行后，所述圖像處理模塊(130)讀取一幀圖像，所述顏色篩選單元(131)按順序搜索圖像中的棉種，搜索到后首先進(jìn)行紅棉種判斷，如果是紅棉種，則設(shè)置相應(yīng)的剔除標(biāo)志位為剔除；否則通過(guò)所述破損篩選單元(132) 進(jìn)行破損棉種判斷，如果為破損棉種，設(shè)置相應(yīng)的剔除標(biāo)志位為剔除；如果棉種既非紅棉種，也非破損棉種，則繼續(xù)搜索下一粒棉種；整幀圖像搜索完畢，處理下一幀圖像。
3.如權(quán)利要求2所述的棉種自動(dòng)篩選系統(tǒng)，其特征在于，所述顏色篩選單元(131)將圖像分為多個(gè)區(qū)域，按照順序逐區(qū)域掃描；每個(gè)區(qū)域中，從區(qū)域上/下邊緣沿中線依次向下 /上進(jìn)行搜索，通過(guò)灰度值判斷是否有棉種出現(xiàn)；如果該區(qū)域沒(méi)有棉種，則繼續(xù)搜索下一區(qū)域；如果該區(qū)域中存在棉種，則繼續(xù)向下/上搜索，找到棉種的下/上方邊緣；去除棉種下邊緣以上預(yù)定個(gè)數(shù)的像素以及上邊緣以下預(yù)定個(gè)數(shù)的像素的灰度值，將棉種其他像素點(diǎn)的灰度值取平均，得到平均值；將所述平均值與閾值比較，判斷是哪一種顏色的棉種；檢測(cè)完當(dāng)前棉種，判斷當(dāng)前區(qū)域是否還有棉種；如果有，繼續(xù)進(jìn)行相應(yīng)檢測(cè)；如果沒(méi)有，掃描下一區(qū)域。
4.如權(quán)利要求2所述的棉種自動(dòng)篩選系統(tǒng)，其特征在于，所述破損篩選單元(132)獲得搜索棉種時(shí)得到的棉種邊界起始點(diǎn)，判斷該點(diǎn)是否是孤立點(diǎn)；如果是孤立點(diǎn)，將該點(diǎn)設(shè)為背景點(diǎn)；如果不是孤立點(diǎn)，沿順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行鏈碼搜索；對(duì)于每個(gè)鏈碼值，用下一個(gè)鏈碼減當(dāng)前鏈碼，得到相對(duì)鏈碼值；對(duì)N個(gè)相鄰的相對(duì)鏈碼值求和得到Mi，與閾值M比較；當(dāng)Mi小于 M，計(jì)算這N點(diǎn)的弦中點(diǎn)；根據(jù)弦中點(diǎn)所在位置的像素值，判斷該點(diǎn)是否落在棉種輪廓之外， 從而確定棉種邊緣是否有凹陷；如果有凹陷，則是破損棉種；沒(méi)有凹陷，則是正常棉種。
5.如權(quán)利要求1所述的棉種自動(dòng)篩選系統(tǒng)，其特征在于，所述喂料模塊(110)包括料斗(1)、振動(dòng)給料器( 和滑槽(3)；振動(dòng)給料器( 的出料位置位于滑槽C3)的頂端，滑槽 (3)以與豎直方向45度夾角的傾斜度放置，滑槽(3)內(nèi)有分隔開(kāi)的滑道，每個(gè)滑道寬lcm。
6.如權(quán)利要求1所述的棉種自動(dòng)篩選系統(tǒng)，其特征在于，所述篩選控制模塊(140)包括電磁噴嘴(7)、空氣過(guò)濾器和空氣壓縮機(jī)；空氣壓縮機(jī)的出氣管連接空氣過(guò)濾器的進(jìn)氣管， 空氣過(guò)濾器的出氣管連接電磁噴嘴(7)的進(jìn)氣孔，電磁噴嘴(7)的出氣孔安置于滑槽末端； 用于在需剔除棉種經(jīng)過(guò)電磁噴嘴(7)時(shí)，噴出高壓氣流將不合格棉種(10)吹除。
7.一種棉種自動(dòng)篩選方法，其特征在于，包括步驟sl，使棉種沿固定的軌道運(yùn)動(dòng)；s2，對(duì)運(yùn)動(dòng)的棉種進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像采集；s3，對(duì)所述采集的圖像進(jìn)行處理，基于棉種的顏色和破損情況對(duì)圖像中的棉種進(jìn)行篩選，得到篩選結(jié)果；s4，根據(jù)所述篩選結(jié)果對(duì)不同類型的棉種進(jìn)行區(qū)分處理。
8.如權(quán)利要求7所述的棉種自動(dòng)篩選方法，其特征在于，所述步驟s3進(jìn)一步包括顏色篩選步驟s31和破損篩選步驟s32 ；開(kāi)始運(yùn)行后，進(jìn)入顏色篩選步驟s31，讀取一幀圖像，按順序搜索圖像中的棉種，搜索到后首先進(jìn)行紅棉種判斷，如果是紅棉種，則設(shè)置相應(yīng)的剔除標(biāo)志位為剔除；否則繼續(xù)進(jìn)入破損篩選步驟s32進(jìn)行破損棉種判斷，如果為破損棉種，設(shè)置相應(yīng)的剔除標(biāo)志位為剔除；如果棉種既非紅棉種，也非破損棉種，則繼續(xù)搜索下一粒棉種； 整幀圖像搜索完畢，處理下一幀圖像。
9.如權(quán)利要求8所述的棉種自動(dòng)篩選方法，其特征在于，所述顏色篩選步驟s31進(jìn)一步包括s311，將圖像分為多個(gè)區(qū)域，按照順序逐區(qū)域掃描；s312，每個(gè)區(qū)域中，從區(qū)域上/下邊緣沿中線依次向下/上進(jìn)行搜索，通過(guò)灰度值判斷是否有棉種出現(xiàn)；如果該區(qū)域沒(méi)有棉種，則繼續(xù)搜索下一區(qū)域；如果該區(qū)域中存在棉種，則繼續(xù)向下/上搜索，找到棉種的下/上方邊緣；s313，去除棉種下邊緣以上預(yù)定個(gè)數(shù)的像素以及上邊緣以下預(yù)定個(gè)數(shù)的像素的灰度值，將棉種其他像素點(diǎn)的灰度值取平均，得到平均值；s314，將所述平均值與閾值比較，判斷是哪一種顏色的棉種；s315，檢測(cè)完當(dāng)前棉種，判斷當(dāng)前區(qū)域是否還有棉種；如果有，繼續(xù)進(jìn)行相應(yīng)檢測(cè)；如果沒(méi)有，掃描下一區(qū)域。
10.如權(quán)利要求8所述的棉種自動(dòng)篩選方法，其特征在于，所述破損篩選步驟S32進(jìn)一步包括s321，獲得搜索棉種時(shí)得到的棉種邊界起始點(diǎn)，判斷該點(diǎn)是否是孤立點(diǎn)；如果是孤立點(diǎn)，將該點(diǎn)設(shè)為背景點(diǎn)；如果不是孤立點(diǎn)，沿順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行鏈碼搜索； s322，對(duì)于每個(gè)鏈碼值，用下一個(gè)鏈碼減當(dāng)前鏈碼，得到相對(duì)鏈碼值； s323，對(duì)N個(gè)相鄰的相對(duì)鏈碼值求和得到Mi，與閾值M比較； s324,當(dāng)Mi小于M，計(jì)算這N點(diǎn)的弦中點(diǎn)；s325，根據(jù)弦中點(diǎn)所在位置的像素值，判斷該點(diǎn)是否落在棉種輪廓之外，從而確定棉種邊緣是否有凹陷；如果有凹陷，則是破損棉種；沒(méi)有凹陷，則是正常棉種。
全文摘要
本發(fā)明為一種棉種自動(dòng)篩選系統(tǒng)，包括喂料模塊，用于使棉種沿固定的軌道運(yùn)動(dòng)；圖像采集模塊，用于對(duì)運(yùn)動(dòng)的棉種進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像采集；圖像處理模塊，與所述圖像采集模塊連接，接收所述圖像采集模塊采集的圖像，用于對(duì)所述采集的圖像進(jìn)行處理，基于棉種的顏色和破損情況對(duì)圖像中的棉種進(jìn)行篩選，得到篩選結(jié)果；篩選控制模塊，與所述圖像處理模塊連接，用于根據(jù)所述篩選結(jié)果對(duì)不同類型的棉種進(jìn)行區(qū)分處理。本發(fā)明的棉種搜索和檢測(cè)方法基于圖像的灰度信息，在保證準(zhǔn)確率的前提下提高了速度，為繼續(xù)進(jìn)行破損棉種檢測(cè)預(yù)留時(shí)間，并且采用了獨(dú)特的破損棉種檢測(cè)方法，不僅解決了其它的基于鏈碼的算法精度低或者速度慢的問(wèn)題，而且能保持較高的檢測(cè)精度。
文檔編號(hào)G01J3/46GK102393396SQ20111022759
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者侯天星, 劉韶軍, 王庫(kù), 王德龍 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)