專利名稱：一種基于機器視覺的球形果蔬圖像采集裝置及其采集方法
技術領域：
本發(fā)明屬于圖像采集與模式識別技術領域，具體涉及ー種適于滿足科學實驗要求的基于機器視覺的球形果蔬圖像采集裝置及其采集方法。
背景技術：
近幾年，數字圖像處理和模式識別等技術的進展推動了機器視覺在球形果蔬無損分級技術領域的發(fā)展。實際檢測時都是使用直線型履帶檢測線完成圖像的采集工作，如采用類似公開號為CN10170192A的中國發(fā)明專利申請中所提供的球體表面缺陷檢測方法來 對待檢測球體進行缺陷檢測，該方法中由待檢測球體在軌道中做純滾動，在正對軌道位置處設置攝像頭采集球體的展開面圖像信息，然后將所采集到的圖像信息傳送到圖像處理系統(tǒng)進行處理，計算出缺陷的位置和面積。但上述方法中使用的采集裝置的結構復雜、設計制造難度大、造價高昂、占地面積大、維護復雜，不適于實驗教學的需求，在科學研究吋，通用性和可操作性不強。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于機器視覺的球形果蔬圖像采集裝置，以解決現(xiàn)有技術中的球形果蔬的表面圖像采集裝置結構復雜、占地面積大而不適于實驗教學與科學研究的需求的技術問題；同時，本發(fā)明還提供一種基于機器視覺的球形果蔬圖像采集方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的基于機器視覺的球形果蔬采集方法采用如下技術方案一種基于機器視覺的球形果蔬圖像采集方法，將待檢測的球形果蔬繞經過球心的豎直中心軸線做定軸線轉動，由位于球形果蔬水平一側的側向攝像頭采集球形果蔬轉動時的展開面圖像信息，在側向攝像頭采集完成后，球形果蔬停止轉動，由位于球形果蔬正上方的頂部攝像頭采集球形果蔬的頂部圖像信息，將球形果蔬繞球心做180°的上下翻轉，由頂部攝像頭采集球形果蔬的底部圖像信息，最后將側向攝像頭和頂部攝像頭所采集到的圖像信息傳送到圖像處理系統(tǒng)。所述的采集方法中在繞待檢測的球形果蔬的外側周向上均布有N個標記，N大于等于3，采集圖像時，所述的N個標記隨待檢測的球形果蔬做同步轉動，由固定不動的光電傳感器檢測標記，當待測球形果蔬轉動、且光電傳感器前N次檢測到標記吋，由側向攝像頭各采集一次圖像，當光電傳感器第N+1次檢測到標記時，球形果蔬停止轉動，側向攝像頭停止采集圖像，同吋，由頂部攝像頭采集一次圖像信息，5秒后，將球形果蔬繞球心做180°的上下翻轉，由頂部攝像頭再采集一次圖像。本發(fā)明所提供的基于機器視覺的球形果蔬采集裝置采用如下技術方案一種基于機器視覺的球形果蔬圖像采集裝置，該采集裝置包括用于驅動待檢測的球形果蔬繞經過球心的豎直中心軸線做定軸線轉動的水平轉動載物平臺，該水平轉動載物平臺包括用于支撐放置球形果蔬的水平轉動托盤和驅動水平轉動托盤轉動的轉動驅動機構，采集裝置還包括使用時將放置在所述水平轉動托盤上的球形果蔬繞球心做180°的上下翻轉的翻轉機構，該翻轉機構包括位于水平轉動載物平臺一側的沿上下方向延伸的支撐架，在支撐架的ー側裝配有夾持結構，該夾持結構包括沿上下方向可調的裝配在支撐架上的夾持座，在夾持座上轉動裝配有使用時用于夾持球形果蔬的可開合的兩個沿水平方向延伸的夾持臂，采集裝置還包括使用時位于水平轉動載物平臺水平ー側、且正對球形果蔬的球心的用于在球形果蔬轉動時采集球形果蔬的展開面圖像信息的側向攝像頭和位于水平轉動載物平臺上方、且正對球形果蔬的球心的用于采集球形果蔬的頂部和底部圖像信息的頂部攝像頭，所述側向攝像頭和頂部攝像頭的信號輸出端連接有圖像處理系統(tǒng)，所述的采集裝置還包括用于控制水平轉動載物平臺和翻轉機構工作時機及控制側向攝像頭和頂部攝像頭拍照采集圖像時機的控制系統(tǒng)。所述的采集裝置還包括設置在頂部攝像頭和側向攝像頭附近的用于對待檢測的球形果蔬進行照射的光源。所述的采集裝置還包括封閉的暗箱，所述的水平轉動載物平臺和翻轉機構對應的安裝在所述的暗箱中，所述的側向攝像頭和頂部攝像頭分別設置在所述暗箱的側箱壁和頂部箱壁上，所述的光源設在暗箱中。 所述的暗箱的內側面上涂覆有用于減少因反光對側向或頂部攝像頭的圖像采集影響的黑色亞光漆層。所述的水平轉動托盤上繞轉動中心的外側周向上均布有N個標記，N大于等于3，所述的采集裝置還包括用于檢測水平轉動托盤上的標記的光電傳感器，所述的光電傳感器的信號輸出端與控制系統(tǒng)相連通。所述的水平轉動托盤的朝向頂部攝像頭的側面上涂覆有用于減少因反光對側向或頂部攝像頭的圖像采集影響的黑色亞光漆層。所述的水平轉動托盤為圓盤，該圓盤的圓心位置處設置有用于放置待檢測的球形果蔬、并防止球形果蔬在轉動時出現(xiàn)滾動的凹坑。所述的水平轉動載物平臺固設在豎直方向上高度可調的安裝底座上，所述的安裝底座的下方布置有多個用于支撐安裝底座的水平滾輪。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明所提供的基于機器視覺的球形果蔬圖像采集方法，采用將球形果蔬繞經過球心的豎直中心軸線做定軸線轉動，由位于球形果蔬水平側的側向攝像頭采集球形果蔬轉動時的展開面圖像信息，在球形果蔬停止轉動后，同吋，由位于球形果蔬正上方的頂部攝像頭采用球形果蔬的頂部圖像信息和底部圖像信息，這樣側向攝像頭和頂部攝像頭會覆蓋到球形果蔬的所有位置，避免出現(xiàn)局部位置無法采集圖像的問題。并且，在該方法中，球形果蔬繞經過球心的豎直中心軸線做定軸線轉動，這使得該方法可以應用于空間有限的場合，便于滿足實驗教學和科學研究的需求。本發(fā)明所提供的基于機器視覺的球形果蔬圖像采集裝置，該采集裝置包括用于驅動待檢測的球形果蔬做定軸線轉動的水平轉動載物平臺和用于將放置在水平轉動托盤上的球形果蔬繞球心做上下翻轉的翻轉機構，所述的采集裝置還包括側向攝像頭和頂部攝像頭，使用時，將待檢測的球形果蔬放置在水平轉動載物平臺中的水平轉動托盤上，由水平轉動托盤帶動球形果蔬繞經過球心的豎直中心軸線做定軸線轉動，同吋，由側向攝像頭采集球形果蔬轉動時的展開面圖像信息，在側向攝像頭采集完成后，水平轉動托盤和球形果蔬停止轉動，由位于球形果蔬正上方的頂部攝像頭采集球形果蔬的頂部圖像信息，然后通過翻轉機構將球形果蔬繞球心做180°的上下翻轉，由頂部攝像頭采集球形果蔬的底部圖像信息，最后將側向攝像頭和頂部攝像頭所采集到的圖像信息傳送到圖像處理系統(tǒng)，整個圖像采集過程有控制系統(tǒng)控制水平轉動載物平臺、翻轉機構、側向攝像頭和頂部攝像頭何時工作。本發(fā)明所提供的采集裝置在采集球形果蔬的圖像信息時，通過驅動球形果蔬繞經過球心的豎直中心軸線的定軸線轉動模擬了現(xiàn)有技術中球體在長軌道中做純滾動而實現(xiàn)圖像的完整采集。本發(fā)明所提供的采集裝置將水平轉動載物平臺和翻轉機構相結合，具有占地面積小、結構簡單、方便實驗采集和教學展示的優(yōu)點，適于實驗教學與科學研究的需求。


圖I是本發(fā)明所提供的基于機器視覺的球形果蔬采集裝置一種實施例的結構示意 圖2是圖I中水平轉動載物平臺的結構示意圖；
圖3是圖I中所示的采集裝置工作的邏輯框圖。
具體實施例方式一種基于機器視覺的球形果蔬采集方法的實施例，該實施例中的采集方法為首先將待檢測的球形果蔬繞經過球心的豎直中心軸線做定軸線轉動，由位于球形果蔬水平一側的側向攝像頭采集球形果蔬轉動時的展開面圖像信息，在側向攝像頭采集完成后，球形果蔬停止轉動，由位于球形果蔬正上方的頂部攝像頭采集球形果蔬的頂部圖像信息，將球形果蔬繞球心做180°的上下翻轉，由頂部攝像頭采集球形果蔬的底部圖像信息，最后將側向攝像頭和頂部攝像頭所采集到的圖像信息傳送到圖像處理系統(tǒng)。優(yōu)選的，上述采集方法中在繞待檢測的球形果蔬的外側周向上均布有3個標記，采集圖像時，所述的3個標記隨待檢測的球形果蔬做同步轉動，由固定不動的光電傳感器檢測標記，當待測球形果蔬轉動、且光電傳感器前3次檢測到標記吋，由側向攝像頭各采集一次圖像，當光電傳感器第4次檢測到標記時，球形果蔬停止轉動，側向攝像頭停止采集圖像，同吋，由頂部攝像頭采集一次圖像信息，5秒后，將球形果蔬繞球心做180°的上下翻轉，由頂部攝像頭再采集一次圖像。上述實施例中，在待檢測的球形果蔬的外側周向上均布有的標記為三個，在其他實施例中，也可以為四個或四個以上。不過也部需要過多，能夠滿足側向攝像頭的要求即可。如圖I、圖2所示，一種基于機器視覺的球形果蔬圖像采集裝置的實施例，本實施例中的采集裝置可以用于實施上述的采集方法。該實施例中的采集裝置包括封閉的暗箱3，在暗箱3中布置有用于驅動待檢測的球形果蔬繞經過球心的豎直中心軸線做定軸線轉動的水平轉動載物平臺和使用時將放置在所述水平轉動托盤上的球形果蔬繞球心做180°的上下翻轉的翻轉機構。在暗箱3的側箱壁上設置有使用時位于水平轉動載物平臺的水平一偵れ且正對球形果蔬8的球心的用于在球形果蔬8轉動時采集球形果蔬的展開面圖像信息的側向攝像頭1，在暗箱3的頂部箱壁上設置有使用時位于水平轉動載物平臺的上方、且正對球形果蔬的球心的用于采集球形果蔬的頂部圖像信息和底部圖像信息的頂部攝像頭5，在暗箱中還設置有布置在頂部攝像頭和側向攝像頭附近的用于對待檢測的球形果蔬進行照射的光源2，為減少因反光對側向攝像頭或頂部攝像頭的圖像采集影響，在暗箱3的內側箱壁上涂覆有黑色亞光漆層。上述的水平轉動載物平臺包括用于支撐放置球形果蔬的水平轉動托盤6和驅動水平轉動托盤轉動的轉動驅動機構，此處的轉動驅動機構為調速電機10，該調速電機可根據圖像采集要求調整水平轉動載物平臺的轉速。所述的水平轉動托盤6為鑄鐵的圓盤，優(yōu)選的，該圓盤的圓心位置處設置有用于放置待檢測的球形果蔬、并防止球形果蔬在轉動時出現(xiàn)滾動的凹坑61。該圓盤的朝向調速電機的下端面開設有與調速電機的輸出軸對應止旋插接配合的插配孔62，通過圓盤的插配孔與調速電機的輸出端的止旋插接配合，由調速電機驅動水平轉動托盤繞經過水平轉動托盤的轉動中心的豎直中心定軸線轉動，圖像采集時，將待檢測的球形果蔬8放置在水平轉動托盤上，要保證球形果蔬的球心在所述的經過水平轉動托盤的轉動中心的豎直中心定軸線上。
本實施例中，所述的水平轉動載物平臺固設在豎直方向上高度可調的安裝底座9上，所述的調速電機由螺栓固定在安裝底座9上，使用吋，通過調整安裝底座的高度，保證在信息采集時，側向攝像頭正對球形果蔬的球心。優(yōu)選的，還在安裝底座的下方布置有多個用于支撐安裝底座的水平滾輪14，這樣可以根據實際情況需要，調整安裝底座的位置來保證在采集圖像時水平轉動托盤正上方的頂部攝像頭正對待檢測球形果蔬的球心。本實施例中，優(yōu)選的，在水平轉動托盤6底面上繞豎直中心軸線的外側周向上均布有3個標記，所述的采集裝置還包括設置在安裝底座上的用于檢測水平轉動托盤上的標記的光電傳感器12。采集圖像時，所述的3個標記隨水平轉動托盤和待檢測的球形果蔬做同步轉動，由固定不動的光電傳感器檢測標記，當球形果蔬轉動、且光電傳感器前3次檢測到標記吋，由側向攝像頭各采集一次圖像，當光電傳感器第4次檢測到標記時，球形果蔬停止轉動，側向攝像頭停止采集圖像，同吋，由頂部攝像頭采集球形果蔬的頂部圖像信息，5秒后，由翻轉機構將球形果蔬繞球心做180°的上下翻轉，再由頂部攝像頭采集球形果蔬的底部圖像信息。該翻轉機構包括位于水平轉動載物平臺一側的沿上下方向延伸的支撐架7，本實施例中支撐架放置在安裝底座9上，井隨安裝底座一起在上下方向上移動做位置調整，在支撐架的ー側裝配有夾持結構，該夾持結構包括沿上下方向可調的裝配在支撐架7上的夾持座，在夾持座上轉動裝配有使用時用于夾持球形果蔬的可開合的兩個沿水平方向延伸的夾持臂11。為保證夾持臂夾持到位，在夾持臂上還設置有壓カ傳感器。使用時，當需要翻轉機構翻轉球形果蔬時，控制系統(tǒng)給出翻轉信號，然后夾持臂動作夾緊待檢測的球形果蔬，此吋，夾持臂上的壓カ傳感器給出夾緊信號，由夾持座帶動兩個夾持臂上升一段距離，然后兩夾持臂翻轉180°，夾持座帶動兩夾持臂及待檢測的球形果蔬下同樣的距離，當球形果蔬落在水平轉動載物平臺上后，夾持臂松開球形果蔬，完成翻轉動作。所述的采集裝置還包括用于與側向攝像頭I和頂部攝像頭5的信號輸出端連接的圖像處理系統(tǒng)和用于控制水平轉動載物平臺和翻轉機構工作時機及控制側向攝像頭和頂部攝像頭拍照采集圖像時機的控制系統(tǒng)。在本實施例中，圖像處理系統(tǒng)為計算機13，計算機13與側向攝像頭和頂部攝像頭的信號輸出端相連。在本實施例中，控制系統(tǒng)控制水平轉動載物平臺、翻轉機構、側向攝像頭和頂部攝像頭的工作，且光電傳感器的信號輸出端與控制系統(tǒng)相連，具體實施時可采用單片機或計算機。
上述采集裝置工作時，將待檢測的球形果蔬8放置在水平轉動載物平臺中的水平轉動托盤6上，由控制系統(tǒng)發(fā)出信號，水平轉動載物平臺工作，由水平轉動托盤6帶動球形果蔬8繞經過球心的豎直中心軸線做定軸線轉動，此時，水平轉動托盤6上的3個標記隨水平轉動托盤和球形果蔬做同步轉動，由固定不動的光電傳感器12檢測標記，當球形果蔬轉動、且光電傳感器前3次檢測到標記時，光電傳感器向控制系統(tǒng)發(fā)出信號，控制系統(tǒng)控制側向攝像頭I各采集一次圖像，當光電傳感器14第4次檢測到標記時，光電傳感器14向控制系統(tǒng)發(fā)出信號，由控制系統(tǒng)控制水平轉動載物平臺停止工作，球形果蔬8停止轉動，同吋，由控制系統(tǒng)控制側向攝像頭I停止采集圖像，同吋，由控制系統(tǒng)控制頂部攝像頭5采集球形果蔬的頂部圖像信息，并將該頂部圖像信息輸送給計算機，5秒后，由控制系統(tǒng)控制翻轉機構將球形果蔬繞球心做180°的上下翻轉，再由控制系統(tǒng)控制頂部攝像頭5采集球形果蔬的底部圖像信息，將該底部圖像信息輸送給計算機。上述實施例中，通過調整水平轉動托盤的高度來保證在采集圖像時側向攝像頭與待檢測的球形果蔬的球心相對應，通過調整水平轉動托盤在水平面內的位置來保證在采集圖像時頂部攝像頭與待檢測的球形果蔬的球心相對應。在其他實施例中，也可以將側向攝像頭沿豎直方向可調的安裝在暗箱上，此時，可以通過調整側向攝像頭的上下位置來保證側向攝像頭與待檢測的球形果蔬的球心相対。同樣的，可以將頂部攝像頭在平面上可調的安裝在按向上，這樣，可以通過調整頂部攝像頭的位置來保證頂部攝像頭與待檢測的球形果蔬的球心相対。當然，當側向攝像頭和頂部攝像頭移動時，用于照射球形果蔬的光源也要隨之移動。在上述實施例中，為提高了圖像采集效率，特別設計了暗箱。在其他實施例中，也可以不設置暗箱。在上述實施例中，在水平轉動托盤上布置的標記為三個，在其他實施例中，也可以為四個或四個以上。不過也不需要過多，能夠滿足側向攝像頭的要求即可。上述實施例中，水平轉動托盤支撐放置在調速電機的輸出軸端，此處的轉動驅動機構為驅動調速電機。在其他實施例中，也可以在安裝底座上設置支撐轉軸，在所述的水平轉動托盤通過軸承轉動裝配在支撐轉軸的頂部，所述的水平轉動托盤為圓盤結構，在圓盤結構的水平轉動托盤的外周面上布置有嚙合齒，此時，可以通過常用的輸出齒輪來驅動水平轉動托盤轉動。權利要求
1.一種基于機器視覺的球形果蔬圖像采集方法，其特征在于將待檢測的球形果蔬繞經過球心的豎直中心軸線做定軸線轉動，由位于球形果蔬水平一側的側向攝像頭采集球形果蔬轉動時的展開面圖像信息，在側向攝像頭采集完成后，球形果蔬停止轉動，由位于球形果蔬正上方的頂部攝像頭采集球形果蔬的頂部圖像信息，將球形果蔬繞球心做180°的上下翻轉，由頂部攝像頭采集球形果蔬的底部圖像信息，最后將側向攝像頭和頂部攝像頭所采集到的圖像信息傳送到圖像處理系統(tǒng)。
2.根據權利要求I所述的基于機器視覺的球形果蔬圖像采集方法，其特征在于所述的采集方法中在繞待檢測的球形果蔬的外側周向上均布有N個標記，N大于等于3，采集圖像時，所述的N個標記隨待檢測的球形果蔬做同步轉動，由固定不動的光電傳感器檢測標記，當待測球形果蔬轉動、且光電傳感器前N次檢測到標記吋，由側向攝像頭各采集一次圖像，當光電傳感器第N+1次檢測到標記時，球形果蔬停止轉動，側向攝像頭停止采集圖像，同吋，由頂部攝像頭采集一次圖像信息，5秒后，將球形果蔬繞球心做180°的上下翻轉，由頂部攝像頭再采集一次圖像。
3.一種基于機器視覺的球形果蔬圖像采集裝置，其特征在于該采集裝置包括用于驅動待檢測的球形果蔬繞經以過球心的豎直中心軸線做定軸線轉動的水平轉動載物平臺，該水平轉動載物平臺包括用于支撐放置球形果蔬的水平轉動托盤和驅動水平轉動托盤轉動的轉動驅動機構，采集裝置還包括使用時將放置在所述水平轉動托盤上的球形果蔬繞球心做180°的上下翻轉的翻轉機構，該翻轉機構包括位于水平轉動載物平臺一側的沿上下方向延伸的支撐架，在支撐架的ー側裝配有夾持結構，該夾持結構包括沿上下方向可調的裝配在支撐架上的夾持座，在夾持座上轉動裝配有使用時用于夾持球形果蔬的可開合的兩個沿水平方向延伸的夾持臂，采集裝置還包括使用時位于水平轉動載物平臺水平ー側、且正對球形果蔬的球心的用于在球形果蔬轉動時采集球形果蔬的展開面圖像信息的側向攝像頭和位于水平轉動載物平臺上方、且正對球形果蔬的球心的用于采集球形果蔬的頂部和底部圖像信息的頂部攝像頭，所述側向攝像頭和頂部攝像頭的信號輸出端連接有圖像處理系統(tǒng)，所述的采集裝置還包括用于控制水平轉動載物平臺和翻轉機構工作時機及控制側向攝像頭和頂部攝像頭拍照采集圖像時機的控制系統(tǒng)。
4.根據權利要求3所述的基于機器視覺的球形果蔬圖像采集裝置，其特征在于所述的采集裝置還包括設置在頂部攝像頭和側向攝像頭附近的用于對待檢測的球形果蔬進行照射的光源。
5.根據權利要求4所述的基于機器視覺的球形果蔬圖像采集裝置，其特征在于所述的采集裝置還包括封閉的暗箱，所述的水平轉動載物平臺和翻轉機構對應的安裝在所述的暗箱中，所述的側向攝像頭和頂部攝像頭分別設置在所述暗箱的側箱壁和頂部箱壁上，所述的光源設在暗箱中。
6.根據權利要求5所述的基于機器視覺的球形果蔬圖像采集裝置，其特征在于所述的暗箱的內側面上涂覆有用于減少因反光對側向或頂部攝像頭的圖像采集影響的黑色亞光漆層。
7.根據權利要求3至6中任意一項所述的基于機器視覺的球形果蔬圖像采集裝置，其特征在于所述的水平轉動托盤上繞轉動中心的外側周向上均布有N個標記，N大于等于3，所述的采集裝置還包括用于檢測水平轉動托盤上的標記的光電傳感器，所述的光電傳感器的信號輸出端與控制系統(tǒng)相連通。
8.根據權利要求3至6中任意一項所述的基于機器視覺的球形果蔬圖像采集裝置，其特征在于所述的水平轉動托盤的朝向頂部攝像頭的側面上涂覆有用于減少因反光對側向或頂部攝像頭的圖像采集影響的黑色亞光漆層。
9.根據權利要求3至6中任意一項所述的基于機器視覺的球形果蔬圖像采集裝置，其特征在干所述的水平轉動托盤為圓盤，該圓盤的圓心位置處設置有用于放置待檢測的球形果蔬、并防止球形果蔬在轉動時出現(xiàn)滾動的凹坑。
10.根據權利要求3至6中任意一項所述的基于機器視覺的球形果蔬圖像采集裝置，其特征在干所述的水平轉動載物平臺固設在豎直方向上高度可調的安裝底座上，所述的安裝底座的下方布置有多個用于支撐安裝底座的水平滾輪。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于機器視覺的球形果蔬圖像采集裝置及其采集方法，將待檢測的球形果蔬繞經過球心的豎直中心軸線做定軸線轉動，由位于球形果蔬水平一側的側向攝像頭采集球形果蔬轉動時的展開面圖像信息，在側向攝像頭采集完成后，球形果蔬停止轉動，由位于球形果蔬正上方的頂部攝像頭采集球形果蔬的頂部圖像信息，將球形果蔬繞球心做180°的上下翻轉，由頂部攝像頭采集球形果蔬的底部圖像信息，最后將側向攝像頭和頂部攝像頭所采集到的圖像信息傳送到圖像處理系統(tǒng)。球形果蔬繞經過球心的豎直中心軸線做定軸線轉動，這使得該方法可以應用于空間有限的場合，便于滿足實驗教學和科學研究的需求。
文檔編號G01N21/892GK102692419SQ20121001064
公開日2012年9月26日 申請日期2012年1月15日 優(yōu)先權日2012年1月15日
發(fā)明者于慧春, 殷勇, 閻佳飛, 陶凱 申請人:河南科技大學