基于計算機視覺的細小顆粒團重量測量的研究

楊淇鈞 鎖雪萍 邱鴻帥 王以忠

（天津科技大學電子信息與自動化學院，天津 300222）

基于計算機視覺的細小顆粒團重量測量的研究

楊淇鈞 鎖雪萍 邱鴻帥 王以忠

（天津科技大學電子信息與自動化學院，天津 300222）

本文設計了一種基于計算機視覺的細小顆粒團重量測量系統。該重量測量系統主要包括攝像系統和細小顆粒團體積測量模塊兩部分，利用計算機視覺的方法，通過細小顆粒團體積的測量實現其重量的測量，該細小顆粒團重量測量系統可用于顆粒類藥品包裝、枕式包裝等。實驗驗證了本文提出的細小顆粒團重量測量系統的正確性。

重量測量 計算機視覺 細小顆粒團 圖像處理

隨著時代的進步與發展，計算機視覺［1-2］已經成為人工智能領域的重要組成部分，其研究使得計算機具有通過二維圖像認知三維環境信息的能力。計算機視覺處理技術主要依賴于圖像處理方法，經過處理后的輸出圖像的質量得到改善，既改善圖像的視覺效果，又便于計算機對圖像進行分析、處理和識別。

顆粒作為物質存在一種表現形式，在自然界、工業生產及日常生活的方方面面都存在。隨著工業的發展，對于顆粒狀物質的包裝重量的精確度要求越來越高，而傳統的顆粒狀物品包裝是通過直接稱重的方式進行的［3］，這種人工稱重的方式既浪費人力，又需要一定的經驗基礎且精度不夠、效率低。基于這種直接稱重方式的缺陷，本文在計算機視覺處理技術的基礎上設計了一種細小顆粒團重量測量系統，通過體積的測量進而實現質量的測量。

1　基于體積的細小顆粒團重量測量原理

基于計算機視覺的細小顆粒團的重量測量系統是利用計算機視覺技術實現質量測量的系統。其原理是在細小顆粒團包裝之前，通過測量其在底面積已知的灌裝器中的高度，進而得到顆粒團的體積，通過一定的比重計算出顆粒團物質的重量，在此過程中，攝像機與灌裝器的相對位置保持不變，對這一過程進行攝像，計算機通過圖像處理實現高度的測量。

2　系統設計

2.1系統總體設計

本文設計的基于計算機視覺的細小顆粒團的重量測量系統結構圖如圖1所示，系統主要由攝像機、灌裝器、計算機三部分組成。灌裝器在灌裝過程中，攝像機進行攝像，并將圖像數據上傳到計算機，計算機通過圖像處理實現灌裝器中物質的高度測量，得到高度信息后計算體積大小，進而實現重量的測量。

2.2攝像機選型

系統中選用的攝像機是PointGrey系列——FL2G-13S2C-C。是加拿大PointGrey公司的工業相機，加拿大PointGrey公司的工業相機以體積小，高性價比而著稱，被廣泛應用于中國的半導體、太陽能、激光加工、食品藥品和工程自動化等領域。該攝像機實物圖如圖2所示，其尺寸僅有29×29×72mm，最大分辨率/幀頻為1288× 964@30fps。

3　稱重灌裝模擬器

本文設計的細小顆粒團灌裝器如圖3（a）和（b）所示。由圖可知，灌裝器的灌裝口底面積是已知的，即只要測得灌裝器中顆粒團的高度，就可以通過體積計算得出其重量。細小顆粒團由灌裝口進入灌裝器，此時抽動板將灌裝器隔開成上下兩部分，如圖3（a）所示，當顆粒團達到要求的高度時，抽動板通過抽動使顆粒團下落進入包裝環節，如圖3（b）所示。

4　系統實現及測量實驗

實現了一套基于計算機視覺的細小顆粒團重量測量系統，系統實物圖如圖4所示。為驗證該系統的可靠性，對其進行了測量驗證實驗。

圖6電子天平稱重實物圖

果上傳到計算機，進行圖像處理，得到灌裝器內板藍根顆粒的重量為20.207g。

為驗證系統的可靠性，對實驗用到的板藍根顆粒放入電子天平進行稱重驗證。首先進行去皮稱量，稱量得到實驗中用到的小包裝袋的重量為0.447g，如圖6（a）所示，去皮后稱量板藍根的重量為20.000g，如圖6（b）所示。與電子天平稱量后的質量之間的誤差為1.035%。板藍根顆粒在包裝過程中的要求的誤差為±4.5%，實驗得到的誤差小于規定的誤差。

5　結語

本文設計并實現了一種基于計算機視覺的細小顆粒團重量測量系統，并進行了測量實驗及計算機視覺處理，計算機視覺處理得到的結果為20.207g，這與電子天平直接稱重得到的結果之間的誤差為1.035%，小于規定的誤差范圍。實驗結果證明本系統具有良好的實用性和可靠性。

［1］陳旭，呂小俊，賈志洋.淺談計算機視覺的發展及應用［J］.科技信息，2013，（16）：6-6.

［2］鄒慶華，張月雷.計算機視覺技術應用［J］.信息通信，2015，（12）：183-184.

［3賈麗娜，張輝，陳文慶.顆粒狀物料自動稱重機研究［J］.機電工程，2012，29（01）：46-48.