基于機(jī)器視覺(jué)的核桃分揀裝置

劉振興，田 旭，沈 博，任志誠(chéng)

（河北省保定市南市區(qū)河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，河北 保定071001）

自動(dòng)化開(kāi)發(fā)是社會(huì)資源綜合控制的有效方式，它不僅為社會(huì)資源綜合調(diào)控提供了可靠的保障，還實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用。研究表明，將自動(dòng)化技術(shù)巧妙的融合到社會(huì)生產(chǎn)中來(lái)，能夠提升實(shí)踐工作效率，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展速率的提升。由此，關(guān)于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在核桃分揀裝置中的融合分析，將為技術(shù)的科學(xué)性整合規(guī)劃提供了參考與剖析。

1 機(jī)器視覺(jué)技術(shù)概述

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，是一門(mén)涉及人工智能、神經(jīng)生物學(xué)、心理物理學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)科、圖像處理、模式識(shí)別等，諸多交叉學(xué)科的技術(shù)形式［1］。該技術(shù)科學(xué)利用計(jì)算機(jī)程序來(lái)模擬視覺(jué)功能，從客觀事物中提取圖像信息，并加以處理理解，最終達(dá)到實(shí)驗(yàn)檢測(cè)、測(cè)量和控制的目的［2］。

以核桃分揀為例，對(duì)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行探究，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)是利用模擬視覺(jué)功能進(jìn)行核桃圖像采取，然后通過(guò)光源、計(jì)算機(jī)、PLC技術(shù)、脈沖編碼器對(duì)圖像信息進(jìn)行識(shí)別分析，最后系統(tǒng)按照?qǐng)D形反饋回來(lái)的結(jié)果進(jìn)行核桃分揀處理。以上所敘述的案例內(nèi)容，就是核桃分揀技術(shù)在實(shí)際中應(yīng)用的具體體現(xiàn)。

2 基于機(jī)器視覺(jué)的核桃分揀裝置

機(jī)器視覺(jué)處理技術(shù)，是現(xiàn)代技術(shù)綜合應(yīng)用的代表，為了進(jìn)一步彰顯出新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，就要明晰其應(yīng)用要點(diǎn)：

圖像信息采集。圖像信息采集，是自動(dòng)控制技術(shù)科學(xué)運(yùn)用的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，該部分的系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用主要包括：CCD鏡頭、工業(yè)相機(jī)、圖像采集卡、以及光源技術(shù)四部分［3］。其中CCD鏡頭，主要負(fù)責(zé)進(jìn)行攝像結(jié)構(gòu)的聚焦調(diào)節(jié)，并應(yīng)用濾光等對(duì)準(zhǔn)備攝影的圖像進(jìn)行影像采集。如，核桃成色分析等。工業(yè)相機(jī)，則是借助CCD傳達(dá)的交感信號(hào)進(jìn)圖像感信息反饋，是圖片影像資源的主要反饋渠道，綜合調(diào)控的主要形式。核桃圖像信息的模擬框架。而圖像采集卡，是在圖像信息收集的連接端口處進(jìn)，行數(shù)據(jù)采集模擬信號(hào)的高度對(duì)接。光源技術(shù)，是指在LED光源之上，對(duì)齒輪照明期間的圖像信息進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)。

如，借助機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行核桃分揀期間，自動(dòng)分揀裝置利用自動(dòng)化處理體系進(jìn)行物資分揀處理期間，系統(tǒng)自動(dòng)化控制環(huán)節(jié)就會(huì)先進(jìn)行圖像信息采集。其操作要點(diǎn)可歸納為：①CCD鏡頭在程序內(nèi)開(kāi)始傳輸核桃時(shí)，對(duì)核桃進(jìn)行圖像采集；②工業(yè)相機(jī)將外部鏡頭收集到的信號(hào)，以數(shù)字編碼的形式傳輸?shù)絻?nèi)部控制體系下；③當(dāng)采集信號(hào)從最初的虛擬影像轉(zhuǎn)換為真實(shí)影像后，影像信息立即在端口處尋找到與之匹配的信息模型；④當(dāng)CCD攝像窗口在不斷的核桃影像拍攝期間，LED環(huán)節(jié)將通過(guò)圖像攝影處理的方式，對(duì)拍攝到的圖像進(jìn)行區(qū)分。

對(duì)于視覺(jué)調(diào)控技術(shù)在核桃分揀裝置中的應(yīng)用探究，主要是從圖像信息采集的視角上，對(duì)視覺(jué)調(diào)控結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)的科學(xué)性調(diào)配。同時(shí)，數(shù)字化技術(shù)深入性剖析期間，也善于利用數(shù)字化技術(shù)，進(jìn)行核桃分揀過(guò)程的圖像對(duì)應(yīng)性采集。

3 核桃分揀程序計(jì)算

核桃分揀程序計(jì)算，也是說(shuō)核桃分揀就的挑選過(guò)程。一方面，數(shù)字化處理程序是利用色度的分辨情況，對(duì)核桃質(zhì)量的好壞進(jìn)行初步判定；另一方面，核桃分揀程序通過(guò)矢量條件等判定，二次進(jìn)行核桃的質(zhì)量。這一系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型式的分揀過(guò)程，就是機(jī)器視覺(jué)在核桃分揀裝置中應(yīng)用的具體體現(xiàn)。

如，某企業(yè)主要進(jìn)行核桃加工處理，為了提升企業(yè)產(chǎn)品的加工速率，就借助機(jī)器視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行核桃分揀。該程序?qū)嶋H應(yīng)用期間，在系統(tǒng)影像采集處理基礎(chǔ)之上，進(jìn)行了核桃質(zhì)量的篩選計(jì)算。本次技術(shù)應(yīng)用的要點(diǎn)可歸納為：①機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在核桃分揀器內(nèi)部建立了一個(gè)自定義判斷程序，該程序分為“是”和“否”兩個(gè)窗口。如果單個(gè)核桃皮的表面色彩符合成熟核桃的色彩標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量判斷時(shí)，程序執(zhí)行“是”；反之，若核桃影像所拍攝到的色彩度與標(biāo)準(zhǔn)色彩代碼之間有差異，系統(tǒng)就會(huì)執(zhí)行“否”命令；②核桃分揀裝置對(duì)第一次記錄的結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)記錄后，繼續(xù)執(zhí)行分揀層序。該部分主要是從核桃質(zhì)量層面進(jìn)行判斷。假設(shè)本次核桃質(zhì)量檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)為“7-10g”為成熟核桃的標(biāo)志。系統(tǒng)進(jìn)行篩選時(shí)，所有不在該區(qū)間中的核桃都將執(zhí)行“否”判斷，其他執(zhí)行“是”。③最后，系統(tǒng)將系統(tǒng)兩次自動(dòng)化程序判斷后的結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，將兩次均執(zhí)行“是”的核桃歸為一類，并繼續(xù)保留，將結(jié)果均為“否”的核桃直接輸出，將兩次“是、否”參半的歸為一類，也繼續(xù)保留。

本小節(jié)中所描述的，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在核桃自動(dòng)分揀裝置中的應(yīng)用程序分析過(guò)程的論述上，一方面技術(shù)是從核桃的外部成色上進(jìn)行核桃情況的判定，一方面是從核桃的質(zhì)量視角上進(jìn)行處理優(yōu)化。這樣的技術(shù)探究方法，不僅可以保障核桃選擇的外觀，也可以保障核桃的內(nèi)部品質(zhì)。

（1）PIC程序操作。PIC程序，是微控編程數(shù)字控制技術(shù)，它可以通過(guò)程序編寫(xiě)、單片機(jī)等，進(jìn)行自動(dòng)化程序結(jié)構(gòu)的優(yōu)化控制。為了充分發(fā)揮機(jī)器視覺(jué)處理技術(shù)在核桃分揀工作中的優(yōu)勢(shì)，也可以借助PLC程序，更進(jìn)一步對(duì)核桃分揀的品質(zhì)進(jìn)行細(xì)化。如果我們只是利用機(jī)器視覺(jué)處理技術(shù)中的程序計(jì)算進(jìn)行核桃分揀，系統(tǒng)只能從核桃的初步形態(tài)視角上進(jìn)行質(zhì)量的篩選。但隨著消費(fèi)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)逐步激烈，消費(fèi)者的購(gòu)買需求也有了不同程度的提升，為了更進(jìn)一步提升核桃分揀的質(zhì)量，就可以借助PLC技術(shù)進(jìn)行核桃優(yōu)化分揀。

如，某企業(yè)進(jìn)行核桃生產(chǎn)處理期間，就在機(jī)器視覺(jué)處理技術(shù)中融合到核桃分揀程序后，又利用了PLC技術(shù)進(jìn)行核桃生產(chǎn)資源的優(yōu)化。本次核桃分揀技術(shù)的技術(shù)操作要點(diǎn)可歸納為：①在原有數(shù)字化程序的基礎(chǔ)上，運(yùn)用PLC單片機(jī)建立了核桃規(guī)格的檢驗(yàn)裝置；②在初步質(zhì)量和色度選擇都合格的狀態(tài)下，PLC程序再通過(guò)核桃圓潤(rùn)程序、大小等外部硬性條件的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行帥選。本次所有合格產(chǎn)品均通過(guò)優(yōu)質(zhì)加工端口輸出，不合格核桃從普通端口輸出。③核桃處理裝置在質(zhì)量與色度兩者具有一方面的部分資源進(jìn)行分檔式選擇。即，PLC程序中設(shè)計(jì)了一個(gè)核桃色度與質(zhì)量處理渠道，將所有核桃色度一般，但質(zhì)量達(dá)標(biāo)的一等商品；而色度較好，但質(zhì)量不達(dá)標(biāo)作為二等。一等作為可以作為一般性核桃，二等核桃則要直接進(jìn)行嚼碎處理，直接轉(zhuǎn)為原料進(jìn)行回收利用。

以上關(guān)于機(jī)器視覺(jué)處理技術(shù)在核桃分揀技術(shù)中的應(yīng)用，是PLC技術(shù)實(shí)際中應(yīng)用的具體體現(xiàn)，它可以對(duì)機(jī)器視覺(jué)處理技術(shù)中的核心環(huán)節(jié)進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)了核桃分揀后裝置的進(jìn)一步優(yōu)化。

（2）脈沖編碼器選擇處理。機(jī)器視覺(jué)處理技術(shù)在核桃分揀程序中的應(yīng)用，也體現(xiàn)為利用脈沖代碼進(jìn)行信息資源的綜合分析。其一，機(jī)器視覺(jué)處理技術(shù)操作期間，所有的核桃分揀處理環(huán)節(jié)的信息，都是借助脈沖編碼器，實(shí)現(xiàn)從視覺(jué)圖像到傳輸信息的綜合調(diào)控信息反饋進(jìn)行周期循環(huán)。其二，核桃分揀過(guò)程中，系統(tǒng)以CCD系統(tǒng)為基礎(chǔ)，進(jìn)行處理信息的綜合調(diào)控與分析，這樣圖像信息為基礎(chǔ)的機(jī)器視覺(jué)處理方法，也是核桃準(zhǔn)確分揀的技術(shù)保障。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，基于機(jī)器視覺(jué)的核桃分揀裝置，是數(shù)字化技術(shù)綜合運(yùn)用的理論要點(diǎn)歸納。在此基礎(chǔ)上，本文通過(guò)圖像信息采集、核桃分揀程序計(jì)算、PIC程序操作、以及脈沖編碼器選擇處理四方面，對(duì)核桃分揀裝置中的數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行要點(diǎn)剖析。因此，文章研究結(jié)果，將為數(shù)字化技術(shù)綜合探索提供參考與借鑒。