基于機器視覺的茶葉自動采摘機械手裝配系統設計研究

郭景全

（重慶電子工程職業學院，重慶 401331）

引 言

隨著科學技術的發展，我國在機器視覺系統方面的技術研究也正變的日趨成熟化，這使得機器視覺技術得以被應用于諸多領域。在茶葉產業發展中，機器視覺在該產業中具有極大的應用優勢，機器視覺能夠實現對茶葉產品等級進行精準分類檢測，此外還能應用于茶葉產品的包裝檢測，更為重要的是，通過機器視覺技術的應用，還能設計出自動化采摘機械手裝配系統，利用該系統可大幅提升茶葉的采摘效率，保障其采摘質量，進而實現對茶葉產品質量的源頭化控制，而在此過程中，必須要確保機器視覺這一先進技術的應用優勢得到充分發揮。機器視覺技術所具有的最顯著特點便是能夠利用其技術優勢，使茶葉產業的生產活動實現自動化，并確保產品生產靈活性。通過機器視覺技術，能夠對傳統的人工視覺技術進行有效代替，從而使其能夠從事復雜的生產活動，進而使生產活動的開展效率及其自動化水平得到進一步提升。

1 機器視覺的特點與優勢分析

現階段，科技的飛速發展，使我國迎來了人工智能時代，人工智能技術也得以被廣泛應用于航空航天、智慧城市、交通道路等諸多領域，而機器視覺技術作為現代化技術中的一種，隨著該技術的日趨成熟，其與人工智能技術的結合應用也變得愈發深入。通常來說，機器視覺技術是以機器為載體來對人工進行代替，以此實現對目標的精準測量和評判。通過機器視覺技術，可借助于CCD與CMOS這兩種機器視覺裝置來實現對目標內容的信息采集，以此獲得目標的相關信息，這些信息會以信號的方式進行傳輸，然后系統會對信號進行一系列的轉換，以使其成為相應的數據圖像信號元素，然后在實時傳輸至圖像處理機制，從而使目標的具體數據信息得以被全面獲取。在對機器視覺技術進行應用時，需要對目標的顏色、形狀、尺度、亮度等多種基本信息進行信號采集，使其成為一種數字信號，然后通過一系列的數據運算，以此對目標中的這些基本信息進行獲取。對于機器視覺技術來說，其屬于一種綜合性的技術，在該技術中涉及到了光學成像技術、圖像增強技術、圖像信息處理技術以及模擬數字技術等多種現代化技術的應用，進而使機器視覺技術在應用過程中取得最佳效果。

以客觀角度來看，在計算機視覺應用系統中。需要應用到大量的模塊，這些模塊有著不同的功能，例如有些模塊能夠對圖像進行捕捉，有些模塊能夠對圖像進行數字化處理，還有一些模塊負責智能化判斷以及機械控制執行等。機器視覺系統的技術優勢體現在其能夠實現柔性化生產，進而使生產活動具備較高的自動化程度。對于一些生產活動來說，僅僅依靠人工視覺是無法滿足其生產要求的，此時便要通過機器視覺來對傳統的人工視覺進行代替，或是在產品的大批量生產中，通過機器視覺應用能夠有效彌補傳統的人工視覺在進行檢查時存在的精準度不足、效率不高等不足。當然，機器視覺技術的應用，能夠有助于對目標信息的采集，進而使生產活動的產業要求得到有效滿足。在本文中，對茶葉產品進行自動采摘時，需要確保茶葉在采摘過程中保證茶葉產品的質量。因此，利用機器視覺來實現對茶葉的鏡頭采摘FOV（Field ofVision）是非常重要的，在此過程中，需要對機器視覺的焦距進行合理控制，確保對視覺信息采集的工作距離進行嚴格把控，這樣才能使拍攝效果達到最佳。在機器視覺系統中，最為關鍵的環節便是圖像采集，因此，確保采集活動的可靠性，能夠對圖像的模擬效果及其采集色彩、數字信息采集等產生決定性的影響。在對茶葉進行自動化采摘過程中，通過機器視覺來對茶葉產品的圖像進行信息采集時，其采集內容并不僅僅包括圖像信息，并且整體測量、信息顏色以及數量等都有著不同的差異。因此，對于茶葉產品而言，在對茶葉進行采摘時是無法鑒定其雜質形狀的。當然，在對茶葉進行自動化采集過程中極易因快速運動而使得茶葉產品的光線出現反射現象，進而使噪聲減小，這樣便可使信息數據得以被實時采集。實際上，由于外界環境諸多因素的影響，在機器視覺應用過程中對圖像的處理必須要重視其采集系統化算法，利用機器視覺，來提取被檢測對象所具有的雜志特征，依據其具體模式來進行準確識別，進而使分析效果達到最佳。在對茶葉產品的圖像進行識別過程中，以及在對茶葉產品信息進行篩選以后，還要根據相應的數據庫來有效管理這些信息內容，以此確保茶葉自動采摘機械手裝配系統達到最為理想的應用效果。

2 茶葉自動采摘機械手裝配系統設計應用背景認識

一直以來，在通過傳統人工視覺對茶葉進行采摘與生產時，經常存在茶葉采摘質量較差、采摘效率不高等問題。為了解決這些問題，實現對茶葉產品的自動化、智能化采集，提高茶葉采摘質量及效率，就有必要將機器視覺技術應用于其中，以此代替傳統的人工視覺實現對茶葉產品的自動化采摘。為此，需要以機器視覺技術作為核心來對茶葉自動采摘機械手裝配系統進行設計，在基于機器視覺的茶葉自動采摘機械手裝配系統中，需要應用相機來對茶葉產品的圖像進行采集，然后將這些采集的茶葉產品圖像信息實時發送至自動采摘機械手裝配系統的中央處理單元之中，由系統中央處理單元根據其預先設定的茶葉圖像處理機制來實現信息處理。在此過程中，系統會結合BLB（Blob Analysis）進行分析，然后實施二值化（Binary Thresholding）處理，這樣在獲取的圖像中，便可將茶葉的產品信息從BLB中提取出來，進而使茶葉的采摘位置信息得以被系統進行精確的定位，然后系統會下達控制命令來驅動自動化茶葉采摘機械手進行工作，使機械手能夠進行一系列的角度旋轉，從而確保機械手能夠伸向指定的裝配位置，這樣便可實現對茶葉產品的自動化采集。

依據茶葉產品自動化采摘實驗效果來看，對于茶葉自動采摘機械手裝配系統而言，其具有極高的茶葉產品采摘精準度，這使其能夠取得非常理想的茶葉采摘效果，進而滿足我國茶葉產業的生產要求。茶葉作為人們在日常生活中經常飲用的一種產品，其自身具有極高的經濟效益。現階段，隨著茶葉產業的不斷發展。人們也愈發重視對產業中的不同茶葉產品實施精準分類，通過一系列的深加工，以使機器視覺技術充分發揮其應用優勢，進而使茶葉產品形成完善、健全的等級分級和識別機制。在現代化社會中，我國需要大力應用現代化技術，這將進一步加快我國茶葉產業的轉型升級，因此，對茶葉產品進行精準分類，實現茶葉產品的品質檢測，是非常重要的。在對茶葉產品的品質進行分級過程中，視覺便成為實現其品質分級的重要依據和標準，而制定一個完善的顏色辨別機制，是確保茶葉產品實現精準分級的核心所在。現階段，人們已經普遍采用his顏色系統，該系統可在自然狀態下有效分析與檢測茶葉色澤，進而使茶葉實現精準分類。

3 基于機器視覺的茶葉自動采摘機械手裝配系統設計

通過對我國在茶葉產業中的發展現狀及其發展趨勢進行結合分析，可以了解到茶葉產品的色澤、口感及質量是評價其產品品質的重要指標，只有側重于這些指標的評價，才能使茶葉產品的品質得以不斷提升，這對于促進茶葉產業發展具有重要影響。所以茶葉企業需要確保能夠對現代化技術進行充分運用，使現代化技術的應用優勢得以充分發揮，以此在確保茶葉產品采摘效率不斷提升的同時，使茶葉產品能夠形成規模化采摘。在對茶葉進行采摘時，還需要防止可能出現的盲目性，并且還要盡可能的避免出現無篩選的采摘活動，特別是對許多規模較大的茶葉產業園來說，其茶葉采摘工作量是非常大的，如果茶葉采摘過于盲目或不經篩選，勢必會對茶葉的采摘質量造成嚴重影響。所以，機器視覺技術在茶葉自動化采摘中需要發揮其應有的技術優勢，以便于科學設計茶葉自動化采摘機械手裝配系統，進而推動茶葉產業向著自動化、智能化的方向發展。對于茶葉產業來說，其在科學技術的帶動下，其產業成熟度必將不斷提升，而這也將成為該產業未來發展中必然提出的重要核心訴求。在對茶葉進行實際采摘過程中，茶葉產品要想實現自動化采摘，還可以對蘋果，棉花等其他農產品在自動采集中所積累的經驗進行直接借鑒。在茶葉產業生產中，對茶葉產品的自動化采摘往往需要消耗大量的時間，要想使茶葉產業的茶品品產品品質得到全面提升，使其產業結構得以快速升級轉型，就必須要對自動化技術的應用優勢進行充分發揮，使自動化技術能夠被有效應用于茶葉產業中。在對基于機器視覺的茶葉自動采摘機械手裝配系統進行設計時，需要確保機器視覺的優勢得到全面發揮，使茶葉自動采摘機械手能夠對茶葉的所在位置進行自動化檢測與尋找，進而確保機械手在系統的驅動下到達茶葉所在位置，并利用機械手來進行采摘，從而使茶葉產品真正實現自動化采摘。

在基于機器視覺的茶葉自動采摘機械手裝配系統設計中，需要應用到visulstudio軟件，該軟件是實現茶葉自動采摘機械手自動化控制功能的重要基礎性軟件。在通過visulstudio軟件來控制茶葉自動采摘機械手進行自動化采摘時，需要對該軟件的控制程序進行合理的編寫，在此過程中，就需要采用c加加語言來實現程序編寫。在基于機器視覺的茶葉自動采摘機械手裝配系統中，通過控制系統與立體視覺系統的結合應用，以此實現對茶葉所在位置的準確定位，特別是系統還能將茶葉相關信息實時發送至中央處理部分，以確保中央處理部分能夠下達控制指令，以此驅動機械手到達指定位置，進而滿足茶葉的自動化采摘要求。在此過程中，茶葉自動采摘機械手還要應用行星匹配方法，該方法能夠對茶葉信息的采集距離進行合理調整，進而在確保技術優勢得到充分發揮的基礎上，實現對茶葉產品的精確定位。在基于機器視覺的茶葉自動采摘機械手裝配系統設計中，其能否對茶葉進行采集，關鍵取決于立體視覺系統以及定位圖像處理算法。在應用該系統時，茶葉產業圖像在處理過程中，還需要應用cany邊緣檢測算法，該算法能夠對茶葉的邊界圖像進行準確獲取，從而確保機械手在自動采摘過程中不會出現偏差，這樣也能有效保障茶葉的采摘質量。

4 結語

總而言之，在市場競爭環境日益激烈化的背景下，茶葉企業在發展過程中，仍舊有許多挑戰需要面對。而這就需要茶葉企業能夠以大眾訴求和時代訴求為發展指導，充分運用現代化科學技術，并將科學技術作為茶葉企業得以不斷發展的重要驅動力量，從而確保機器視覺技術在實現茶葉自動化采摘方面的技術優勢得到充分發揮，使其能夠實現對茶葉產品的智能化識別，并以機器視覺技術為核心通過茶葉自動化采摘機械手裝配系統的設計，以此實現對茶葉產品的自動化采摘，在提高茶葉采摘效率及品質的同時，從源頭上保障茶葉產品的品質，進而全面推動我國茶葉產業的快速發展，使茶葉產業能夠在高新技術的有力支持下實現其產業結構的轉型升級。