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基本信息

项目名称:
棉花加工含杂率检测系统研究
小类:
机械与控制
简介:
本课题利用机器视觉技术与传感器检测技术相结合实现棉花含杂率检测。加工中的棉花通过一个扁平的透明管道进入本检测系统,通过CCD相机拍照,获取含杂棉花的实时图像,并传送给图像处理器进行处理,检测得到图像中棉花所含杂质的面积及杂质率,将结果保存,并传送给控制器,由控制器根据一定的控制策略控制喷气阀等剔除装置,对检测到得杂质超标的棉花进行剔除动作。
详细介绍:
本课题利用机器视觉技术与传感器检测技术相结合实现棉花含杂率检测。首先是图像采集系统的搭建。在含杂棉花的图像采集过程中,需要在合适的光源配合下,通过CCD相机拍照,获取含杂棉花的实时图像。其中光源的亮度、类型,镜头的参数,相机的选取以及这几部分的配合等因素对所采集图像的质量有很大的影响。因此,需要对棉花所含杂质的特征进行深入调查统计和研究,并根据这些实际情况来合理搭建图像采集系统。在采集到合适的图像后,需要对图像进行处理以突显杂质,这也是比较关键的一步。棉花所含杂质包括丙纶丝、麻袋片、碎叶、头发丝等,这些异物在图像中成像明显度不一,因此在进行图像处理时需要选择合适的算法,包括去噪滤波的算法、二值化算法、连通性分析算法、分析判断的算法等,并对不同算法的处理效果进行比较,确定并实现最终的处理算法。为提高本课题知识产权的自主程度,本课题所采用的图像处理器采用PC机加图像采集卡,而图像处理算法的实现以及人机交互界面、数据库和通讯软件的实现都欲在Visual C++平台上完全自主开发。最后对整个系统进行整体测试并进行优化。

作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

由于目前国内对棉花加工过程中杂质率检测的自动化程度很低,大部分还只限于人工检测,使得棉花加工的效率低,而且加工出的成品质量参差不一。本课题将机器视觉技术与现代检测技术相结合,通过对棉花图像采集系统的搭建及图像处理方法的深入研究,实现棉花加工过程中棉花杂质的检测,从而有效提高棉花的加工质量及生产效率。通过CCD相机拍照,获取含杂棉花的实时图像,并传送给图像处理器进行处理,检测得到图像中棉花所含杂质的面积及杂质率,将结果保存,并传送给控制器,由控制器根据一定的控制策略控制喷气阀等剔除装置,对检测到得杂质超标的棉花进行剔除动作。 主要技术指标有: (1)能够检测出长于5mm的头发丝等细物; (2)能够检测出面积大于1mm*1mm的枝叶、布条等杂物; (3)检测时间能够达到每帧图像小于50ms; (4)能够实现与上位机的通讯,将每次检测的棉花杂质面积、杂质率、以及检测和处理的图像等数据传送给上位机进行数据库存储,以进行对历史数据进行查看操作,同时能够接收上位机发送的检测参数,实现远程参数设置。

科学性、先进性

本项目通过机器视觉技术对棉花在加工过程中所含杂质进行检测,从而为后面去杂工作做好准备。 目前棉花杂质检测主要的应用技术有光电检测技术、超声波检测技术和机器视觉检测。光电式是采用光电三极管对棉花中的异纤进行识别,主要是通过异纤与棉花的色差反应到光电管的电流差别,经信号放大、处理比较来识别。这种方法原理简单,制造成本低,但是由于是靠色差识别异纤,所以与棉花相近颜色的异纤无法识别,稳定性差。同时,光电管的选择必须选用高品质特定产品,否则光电管的灵敏度衰减太快,影响寿命,成本高。超声波优点是不论异纤是什么颜色,白色或有色都能检出,是通过物体表面的密度差别识别异纤的。但超声波是声波,传输速度没有光波快,对异纤的识别反映速度慢,当异纤在传输通道中移动速度较快时,来不及识别。机器视觉检测即采用图像处理的方式进行检测。机器视觉检测能检出细小异纤,而且检测范围广,性能稳定,比其它几种效果都好,是棉花杂质检测技术的发展趋势。

获奖情况及鉴定结果

本作品在2011年5月14日于山东大学举办的第十二届“挑战杯”山东大学学生课外学术科技作品竞赛终审决赛暨作品展示会中获得一等奖。

作品所处阶段

中试阶段

技术转让方式

专利技术转让

作品可展示的形式

软件、图片

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

该项目采用机器视觉图像处理技术进行棉花含杂率的检测,其检测精度和检测速度较其它的检测技术要高的多。同时,在进行图像处理时,我们利用了分块二值化等算法,将算法的执行时间和复杂度充分结合起来,使得能够在最短的时间内达到合适的检测精度,较其它对棉花检测算法的研究,本算法更具实时性。该项目适用于当今棉花从原棉到成棉加工过程中的杂质检测。随着国内尤其新疆地区棉花采摘逐渐由人工手采向大规模机采过度,采摘时引进的杂质增多,因此,国内对棉花加工过程中的杂志检测设备需求也逐渐增多。因此,本项目有着广阔的推广前景和市场空间。

同类课题研究水平概述

1.国外棉花加工研究现状 美国作为世界上重要的棉花生产国和出口国,其棉花加工技术与设备在世界上处于领先水平。近十余年来,美国致力于棉花加工成套设备的完善工作和棉花加工过程的计算机智能化的应用模拟设计,以提高机械化、自动化程度。棉花加工采用棉模新工艺,田间被机械采摘完后的籽棉,均由成套的专门设备运输、储存和送往棉花加工厂,各道工序衔接顺畅,节省了大量劳动力和仓库建设。在棉花加工厂内,籽棉采用输送带输送或气力输送,并能按需要进行自动控制。美国已研究设计了几种棉花加工过程计算机模拟模型,能在加工过程中自动检测棉花的含杂率等参数,并自动控制加工过程。 2.国内棉花加工研究现状 受棉花种植模式的限制,我国的籽棉以人工采摘为主,机械采棉近几年才开始在新疆少数地区试点,因此我国的棉花加工工艺以手摘棉为主,机采棉加工也只是在新疆小范围内应用。我国现在的棉花加工工艺是在传统工艺的基础上,吸收了国外先进棉花加工工艺中的自动化控制、籽棉烘干、皮棉清理等装置,并结合我国棉花生产、收购的特点制定的。因此,在生产中存在不少问题,如在生产中缺少必要的在线检测和反馈环节。这就促使了棉花加工过程中的在线检测技术的研究。
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