基本信息
- 项目名称：
- 基于机器视觉的水果PLC分级器研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本项目基于机器视觉对水果自动分级系统进行研究。主要的研究内容分为四大部分：第一部分为水果图像的动态采集；第二部分为水果图像的预处理；第三部分为水果大小的动态分级研究；第四部分为基于PLC的水果自动分级系统研究。在本文中，水果的自动分级过程为首先根据水果的分级标准对水果外部品质做出评价，获得其等级，再而由PLC技术实现水果的自动分级。
- 详细介绍：
- 在此，我们将详细介绍以上所述的四部分研究内容。 第一部分：水果图像的动态采集。我们采用大恒图像的DH-HV-U系列数字摄像机进行实验，试验时，首先通过调节CCD 摄像头的焦距和水果输送翻转部分的速度，使采集到的水果图像清晰，然后在MATLAB中编写程序使CCD 摄像头采集水果图像。 第二部分：水果图像的预处理。本项目所设计的分级系统对水果图像的识别处理过程由以下几个部分组成：水果图像的预处理和特征参数提取，其中预处理一般又包括平滑去噪、背景分割等。 第三部分：水果大小的动态分级研究。由CCD摄像头采集到的水果图像是二维的平面图，可由投影面积来计算水果表面积进而近似求出水果大小。其中，水果的投影面积在图像中是通过统计水果像素点数来计算的。 第四部分：基于PLC的水果自动分级系统研究。我们在LbView中实现MATLAB与三菱的通讯，使得水果自动分级时，可以通过计算机直接控制分拣机构执行动作，完成水果的分级。 本项目用大恒图像的DH－HV-U系列数字摄像机和光机电一体化实训考核装置搭建了实验平台， 当水果通过传送带传送到摄像室，摄像头将水果图像采集到计算机内部，然后再对图像进行处理，由水果分级等级驱动PLC作为执行机构，实现分级。这种设备价格便宜、速度快、信息存储量大、功能多而且可以定量测量、易实现自动化生产。
作品图片
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
- 我国是世界第一水果生产大国，但是由于分级设备与技术的落后使得我国农产品产后处理水平太低，致使国产水果的外观质量较差，缺乏市场竞争力。近年来，国外基于机器视觉的水果分级系统已经开始了商业化应用，而我国这方面的研究仍处于起步阶段，鉴于此，本项目对基于机器视觉的水果外形分级技术展开了研究。 本项目中，水果自动分级时，由安装在传送带上的CCD摄像头采集水果动态图像，随后采用图像处理算法对水果图像进行预处理和特征提取，融合水果的大小、缺陷等指标设计水果品质分级器，通过PLC发出控制信号使得水果由不同的通道流出，实现对水果的分级。 作品的创新在于（1）融合水果的各单项指标的水果品质分级器设计。（2）基于机器视觉和PLC的水果分级平台的搭建。
科学性、先进性
- 目前我国水果的主要分级方法是人工分级。这种方法所用设备简单，但是需要大量的劳动力，劳动强度大，经济效益不好。同时这种主观评定受到个人视力、颜色鉴别能力、情绪等因素的影响较大，效率低，分级的精度也很差。 而我们研究开发的基于机器视觉和PLC的分级器，能够综合考虑水果的大小、颜色、缺陷等指标实现自动分级。水果通过传送带传送到摄像室，摄像头将水果图像采集到计算机内部，然后再对图像进行处理，由分级器的结果驱动PLC作为执行机构，实现分级。这种设备价格便宜、速度快、信息存储量大、功能多而且可以定量测量、易实现自动化生产。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品在2010年12月学校举办的“第四届课外学术科技作品竞赛”中获得二等奖。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、现场演示、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
- 我国是水果生产大国，但并不是水果产业强国。造成这种局面的一个主要原因就是我国农产品产后处理水平太低。发达国家对即将上市的水果要进行精选、分级、清洗、打蜡、防腐保鲜、精细包装等商品化处理，以提高附加值。而我国由于检测与分选手段的落后，致使国产水果的外观质量较差，缺乏市场竞争力。研究基于机器视觉和PLC的水果分级技术，通过参数的修改可以应用于多种水果的分级，对提高我国果品商品化处理水平和能力、缩小我国与发达国家的技术差距、提高我国果品在国际贸易中的竞争力和贸易份额，具有十分重要的意义和广阔的应用前景。
同类课题研究水平概述
- 国外研究者从20世纪80年代中期开始了水果分级的研究。国外的水果自动分级方法主要通过CCD摄像头采集图像，采用计算机分析处理等手段对水果逐一进行分析判别。在利用机器视觉技术进行水果品质检测与分级方面已经取得了较大的进展，并有许多成功的经验值得借鉴。以美国为例，在上世纪90年代后期，已有实用化的基于机器视觉的水果分级产品生产，为美国的水果产业带来了巨大的经济效益。 国内的水果自动分级研究起步较晚，中国农业大学的刘禾和汪懋华较早开始研究苹果自动分级的图像分割问题，浙江大学的应义斌等人对苹果、柑橘、黄花梨等水果进行了较深入的研究，陈晓光、王江枫、张泰岭也进行了水果分级方面的研究。国内科研院所大多着力于水果品质静态单品质检测的研究，从事水果自动分级装置及多品质融合分级器研究的还不多，而实际应用中更需要动态的检测及多品质融合的分级，所以这些领域具有较为广阔的研究和开发的空间。
