獼猴桃在線檢測(cè)分級(jí)系統(tǒng)集成及試驗(yàn)研究.pdf

1、水果檢測(cè)分級(jí)技術(shù)在眾多產(chǎn)后加工環(huán)節(jié)中起著關(guān)鍵性的作用，通過(guò)分級(jí)，可將不同級(jí)別的水果按質(zhì)論價(jià)，改變以往混級(jí)混賣，水果價(jià)格難以提升的現(xiàn)象，改善果農(nóng)的收入狀況。為了實(shí)現(xiàn)獼猴桃品質(zhì)的在線無(wú)損檢測(cè)和分級(jí)，本文進(jìn)行了基于機(jī)器視覺(jué)與可見(jiàn)/近紅外光譜技術(shù)的獼猴桃外形尺寸與糖度在線檢測(cè)分級(jí)系統(tǒng)的集成及試驗(yàn)研究，具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)獼猴桃外形尺寸與糖度在線檢測(cè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析，確定出在線檢測(cè)機(jī)構(gòu)的功能要求，給出

2、了在線檢測(cè)機(jī)構(gòu)的總體方案，并進(jìn)行設(shè)計(jì)、試制。其中機(jī)器視覺(jué)部分以攝像頭、攝像頭安裝支架、光源以及位置傳感器等為主要部件，通過(guò)對(duì)幾種光源的對(duì)比，確定圖像采集補(bǔ)光光源的類型為L(zhǎng)ED貼片燈帶光源，針對(duì)傾斜式獼猴桃輸送平臺(tái)對(duì)角度可調(diào)節(jié)的攝像頭安裝支架進(jìn)行了設(shè)計(jì)，支架角度調(diào)節(jié)范圍為120°;光譜檢測(cè)部分主要由光譜儀、鹵素光源、光纖移動(dòng)機(jī)構(gòu)、測(cè)距傳感器等組成。為了實(shí)現(xiàn)光譜檢測(cè)距離的調(diào)整，設(shè)計(jì)了一種豎直導(dǎo)軌滑臺(tái)機(jī)構(gòu)，通過(guò)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，從而帶動(dòng)機(jī)構(gòu)

3、上下運(yùn)動(dòng)，直線導(dǎo)軌的行程為100 mm。
　　(2)在線檢測(cè)分級(jí)裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)在線檢測(cè)分級(jí)裝置的工作過(guò)程及控制系統(tǒng)性能要求明確了控制系統(tǒng)總體方案。分別對(duì)在線檢測(cè)部分圖像及光譜數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行了選擇并完成了相關(guān)處理程序的編寫與調(diào)試。對(duì)整個(gè)檢測(cè)分級(jí)裝置控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件和軟件部分的集成，完成了系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的控制要求;對(duì)系統(tǒng)軟件操作界面進(jìn)行了設(shè)計(jì)。整個(gè)檢測(cè)分級(jí)裝置的控制系統(tǒng)主要由各類傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、STC

4、15單片機(jī)、上位機(jī)、繼電器等組成，選擇C語(yǔ)言進(jìn)行軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。工作時(shí)，各傳感器通過(guò)I/O口將獲取的信號(hào)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)與上位機(jī)之間通過(guò)串口進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，通過(guò)軟件操作界面直觀實(shí)時(shí)地顯示檢測(cè)分級(jí)的結(jié)果。
　　(3)在線檢測(cè)分級(jí)系統(tǒng)最佳工作條件的確定。首先通過(guò)比較獼猴桃圖像長(zhǎng)軸、短軸、外接矩形面積及輪廓像素面積與現(xiàn)存主要分級(jí)指標(biāo)質(zhì)量之間的相關(guān)性，確定了本文對(duì)獼猴桃外形尺寸進(jìn)行分級(jí)的依據(jù)為圖像輪廓像素面積，繼而進(jìn)行了不同速度下，獼猴

5、桃外觀輪廓像素面積獲取試驗(yàn)，得出外形尺寸檢測(cè)最佳輸送速度為800 r/min。通過(guò)對(duì)不同光譜檢測(cè)距離下獲取的光譜數(shù)據(jù)與糖度理化值之間所建模型的分析，得出獼猴桃光譜最佳距離為3mm。同理通過(guò)對(duì)不同輸送速度下，光譜與糖度值之間建立的模型進(jìn)行分析得出獼猴桃糖度檢測(cè)輸送帶最佳輸送速度為900 r/min。在光譜檢測(cè)距離為3mm，速度為900 r/min下所建模型的相關(guān)系數(shù)Rc=0.93，Rp=0.86。綜合考慮外形尺寸檢測(cè)與糖度檢測(cè)速度試驗(yàn)分析

6、結(jié)果，確定本文按二者融合信息進(jìn)行分級(jí)時(shí)輸送速度為900 r/min。
　　(4)分級(jí)指標(biāo)的確定與系統(tǒng)綜合驗(yàn)證試驗(yàn)。參考現(xiàn)存獼猴桃分級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)試驗(yàn)對(duì)獼猴桃不同因素下各等級(jí)劃分指標(biāo)進(jìn)行了確定，在選擇的系統(tǒng)最佳工作條件和相應(yīng)的分級(jí)指標(biāo)下對(duì)獼猴桃在線檢測(cè)分級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行了綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)，得到本文所研究的獼猴桃在線檢測(cè)分級(jí)系統(tǒng)按外形尺寸、糖度以及融合等級(jí)指標(biāo)進(jìn)行劃分的平均準(zhǔn)確率分別為94.2％，88.4％和92.5％。
　　該獼猴