机器视觉技术在农产品自动分拣中的应用研究Word文档下载推荐.docx
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sagriculturalstructurehasbeenadjusted,sothatthemarketization,scaleandindustrializationofChina'
sagriculturehasbeenfurtherdevelopedandbuilt,soastoimprovetheoutputofChina'
sagriculturalproducts.Therefore,itbecomesmoreandmoreimportanttomaintainthehighqualityofagriculturalproducts,sothesortingactivitiesofagriculturalproductsbecomemoreimportant.However,thesortingmethodandsortingtechnologyofagriculturalproductsinChinaarestillinarelativelybackwardstatecomparedwithotherdevelopedcountries.Therefore,weneedtoresearchanddevelopnewautomaticsortingtechnologyforagriculturalproductsinordertocarryoutbetterautomaticsortingofagriculturalproducts.
Machinevisiontechnologyreferstotheuseoftheimageacquisitionsystemtocollecttheimageofthedetectionobjectandextracttheimageinformationofthedetectionobjectfromtheimage,andthentheimageinformationintothecorrespondingdigitalinformation,theuseofalgorithmstoprocessandanalyzetheinformation,soastoobtainthefinalprocessingandanalysisresults.Therefore,machinevisiontechnologyismainlyusedforactualdetection,measurementandcontrolofdetectionobjects.
Thisarticlethroughconsultingrelevantliterature,tounderstandtheresearchstatusanddevelopmentstatusoftheapplicationofmachinevisiontechnologyinautomaticsortingofagriculturalproductsintheworld,andthensummarizethetriumphofautomaticsortingmachinevisionisappliedtotheagriculturalproducts,andthroughresearchandanalysis,findthemachinevisiontechnologyinautomaticsortingtheproblemsexistingintheapplicationofagriculturalproducts,finallyputsforwardtherelevantmeasurestosolvetheseproblems.
Keywords:
Agriculturalproducts;
Automaticsorting;
Machinevisiontechnology
一、绪论
(一)研究背景
随着农产品产量的不断增加,保持农产品的高品质就变得越来越重要,其中保证农产品品质的一个重要环节就是农产品的分拣,所以在农产品进入市场之前的分拣活动也就变得更加重要。
农产品分拣的类型有按照农产品的尺寸大小以及表面形状进行分拣、按照农产品表面颜色差异进行分拣以及按照农产品是否存在缺陷进行分拣等。
农产品的大小、颜色和表面存在的缺陷等方面,在一定程度上会影响到农产品的品质,从而影响到农产品的销售价格。
所以将农产品按照不同的分拣标准进行分级和拣选,能够更加合理地体现出农产品的价值。
农产品的分级是农产品进行贮藏、加工以及流通等活动的一个关键性的技术环节,可以把农产品分成不用的规格标准,按照这些标准拣选出相应的农产品,然后根据这些标准制定相应的销售价格。
农产品的品质特征有农产品的外形尺寸、农产品的颜色、农产品是否存在损伤等。
按照农产品的外形尺寸进行分拣是农产品分拣非常重要的品质标准,因此不同尺寸的农产品售价不同。
比如在超市,销售的同一品种的苹果,分成两种尺寸不同的价格进行销售,尺寸大的卖得贵一点,尺寸小的卖得便宜一点。
农产品的形状不同其品质也不同,比如黄花梨的果形就是其分拣的重要特征之一。
农产品在按照尺寸大小进行分拣时,使用人工视觉进行分拣,不容易分拣农产品的具体尺寸;
使用机械进行分拣时,农产品容易受到挤压,会使农产品的外表受到不同程度的损伤。
每一个品种的农产品有不同的颜色,就算是相同品种的农产品,它的颜色分布也是不相同的,就是同品种的农产品颜色不同。
农产品的颜色会影响到农产品的卖相,卖相不同,价格也就不同。
比如说苹果,有些苹果的颜色是深红色的,有些苹果的颜色是浅红色的,还有一些苹果是淡红色甚至是偏黄色的,这些苹果因为颜色的不同,所以其销售价格也不同。
又比如说青椒,在市场上,我们经常能够看到有一些不是颜色不是青绿色的青椒,这些其他颜色的青椒是普通青椒的变异品种,虽然都是青椒,但是其销售价格不同。
农产品在生产过程中,会受到不同程度的影响。
比如说在运输时,因为保温措施做得不够好,使得部分农产品发生腐烂变质;
在分拣时,因为分拣的质量不好,使得农产品在分拣时受到损伤,这些外界因素的影响,使得农产品的表面更加容易产生缺陷,以至于影响的农产品的售价,因此在农产品的分拣过程中需要分拣出存在缺陷的农产品。
上面说到的三个方面是农产品品质的主要差异,这些差异会影响到农产品本身的价值,从而影响到农产品的销售价格。
所以在农产品的分拣过程中需要足够的应变能力来对产品进行检测分析,从而分拣出那些不符合要求的产品。
我国的农产品自动分拣技术起步于20世纪90年代,相对于世界发达国家起步晚了二十年。
在当时,我国的农产品自动分拣技术以橙的自动分拣设备研究和分瓣设备系统的研制为代表;
同时,中国科学院对农产品自动分拣技术应用、国内外水果市场分拣情况和农产品质量检测进行分析调查,并且对自动分拣技术应用进行基础研究,再引进日本、瑞士的农产品加工设备,从而开始了柑橘自动分拣、柑橘加工相应配套设备系统的研制,为柑橘产业的发展提供了全方位的技术支持[1]。
相对于国外的农产品自动分拣技术,我国的农产品自动分拣技术中比较常见的是机械式的分拣,这种自动分拣技术主要用于水果的自动分拣。
比如依据农产品直径大小来进行分拣的自动分拣技术,这种自动分拣技术主要是使用一些结构比较简单的分拣机械来进行农产品的自动分拣,其中比较典型的是滚筒筛孔式水果分拣机。
滚筒筛孔式水果分拣机的优点是机械结构简单、价格低廉、分拣速度快和工作效率较高;
但是它的缺点也是显而易见的,滚筒筛孔式水果分拣机在分拣的过程中,农产品会受到更加长时间的挤压和摩擦,从而导致农产品的外部品质更加容易受到损坏,而且当农产品的形状不规则时,分拣的结果会出现较大的偏差[2]。
除此之外,我国还有一些运用计算机图像处理技术检测农产品的外部品质,并自动分拣农产品的分拣技术。
这种农产品自动分拣技术,使用摄像头采集农产品的图像信息,再根据得到的图像信息对农产品的外部情况进行一次性的检测,然后检测得到具体的数据,再根据得到的数据对农产品进行分析和判断,从而达到分拣的目的。
这种农产品自动分拣技术的优点是自动化程度较高;
缺点是需要处理的信息量较大、信息的处理速度比较慢,从而导致信息处理的时间较长,难以完成实时系统任务。
上述两种分拣技术虽然分拣的速度快,但是存在许多的问题,容易影响到农产品的品质,亦或者是信息的处理较慢,难以完成既定的实时系统任务,最终影响到农产品分拣的效率。
因此,农产品的自动分拣需要一门拥有高应变能力、高自动化程度、分拣速度快的技术。
机器视觉技术是一门新型的自动化技术,它在上世纪七十年代开始被人们研究应用,但是我国对机器视觉技术的研究应用起步晚了大约二十年。
机器视觉技术是指使用图像采集系统采集检测对象的图像并从图像中提取该检测对象的图像信息,然后将图像信息转化成相对应的数字信息,运用算法对这些信息进行处理然后进行分析,从而得到最终处理和分析的结果。
所以机器视觉技术是一门适应性较高的新型检测分拣技术。
机器视觉技术具有图像采集的速度快和信息处理的速度快、处理的信息量大、功能种类多的优点。
(二)研究现状
1.国外研究现状
在国外,因为国外对将机器视觉技术应用在农产品自动分拣中的研究起步比较早,所以其研究的成果暂时领先于我国。
目前,国外相关的研究已经开始研究将机器视觉技术与其他多种分拣检测技术相结合的阶段。
SarkarN.和R.R.Wolfe[3]在1985年利用数字图像分析以及模式识别技术研究出了一种用于自动分拣西红柿的特殊算法。
同时,为了能够进行西红柿的品质分级,他们还研制出了一种机器视觉应用装置。
他们的实验结果表面,该分级装置在某种情况下,可以达到或者超过人工检测的精度,分级误差率为3.5%。
NadineE.Little等[4]于2007年运用机器视觉技术对牡蛎的形状进行研究,并且对检测系统进行了改进。
他们对系统进行改进之后,该系统检测出的结果相对于改进前的系统变得更加的清晰明了,其检测牡蛎的速度达到了60/min。
2.国内研究现状
目前,我相对于国外来说,机器视觉技术在农产品自动分拣应用的研究还处于一种比较落后的阶段,因为我国在这方面的研究起步较晚。
2000年,李庆忠、汪懋华[5]提出了一种苹果进行自动分拣的试验系统,这个系统利用机器视觉技术来进行主要的检测和分拣。
该苹果自动分拣系统使用自动输送带匀速输送苹果,让苹果能够有效地将整个表面情况呈现给图像采集系统,让图像采集系统可以准确地将苹果的所有外部信息以图像的形式采集,再辅以合适的照明系统,使图像信息的采集能够顺利进行,以此来完成苹果的实时检测。
2007年,丁幼春、陈红、熊利荣[6]利用机器视觉技术对花生仁表皮破损进行检测。
他们对在一定条件下采集到的花生图像进行检测,并且对花生仁的破损情况进行了分类,对其中的表皮类破损设计了一种算法,并使该算法应用中能够实现。
该试验的结果表明,使用该算法进行破损检测,其正确率达到了100%,破损程度检测准确率达到了95%。
2017年,钟小华、曹玉华、张永清、肖成军[7]等基于机器视觉技术提出设计了红枣全表面无损分拣系统。
他们设计的这个系统由输送系统、调整系统、分级执行系统、喂料系统、排序系统、检测及控制系统构成。
这个红枣自动分拣系统的图像采集系统运用了镜面反射的原理,它能同时采集到红枣的表面图像。
这个红枣自动分拣系统,使用图像采集系统采集红枣的图像信息,然后将采集到的图像进行处理和分析,从而获取得到红枣表面的信息,再分析红枣的品质特征,最后对检测的红枣进行判别分级。
该试验的结果表明,该红枣自动系统的分级准确率高达90%。
图1.1红枣无损自动分拣系统结构示意图
(三)相关概念界定
1.机器视觉
机器视觉技术是一门新型的自动化技术,运用到图像处理技术、算法、人工智能以及计算机科学等技术。
机器视觉技术从客观事物的图像中提取出图像信息,再对提取出的图像信息进行处理并转化成数字信息,然后根据算法处理这些收集到的信息并进行分析和储存,最后按照分析出来的结果来对分析对象进行实际的检测、测量和控制。
机器视觉技术拥有检测速度快、采集到的信息量大、功能多的优点。
一般来说,机器视觉技术的应用系统是由照明系统、图像采集系统、信息转换系统、算法和计算机等组成。
机器视觉技术的工作原理是:
首先运用照明系统和图像采集去趟采集被检测对象的图像信息,然后将采集到的图像信息转化成数字信息,再选择合适有效的算法进行处理与分析,从而得到最终的检测分析结果。
在机器视觉系统中,图像的获取是通过照明系统、图像采集系统和图像转换系统等完成的。
在图像采集阶段,机器视觉系统的主要任务是使用图像对检测对象进行描述,然后再使用图像转换系统将图像信息转换成数字信息。
因为不同的检测对象具有不同的分光反射特性,所以通过分析这些检测对象的图像特征来进行分析检测。
运用机器视觉技术进行检测,算法是必不可少的一个部分,使用合适的算法能够快速高效地处理经图像转换成的数字信息。
合适的算法不仅能快速高效地处理信息,而且能够减少一些不必要的处理步骤。
将机器视觉技术应用于农产品自动分拣有着其他自动分拣技术无法比拟的优势。
农产品有许多的品质特征,其中农产品的形状尺寸、颜色和重量的差异以及一些农产品还存在表面的缺陷是比较重要的品质特征。
机器视觉技术相对于其他的自动分拣技术,机器视觉技术提取检测的对象图像信息的速度快,图像信息转化成数字信息的速度快,处理信息并分析的速度快,机器视觉的信息储存量大的优点。
机器视觉技术的这些优点能够高效快速地检测农产品的这些特征并且进行分析。
2.农产品自动分拣
自动分拣是指通过运用机械化、自动化、智能化等的先进技术对产品进行自动化的分拣。
自动分拣的特点是分拣速度快和分拣效率高。
相对于人工分拣和半自动分拣,自动分拣的速度更快,效率和准确率更高,对于分拣大批量的产品拥有着较好的分拣效率。
农产品自动分拣是指使用自动分拣技术系统对农产品进行全自动分拣。
农产品的分拣属于大批量分拣中的一种,使用自动分拣技术能够更加快速地分拣农产品,而且在分拣的过程中能够避免一些不必要的因素对农产品的影响,可以更好的保持农产品的品质和降低农产品分拣时的误差,使农产品的分拣效率和速度能够得以快速提高。
目前,我国比较常见的农产品自动分拣技术是使用分拣机械对农产品进行分拣,这种农产品自动分拣技术主要用于蔬菜水果的分拣。
其中比较典型的分拣机械就是滚筒筛孔式水果分拣机,这种水果分拣机通过在圆盘装置上设置不同尺寸的筛孔,以这些筛孔的尺寸来作为分拣的标准。
这种分拣机械在分拣的原理是使符合筛孔尺寸的水果从筛孔中通过,达到按尺寸进行自动分拣水果的目的。
这种分拣机械的优点是机械结构简单、使用成本较低、分拣速度较快和工作效率较高[8],这些优点使这种分拣机械在我国受到很大的欢迎,成为我国比较常见的分拣机械。
但是这种分拣机械也是有很大的缺点,这种分拣机在水果分拣过程中容易使水果受到挤压的时间变得更长以及延长了水果受到来自水果相互挤压时的摩擦力和水果与设备之间的摩擦力的时间,导致水果的外部品质容易受到损坏,最终影响到水果的品质。
(四)研究方法
1.文献研究法
通过在图书馆、互联网平台收集并整理出机器视觉技术在农产品自动分拣中的应用相关资料,借鉴和学习国内外机器视觉技术在农产品自动分拣应用的相关研究成果,并对这些研究的内容进行一定的概括分析,为本文的写作提供理论上的支持。
2.调查法
走访参观农产品自动分拣基地,了解农产品的自动分拣技术及其优缺点;
了解机器视觉技术在农产品自动分拣中应用的现状以及存在的问题,为提出解决问题的对策提供一定的基础。
3.观察法
通过对农产品自动分拣工作进行观察,了解农产品自动分拣所运用的技术。
了解的内容包括农产品自动分拣的原理和所用到的技术以及这些技术的优缺点。
3.比较分析法
将本文所涉及到的各种农产品自动分拣技术进行对比,并根据对比的情况进行分析,得出相关的结论以及见解。
(五)研究思路
本文主要研究机器视觉技术在农产品自动分拣中的应用。
首先,明确本文的研究背景、研究目标及研究意义,通过文献研究、调研、观察和比较分析等方式进行研究,了解农产品自动分拣的发展现状以及各种农产品自动分拣技术的对比与应用情况;
其次,通过查阅资料以及调查,对机器视觉技术在农产品自动分拣应用的成功案例进行分析总结和概括,发掘出我国机器视觉技术在农产品自动分拣中的应用存在的问题;
再次,针对发掘出的问题,进行深入的调查分析,找到机器视觉技术在农产品自动分拣应用上的优势和劣势;
最后,整理并提出机器视觉技术在农产品自动分拣应用的思路与建议。
本文的逻辑思路:
图1.2文章逻辑架构
(六)研究目标及研究意义
1.研究目标
本文综合借鉴参考国内外已有的关于机器视觉技术在农产品自动分拣中的应用研究成果,调研并收集农产品自动分拣工作的现状,国内外的农产品自动分拣技术及其优缺点;
总结分析机器视觉技术在农产品自动分拣中应用的成功案例;
学习并了解机器视觉技术特点,探索分析机器视觉技术在农产品自动分拣中的应用以及存在的问题;
针对这些问题提出机器视觉技术在农产品自动分拣中有效运用的有效举措。
2.研究意义
2.1现实意义
近年来,我国农产品的产量在不断提高,然而在提高产量的同时,农产品的品质也就逐渐受到重视。
农产品的分拣是划分和保持农产品品质的重要环节,农产品自动分拣有助于检测分拣出不同品质标准的农产品,但是我国现在的农产品自动分拣技术相对于世界来说,还存在着一定的差距。
因此需要一种高精度、高效率、智能化、自动化的农产品自动分拣技术。
机器视觉技术能够快速获取检测对象的图像信息并进行处理分析,进而能够快速地分拣农产品。
机器视觉技术通过图像摄取系统采集农产品的图象信息,然后转化成数字信息,并且通过算法对这些数字信息进行处理和分析,从而检测出农产品的品质,最终分拣出不同标准的农产品或者不符合标准的农产品。
研究机器视觉技术在农产品自动分拣中的应用,可以使农产品自动分拣的速度和效率得到快速提高,从而提高农产品的品质。
2.2理论意义
本文对农产品自动分拣技术进行调查研究,了解农产品自动分拣的发展现状以及研究现状;
调查研究机器视觉技术在农产品自动分拣的应用,结合笔者所学的物流专业知识,分析研究国内外已有的研究成果,并分析概括机器视觉技术在农产品自动分拣应用的成功案例,了解机器视觉技术在我国的发展现状以及存在的问题,并对这些问题进行研究,提出有效的解决方案,以此来提供一定的理论依据。
二、农产品自动分拣技术的发展现状
(一)国外农产品自动分拣技术的运用与发展现状
1.国外的农产品自动分拣方式
国外有一种使用信息传感技术的农产品自动分拣设备,电子称重式分选机。
这种农产品自动分拣机的工作原理是使用传感器来获取农产品的重量信息,然后将采集到的农产品重量信息输出至控制系统,再由控制系统对传感器采集来的信息进行处理,最后由控制系统发出控制指令,使相关工作设备进场检测分拣活动,从而使农产品能够高效地按照重量来进行自动分拣。
2.国外的农产品自动分拣技术
随着科学技术的进步,外国人利用杠杆原理研发出了一种新型电子测量仪器来检测农产品的重量。
这种农产品检测仪器利用杠杆原理对采集农产品的重量信息,然后再使用算法对这些信息进行处理分析,并得出分析的结果,最后将分析的结果用于按照重量进行检测分拣农产品。
利用机器视觉技术进行农产品自动分拣的设备在发达国家研发和使用的比较早。
使用机器视觉技术进行农产品自动分拣的原理是:
首先,使用摄像机采集检测对象的图像信息,然后将得到的图像信息转化成数字信息,再运用合适有效的算法来处理和分析得到的数字信息,最后将处理分析的结果输送到控制系统,然后控制系统接受到反馈,从而将不符合要求的农产品分拣出来。
(二)我国农产品自动分拣技术的运用与发展现状
1.我国的农产品自动分拣方式
在我国,比较常见的农产品自动分拣方式主要是使用分拣机械进行自动分拣农产品的机械式分拣,这种自动分拣方式是使用一些分拣机械进行农产品分拣。
其中比较典型的就是滚筒筛孔式水果分拣机,滚筒筛孔分拣机是由多个滚筒组成,通过设置不同尺寸的筛孔,就可以把水果分成不同的规格。
在分拣过程中使符合筛孔尺寸的水果从筛孔中通过,从而达到分拣的目的。
这种农产品自动分拣机械主要应用于柑橘类水果的分拣。
虽然滚筒筛孔式分拣机拥有机械结构简单、使用的成本较低、分拣的速度快和工作的效率较高的优点;
但是其缺点也是显而易见的,这种分拣机在分拣过程中延长了水果受到挤压的时间,导致水果的外部品质容易受到损坏,最终影响到水果的品质。
2.我国的农产品自动分拣技术
我国的农产品分拣技术产品,比较常见的有使用分拣机械进行分拣的技术,这种分拣技术主要分拣农产品的大小和重量。
这种分拣机械中基于大小进行自动分拣的分拣机,典型的有滚筒筛孔式水果分拣机。
基于重量进行分拣的分拣机中的代表是果蔬称重分拣机。
这种分拣机根据农产品的重量来进行自
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- 机器 视觉 技术 农产品 自动 分拣 中的 应用 研究