基于圖像處理的芒果信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

韋詩(shī)芹 趙耀毅 張煜宸 謝友 黎崇路

（廣西科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，廣西柳州 545000）

隨著生活水平的提高，人們對(duì)生活品質(zhì)有了新的要求，食品安全是人們關(guān)心的重點(diǎn)。芒果作為富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的熱帶水果，受到人們的歡迎。但是，芒果存放久了后表面會(huì)產(chǎn)生黑斑，這種情況稱為芒果褐變，褐變后的芒果會(huì)嚴(yán)重影其營(yíng)養(yǎng)、風(fēng)味及外觀品質(zhì)[1]。芒果信息采集系統(tǒng)利用圖像處理技術(shù)，對(duì)芒果采摘到其腐爛過(guò)程中其表面信息進(jìn)行連續(xù)的圖像采集與數(shù)據(jù)分析，通過(guò)采集大量不同條件下不同品種的芒果表面變化數(shù)據(jù)，能夠得到相對(duì)準(zhǔn)確的在不同條件下不同品種芒果的表面信息變化曲線，識(shí)別出芒果黑斑，并將其應(yīng)用于芒果分揀，能夠快速的將芒果分類為不同的品質(zhì)，篩選出壞果爛果提高芒果質(zhì)量?；趫D像處理技術(shù)的分揀技術(shù)對(duì)芒果的損傷更小，是一項(xiàng)十分有前景的分揀技術(shù)。

1 系統(tǒng)方案

本系統(tǒng)選用西門(mén)子PLC 做為主控制器，控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)托盤(pán)和芒果進(jìn)入照相區(qū)，觸發(fā)拍照，并將圖片傳入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)使用相關(guān)軟件進(jìn)行圖像處理，計(jì)算出芒果表皮黑斑的面積，最后將面積的數(shù)值用曲折圖顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)整體自動(dòng)化。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為箱體和底板。拍照的箱體環(huán)境要求相對(duì)密封，外界光線不易對(duì)拍照造成影響，同時(shí)內(nèi)部光線不易逃出造成補(bǔ)光不足。因此，需要使用自動(dòng)門(mén)，當(dāng)芒果需要進(jìn)入箱體時(shí)自動(dòng)門(mén)打開(kāi)，拍照時(shí)自動(dòng)門(mén)閉合，制造出相對(duì)密封的環(huán)境。此外，還需要使用多處光源補(bǔ)光，使補(bǔ)光更加均勻。底板上安裝電機(jī)與托盤(pán)結(jié)構(gòu)，電機(jī)通過(guò)齒輪與皮帶帶動(dòng)安裝在滑桿上的托盤(pán)使托盤(pán)能夠前后移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)芒果自動(dòng)傳送功能，系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

2.2 系統(tǒng)硬件電路電氣原理圖

整個(gè)系統(tǒng)電氣接線為兩個(gè)并聯(lián)結(jié)構(gòu)，分別是使用220V 電源電壓器件的并聯(lián)和使用24V 電源電壓的器件并聯(lián)。220V 交流電通過(guò)斷路器后與其連接的是直流電源，運(yùn)行指示燈和兩組LED 燈。運(yùn)行指示燈直接與220V 交流電相連，當(dāng)斷路器接通電時(shí)運(yùn)行指示燈會(huì)直接點(diǎn)亮，所以只要運(yùn)行指示燈為點(diǎn)亮狀態(tài)就說(shuō)明設(shè)備是通電的，其電氣原理圖如圖2 所示。

圖2 電氣原理圖

3 圖像處理

3.1 圖像處理流程

在設(shè)計(jì)中圖像采集裝置將圖像采集后，MATLAB 將原始圖像進(jìn)行剪切，得出所需要處理的那部分RGB 圖像，再將RGB 圖像轉(zhuǎn)化成灰度圖像，根據(jù)灰度圖像查找黑色的像素點(diǎn)將芒果的黑斑特征進(jìn)行提取，最后將特征提取的圖像二值化，對(duì)二值圖差值處理得到差值圖后將差值圖保存，并且計(jì)算二值圖像的像素點(diǎn)的面積，即芒果黑斑的面積。

3.2 圖像處理效果

通過(guò)調(diào)試，能夠?qū)⒚⒐麍D像黑斑提取出來(lái)，并將以二值圖的效果顯示，基本上達(dá)到設(shè)計(jì)要求。圖像處理后的效果圖如圖3的所示。

圖3 圖像處理的效果圖

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)的芒果信息采集系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)將裝置采集到的芒果圖像進(jìn)行自動(dòng)處理，并且還能使用WINCC 作為組態(tài)監(jiān)控對(duì)整個(gè)工作過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，基本實(shí)現(xiàn)對(duì)芒果黑斑提取以及識(shí)別處理做到自動(dòng)化，不論是控制器PLC 與組態(tài)界面的結(jié)合，采集軟件的工作，或是MATLAB 軟件的使用，都對(duì)整個(gè)工作過(guò)程起到關(guān)鍵性作用，三者各自分工合作，互相協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作自動(dòng)化。