本发明公开了一种基于机器视觉的球形果蔬图像采集装置及其采集方法，将待检测的球形果蔬绕经过球心的竖直中心轴线做定轴线转动，由位于球形果蔬水平一侧的侧向摄像头采集球形果蔬转动时的展开面图像信息，在侧向摄像头采集完成后，球形果蔬停止转动，由位于球形果蔬正上方的顶部摄像头采集球形果蔬的顶部图像信息，将球形果蔬绕球心做180°的上下翻转，由顶部摄像头采集球形果蔬的底部图像信息，最后将侧向摄像头和顶部摄像头所采集到的图像信息传送到图像处理系统。球形果蔬绕经过球心的竖直中心轴线做定轴线转动，这使得该方法可以应用于空间有限的场合，便于满足实验教学和科学研究的需求。
1.一种基于机器视觉的球形果蔬图像采集方法，其特征在于：将待检测的球形果蔬绕经过球心的竖直中心轴线做定轴线转动，由位于球形果蔬水平一侧的侧向摄像头采集球形果蔬转动时的展开面图像信息，在侧向摄像头采集完成后，球形果蔬停止转动，由位于球形果蔬正上方的顶部摄像头采集球形果蔬的顶部图像信息，将球形果蔬绕球心做180°的上下翻转，当球形果蔬落在水平转动载物平台上后，夹持臂松开球形果蔬，完成翻转动作，由顶部摄像头采集球形果蔬的底部图像信息，最后将侧向摄像头和顶部摄像头所采集到的图像信息传送到图像处理系统。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的球形果蔬图像采集方法，其特征在于：所述的采集方法中在绕待检测的球形果蔬的外侧周向上均布有N个标记，N大于等于3，采集图像时，所述的N个标记随待检测的球形果蔬做同步转动，由固定不动的光电传感器检测标记，当待测球形果蔬转动、且光电传感器前N次检测到标记时，由侧向摄像头各采集一次图像，当光电传感器第N+1次检测到标记时，球形果蔬停止转动，侧向摄像头停止采集图像，同时，由顶部摄像头采集一次图像信息，5秒后，将球形果蔬绕球心做180°的上下翻转，由顶部摄像头再采集一次图像。
3.一种采用权利要求1所述方法的球形果蔬图像采集装置其特征在于：该采集装置包括用于驱动待检测的球形果蔬绕经过球心的竖直中心轴线做定轴线转动的水平转动载物平台，该水平转动载物平台包括用于支撑放置球形果蔬的水平转动托盘和驱动水平转动托盘转动的转动驱动机构，采集装置还包括使用时将放置在所述水平转动托盘上的球形果蔬绕球心做180°的上下翻转的翻转机构，该翻转机构包括位于水平转动载物平台一侧的沿上下方向延伸的支撑架，在支撑架的一侧装配有夹持结构，该夹持结构包括沿上下方向可调的装配在支撑架上的夹持座，在夹持座上转动装配有使用时用于夹持球形果蔬的可开合的两个沿水平方向延伸的夹持臂，采集装置还包括使用时位于水平转动载物平台水平一侧、且正对球形果蔬的球心的用于在球形果蔬转动时采集球形果蔬的展开面图像信息的侧向摄像头和位于水平转动载物平台上方、且正对球形果蔬的球心的用于采集球形果蔬的顶部和底部图像信息的顶部摄像头，所述侧向摄像头和顶部摄像头的信号输出端连接有图像处理系统，所述的采集装置还包括用于控制水平转动载物平台和翻转机构工作时机及控制侧向摄像头和顶部摄像头拍照采集图像时机的控制系统。
4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的球形果蔬图像采集装置，其特征在于：所述的采集装置还包括设置在顶部摄像头和侧向摄像头附近的用于对待检测的球形果蔬进行照射的光源。
5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的球形果蔬图像采集装置，其特征在于：所述的采集装置还包括封闭的暗箱，所述的水平转动载物平台和翻转机构对应的安装在所述的暗箱中，所述的侧向摄像头和顶部摄像头分别设置在所述暗箱的侧箱壁和顶部箱壁上，所述的光源设在暗箱中。
6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的球形果蔬图像采集装置，其特征在于：所述的暗箱的内侧面上涂覆有用于减少因反光对侧向或顶部摄像头的图像采集影响的黑色亚光漆层。
7.根据权利要求3至6中任意一项所述的基于机器视觉的球形果蔬图像采集装置，其特征在于：所述的水平转动托盘上绕转动中心的外侧周向上均布有N个标记，N大于等于3，所述的采集装置还包括用于检测水平转动托盘上的标记的光电传感器，所述的光电传感器的信号输出端与控制系统相连通。
8.根据权利要求3至6中任意一项所述的基于机器视觉的球形果蔬图像采集装置，其特征在于：所述的水平转动托盘的朝向顶部摄像头的侧面上涂覆有用于减少因反光对侧向或顶部摄像头的图像采集影响的黑色亚光漆层。
9.根据权利要求3至6中任意一项所述的基于机器视觉的球形果蔬图像采集装置，其特征在于：所述的水平转动托盘为圆盘，该圆盘的圆心位置处设置有用于放置待检测的球形果蔬、并防止球形果蔬在转动时出现滚动的凹坑。
10.根据权利要求3至6中任意一项所述的基于机器视觉的球形果蔬图像采集装置，其特征在于：所述的水平转动载物平台固设在竖直方向上高度可调的安装底座上，所述的安装底座的下方布置有多个用于支撑安装底座的水平滚轮。
一种基于机器视觉的球形果蔬图像采集装置及其采集方法
技术领域
[0001] 本发明属于图像采集与模式识别技术领域，具体涉及一种适于满足科学实验要求的基于机器视觉的球形果蔬图像采集装置及其采集方法。
背景技术
[0002] 近几年，数字图像处理和模式识别等技术的进展推动了机器视觉在球形果蔬无损分级技术领域的发展。实际检测时都是使用直线型履带检测线完成图像的采集工作，如采用类似公开号为CN10170192A的中国发明专利申请中所提供的球体表面缺陷检测方法来对待检测球体进行缺陷检测，该方法中由待检测球体在轨道中做纯滚动，在正对轨道位置处设置摄像头采集球体的展开面图像信息，然后将所采集到的图像信息传送到图像处理系统进行处理，计算出缺陷的位置和面积。但上述方法中使用的采集装置的结构复杂、设计制造难度大、造价高昂、占地面积大、维护复杂，不适于实验教学的需求，在科学研究时，通用性和可操作性不强。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种基于机器视觉的球形果蔬图像采集装置，以解决现有技术中的球形果蔬的表面图像采集装置结构复杂、占地面积大而不适于实验教学与科学研究的需求的技术问题；同时，本发明还提供一种基于机器视觉的球形果蔬图像采集方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明所提供的基于机器视觉的球形果蔬采集方法采用如下技术方案：一种基于机器视觉的球形果蔬图像采集方法，将待检测的球形果蔬绕经过球心的竖直中心轴线做定轴线转动，由位于球形果蔬水平一侧的侧向摄像头采集球形果蔬转动时的展开面图像信息，在侧向摄像头采集完成后，球形果蔬停止转动，由位于球形果蔬正上方的顶部摄像头采集球形果蔬的顶部图像信息，将球形果蔬绕球心做180°的上下翻转，由顶部摄像头采集球形果蔬的底部图像信息，最后将侧向摄像头和顶部摄像头所采集到的图像信息传送到图像处理系统。
[0005] 所述的采集方法中在绕待检测的球形果蔬的外侧周向上均布有N个标记，N大于等于3，采集图像时，所述的N个标记随待检测的球形果蔬做同步转动，由固定不动的光电传感器检测标记，当待测球形果蔬转动、且光电传感器前N次检测到标记时，由侧向摄像头各采集一次图像，当光电传感器第N+1次检测到标记时，球形果蔬停止转动，侧向摄像头停止采集图像，同时，由顶部摄像头采集一次图像信息，5秒后，将球形果蔬绕球心做180°的上下翻转，由顶部摄像头再采集一次图像。
[0006] 本发明所提供的基于机器视觉的球形果蔬采集装置采用如下技术方案：一种基于机器视觉的球形果蔬图像采集装置，该采集装置包括用于驱动待检测的球形果蔬绕经过球心的竖直中心轴线做定轴线转动的水平转动载物平台，该水平转动载物平台包括用于支撑放置球形果蔬的水平转动托盘和驱动水平转动托盘转动的转动驱动机构，采集装置还包括使用时将放置在所述水平转动托盘上的球形果蔬绕球心做180°的上下翻转的翻转机构，该翻转机构包括位于水平转动载物平台一侧的沿上下方向延伸的支撑架，在支撑架的一侧装配有夹持结构，该夹持结构包括沿上下方向可调的装配在支撑架上的夹持座，在夹持座上转动装配有使用时用于夹持球形果蔬的可开合的两个沿水平方向延伸的夹持臂，采集装置还包括使用时位于水平转动载物平台水平一侧、且正对球形果蔬的球心的用于在球形果蔬转动时采集球形果蔬的展开面图像信息的侧向摄像头和位于水平转动载物平台上方、且正对球形果蔬的球心的用于采集球形果蔬的顶部和底部图像信息的顶部摄像头，所述侧向摄像头和顶部摄像头的信号输出端连接有图像处理系统，所述的采集装置还包括用于控制水平转动载物平台和翻转机构工作时机及控制侧向摄像头和顶部摄像头拍照采集图像时机的控制系统。
[0007] 所述的采集装置还包括设置在顶部摄像头和侧向摄像头附近的用于对待检测的球形果蔬进行照射的光源。
[0008] 所述的采集装置还包括封闭的暗箱，所述的水平转动载物平台和翻转机构对应的安装在所述的暗箱中，所述的侧向摄像头和顶部摄像头分别设置在所述暗箱的侧箱壁和顶部箱壁上，所述的光源设在暗箱中。
[0009] 所述的暗箱的内侧面上涂覆有用于减少因反光对侧向或顶部摄像头的图像采集影响的黑色亚光漆层。
[0010] 所述的水平转动托盘上绕转动中心的外侧周向上均布有N个标记，N大于等于3，所述的采集装置还包括用于检测水平转动托盘上的标记的光电传感器，所述的光电传感器的信号输出端与控制系统相连通。
[0011] 所述的水平转动托盘的朝向顶部摄像头的侧面上涂覆有用于减少因反光对侧向或顶部摄像头的图像采集影响的黑色亚光漆层。
[0012] 所述的水平转动托盘为圆盘，该圆盘的圆心位置处设置有用于放置待检测的球形果蔬、并防止球形果蔬在转动时出现滚动的凹坑。
[0013] 所述的水平转动载物平台固设在竖直方向上高度可调的安装底座上，所述的安装底座的下方布置有多个用于支撑安装底座的水平滚轮。
[0014] 本发明的有益效果是：本发明所提供的基于机器视觉的球形果蔬图像采集方法，采用将球形果蔬绕经过球心的竖直中心轴线做定轴线转动，由位于球形果蔬水平侧的侧向摄像头采集球形果蔬转动时的展开面图像信息，在球形果蔬停止转动后，同时，由位于球形果蔬正上方的顶部摄像头采用球形果蔬的顶部图像信息和底部图像信息，这样侧向摄像头和顶部摄像头会覆盖到球形果蔬的所有位置，避免出现局部位置无法采集图像的问题。并且，在该方法中，球形果蔬绕经过球心的竖直中心轴线做定轴线转动，这使得该方法可以应用于空间有限的场合，便于满足实验教学和科学研究的需求。
[0015] 本发明所提供的基于机器视觉的球形果蔬图像采集装置，该采集装置包括用于驱动待检测的球形果蔬做定轴线转动的水平转动载物平台和用于将放置在水平转动托盘上的球形果蔬绕球心做上下翻转的翻转机构，所述的采集装置还包括侧向摄像头和顶部摄像头，使用时，将待检测的球形果蔬放置在水平转动载物平台中的水平转动托盘上，由水平转动托盘带动球形果蔬绕经过球心的竖直中心轴线做定轴线转动，同时，由侧向摄像头采集球形果蔬转动时的展开面图像信息，在侧向摄像头采集完成后，水平转动托盘和球形果蔬停止转动，由位于球形果蔬正上方的顶部摄像头采集球形果蔬的顶部图像信息，然后通过翻转机构将球形果蔬绕球心做180°的上下翻转，由顶部摄像头采集球形果蔬的底部图像信息，最后将侧向摄像头和顶部摄像头所采集到的图像信息传送到图像处理系统，整个图像采集过程有控制系统控制水平转动载物平台、翻转机构、侧向摄像头和顶部摄像头何时工作。本发明所提供的采集装置在采集球形果蔬的图像信息时，通过驱动球形果蔬绕经过球心的竖直中心轴线的定轴线转动模拟了现有技术中球体在长轨道中做纯滚动而实现图像的完整采集。本发明所提供的采集装置将水平转动载物平台和翻转机构相结合，具有占地面积小、结构简单、方便实验采集和教学展示的优点，适于实验教学与科学研究的需求。
附图说明
[0016] 图1是本发明所提供的基于机器视觉的球形果蔬采集装置一种实施例的结构示意图；
[0017] 图2是图1中水平转动载物平台的结构示意图；
[0018] 图3是图1中所示的采集装置工作的逻辑框图。
具体实施方式
[0019] 一种基于机器视觉的球形果蔬采集方法的实施例，该实施例中的采集方法为：首先将待检测的球形果蔬绕经过球心的竖直中心轴线做定轴线转动，由位于球形果蔬水平一侧的侧向摄像头采集球形果蔬转动时的展开面图像信息，在侧向摄像头采集完成后，球形果蔬停止转动，由位于球形果蔬正上方的顶部摄像头采集球形果蔬的顶部图像信息，将球形果蔬绕球心做180°的上下翻转，由顶部摄像头采集球形果蔬的底部图像信息，最后将侧向摄像头和顶部摄像头所采集到的图像信息传送到图像处理系统。
[0020] 优选的，上述采集方法中在绕待检测的球形果蔬的外侧周向上均布有3个标记，采集图像时，所述的3个标记随待检测的球形果蔬做同步转动，由固定不动的光电传感器检测标记，当待测球形果蔬转动、且光电传感器前3次检测到标记时，由侧向摄像头各采集一次图像，当光电传感器第4次检测到标记时，球形果蔬停止转动，侧向摄像头停止采集图像，同时，由顶部摄像头采集一次图像信息，5秒后，将球形果蔬绕球心做180°的上下翻转，由顶部摄像头再采集一次图像。
[0021] 上述实施例中，在待检测的球形果蔬的外侧周向上均布有的标记为三个，在其他实施例中，也可以为四个或四个以上。不过也部需要过多，能够满足侧向摄像头的要求即可。
[0022] 如图1、图2所示，一种基于机器视觉的球形果蔬图像采集装置的实施例，本实施例中的采集装置可以用于实施上述的采集方法。该实施例中的采集装置包括封闭的暗箱3，在暗箱3中布置有用于驱动待检测的球形果蔬绕经过球心的竖直中心轴线做定轴线转动的水平转动载物平台和使用时将放置在所述水平转动托盘上的球形果蔬绕球心做180°的上下翻转的翻转机构。在暗箱3的侧箱壁上设置有使用时位于水平转动载物平台的水平一侧、且正对球形果蔬8的球心的用于在球形果蔬8转动时采集球形果蔬的展开面图像信息的侧向摄像头1，在暗箱3的顶部箱壁上设置有使用时位于水平转动载物平台的上方、且正对球形果蔬的球心的用于采集球形果蔬的顶部图像信息和底部图像信息的顶部摄像头5，在暗箱中还设置有布置在顶部摄像头和侧向摄像头附近的用于对待检测的球形果蔬进行照射的光源2，为减少因反光对侧向摄像头或顶部摄像头的图像采集影响，在暗箱3的内侧箱壁上涂覆有黑色亚光漆层。
[0023] 上述的水平转动载物平台包括用于支撑放置球形果蔬的水平转动托盘6和驱动水平转动托盘转动的转动驱动机构，此处的转动驱动机构为调速电机10，该调速电机可根据图像采集要求调整水平转动载物平台的转速。所述的水平转动托盘6为铸铁的圆盘，优选的，该圆盘的圆心位置处设置有用于放置待检测的球形果蔬、并防止球形果蔬在转动时出现滚动的凹坑61。该圆盘的朝向调速电机的下端面开设有与调速电机的输出轴对应止旋插接配合的插配孔62，通过圆盘的插配孔与调速电机的输出端的止旋插接配合，由调速电机驱动水平转动托盘绕经过水平转动托盘的转动中心的竖直中心定轴线转动，图像采集时，将待检测的球形果蔬8放置在水平转动托盘上，要保证球形果蔬的球心在所述的经过水平转动托盘的转动中心的竖直中心定轴线上。
[0024] 本实施例中，所述的水平转动载物平台固设在竖直方向上高度可调的安装底座9上，所述的调速电机由螺栓固定在安装底座9上，使用时，通过调整安装底座的高度，保证在信息采集时，侧向摄像头正对球形果蔬的球心。优选的，还在安装底座的下方布置有多个用于支撑安装底座的水平滚轮14，这样可以根据实际情况需要，调整安装底座的位置来保证在采集图像时水平转动托盘正上方的顶部摄像头正对待检测球形果蔬的球心。
[0025] 本实施例中，优选的，在水平转动托盘6底面上绕竖直中心轴线的外侧周向上均布有3个标记，所述的采集装置还包括设置在安装底座上的用于检测水平转动托盘上的标记的光电传感器12。采集图像时，所述的3个标记随水平转动托盘和待检测的球形果蔬做同步转动，由固定不动的光电传感器检测标记，当球形果蔬转动、且光电传感器前3次检测到标记时，由侧向摄像头各采集一次图像，当光电传感器第4次检测到标记时，球形果蔬停止转动，侧向摄像头停止采集图像，同时，由顶部摄像头采集球形果蔬的顶部图像信息，5秒后，由翻转机构将球形果蔬绕球心做180°的上下翻转，再由顶部摄像头采集球形果蔬的底部图像信息。
[0026] 该翻转机构包括位于水平转动载物平台一侧的沿上下方向延伸的支撑架7，本实施例中支撑架放置在安装底座9上，并随安装底座一起在上下方向上移动做位置调整，在支撑架的一侧装配有夹持结构，该夹持结构包括沿上下方向可调的装配在支撑架7上的夹持座，在夹持座上转动装配有使用时用于夹持球形果蔬的可开合的两个沿水平方向延伸的夹持臂11。为保证夹持臂夹持到位，在夹持臂上还设置有压力传感器。使用时，当需要翻转机构翻转球形果蔬时，控制系统给出翻转信号，然后夹持臂动作夹紧待检测的球形果蔬，此时，夹持臂上的压力传感器给出夹紧信号，由夹持座带动两个夹持臂上升一段距离，然后两夹持臂翻转180°，夹持座带动两夹持臂及待检测的球形果蔬下同样的距离，当球形果蔬落在水平转动载物平台上后，夹持臂松开球形果蔬，完成翻转动作。
[0027] 所述的采集装置还包括用于与侧向摄像头1和顶部摄像头5的信号输出端连接的图像处理系统和用于控制水平转动载物平台和翻转机构工作时机及控制侧向摄像头和顶部摄像头拍照采集图像时机的控制系统。在本实施例中，图像处理系统为计算机13，计算机13与侧向摄像头和顶部摄像头的信号输出端相连。在本实施例中，控制系统控制水平转动载物平台、翻转机构、侧向摄像头和顶部摄像头的工作，且光电传感器的信号输出端与控制系统相连，具体实施时可采用单片机或计算机。
[0028] 上述采集装置工作时，将待检测的球形果蔬8放置在水平转动载物平台中的水平转动托盘6上，由控制系统发出信号，水平转动载物平台工作，由水平转动托盘6带动球形果蔬8绕经过球心的竖直中心轴线做定轴线转动，此时，水平转动托盘6上的3个标记随水平转动托盘和球形果蔬做同步转动，由固定不动的光电传感器12检测标记，当球形果蔬转动、且光电传感器前3次检测到标记时，光电传感器向控制系统发出信号，控制系统控制侧向摄像头1各采集一次图像，当光电传感器14第4次检测到标记时，光电传感器14向控制系统发出信号，由控制系统控制水平转动载物平台停止工作，球形果蔬8停止转动，同时，由控制系统控制侧向摄像头1停止采集图像，同时，由控制系统控制顶部摄像头5采集球形果蔬的顶部图像信息，并将该顶部图像信息输送给计算机，5秒后，由控制系统控制翻转机构将球形果蔬绕球心做180°的上下翻转，再由控制系统控制顶部摄像头5采集球形果蔬的底部图像信息，将该底部图像信息输送给计算机。
[0029] 上述实施例中，通过调整水平转动托盘的高度来保证在采集图像时侧向摄像头与待检测的球形果蔬的球心相对应，通过调整水平转动托盘在水平面内的位置来保证在采集图像时顶部摄像头与待检测的球形果蔬的球心相对应。在其他实施例中，也可以将侧向摄像头沿竖直方向可调的安装在暗箱上，此时，可以通过调整侧向摄像头的上下位置来保证侧向摄像头与待检测的球形果蔬的球心相对。同样的，可以将顶部摄像头在平面上可调的安装在按向上，这样，可以通过调整顶部摄像头的位置来保证顶部摄像头与待检测的球形果蔬的球心相对。当然，当侧向摄像头和顶部摄像头移动时，用于照射球形果蔬的光源也要随之移动。
[0030] 在上述实施例中，为提高了图像采集效率，特别设计了暗箱。在其他实施例中，也可以不设置暗箱。
[0031] 在上述实施例中，在水平转动托盘上布置的标记为三个，在其他实施例中，也可以为四个或四个以上。不过也不需要过多，能够满足侧向摄像头的要求即可。
[0032] 上述实施例中，水平转动托盘支撑放置在调速电机的输出轴端，此处的转动驱动机构为驱动调速电机。在其他实施例中，也可以在安装底座上设置支撑转轴，在所述的水平转动托盘通过轴承转动装配在支撑转轴的顶部，所述的水平转动托盘为圆盘结构，在圆盘结构的水平转动托盘的外周面上布置有啮合齿，此时，可以通过常用的输出齿轮来驱动水平转动托盘转动。
