本发明公开了一种用于球状水果无冗余图像信息获取的方法和装置。包括伺服电机、4个周向相机、1个顶视相机、触发控制器、计算机、4个十字激光标线器、槽形光电传感器、托盘和传送带。触发控制器分别与伺服电机，槽形光电传感器，4个周向相机和顶视相机相连接。计算机分别与4个周向相机和1个顶视相机相连接。水果装载在托盘上，托盘安装在传动带上。本发明利用十字激光标线定位多幅水果图像之间的界线，提高了水果图像拼接的速度和图像拼接准确度。
1.一种用于球状水果无冗余图像信息获取的方法，其特征在于：用1个顶视相机和4个周向相机对视场内的水果分别采集1幅带十字激光标线的水果顶视图像和4幅带十字激光标线的水果周向图像、1幅不带十字激光标线的水果顶视图像和4幅不带十字激光标线的水果周向图像；将1幅带十字激光标线的水果顶视图像和4幅带十字激光标线的水果周向图像与1幅不带十字激光标线的水果顶视图像和4幅不带十字激光标线的水果周向图像分别对应相减，得到1幅顶视激光线条图像和4幅周向激光线条图像；将顶视激光线条图像的圆形区域与不带十字激光标线的水果顶视图像相乘，得到顶视图像感兴趣区域；分别将
4幅周向激光线条图像与对应的不带十字激光标线的水果周向图像相乘，得到4幅周向图像感兴趣区域；将顶视图像感兴趣区域和周向图像感兴趣区域拼合，得到水果表面无冗余信息图像。
2.如权利要求1所述方法的一种用于球状水果无冗余图像信息获取的装置，包括4个周向相机(2)，顶视相机(3)，触发控制器(4)，计算机(5)，槽形光电传感器(8)和传送带(10)，其特征在于：还包括伺服电机(1)，4个十字激光标线器(6)和托盘(9)；
4个周向相机(2)呈环形均匀布置在同一个平面，4个十字激光标线器(6)均匀布置在
4个周向相机(2)之间，由伺服电机(1)驱动的传动带(10)布置在周向相机(2)和十字激光标线器(6)下方，传动带(10)与一个周向相机(2)的空间夹角22.5度；伺服电机(1)驱动传动带(10)转动，水果(7)装载在托盘(9)上，托盘(9)安装在传动带(10)上，在水果(7)上方安装顶视相机(3)；槽形光电传感器(8)跨在传动带(10)两侧，并位于托盘(9)前进方向前方；
触发控制器(4)分别与伺服电机(1)，槽形光电传感器(8)，4个周向相机(2)和顶视相机(3)相连接，计算机(5)分别与4个周向相机(2)和顶视相机(3)相连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于球状水果无冗余图像信息获取的装置，其特征在于，所述的触发控制器(4)：包括微处理器U1，光耦U2，光耦U3，电机驱动器U4，光耦U5，继电器U6，三极管Q1，二极管D1，电位计Rp，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5和电阻R6；
槽形光电传感器(8)的棕色引线和蓝色引线分别接+24V电源与GND1，槽形光电传感器(8)黑色引线通过电阻R2接光耦U2第1引脚，光耦U2第2引脚接GND1，电阻R1分别连接在+5V电源与微处理器U1的6引脚上，光耦U2第5引脚接微处理器U1第6引脚，光耦U2第4引脚接GND0，微处理器U1第19引脚接相机触发信号输入端，电阻R4分别接+5V电源和光耦U5第1引脚，光耦U5第2引脚接微处理器U1第17引脚，光耦U5第5引脚接+24V电源，电阻R5接在光耦U5第4引脚和三极管Q1基极之间，继电器U6线圈接在+24V电源与三极管Q1集电极之间，三极管发射极接GND1，二极管D1反接在继电器U6的线圈两端，继电器U6的常开触点接在+3V电源和4个十字激光标线器(6)之间，4个十字激光标线器(6)的电源负极接GND1，光耦U3第1引脚接微处理器U1第18引脚，光耦U3第2引脚通过电阻R7接GND0，光耦U3第3引脚接+24V电源，光耦U3第4引脚分别接电机驱动器U4的CN1接口的第2引脚和电阻R6，电机驱动器U4的CN1接口的第13引脚接GND1和电阻R6，电阻R3接在+24V电源与电机驱动器U4的CN1接口的第22引脚之间，电位计Rp接电机驱动器U4的CN1接口的第22引脚与GND1；电机驱动器U4的TB3接口接伺服电机(1)。
用于球状水果无冗余图像信息获取的方法和装置
技术领域
[0001] 本发明涉及图像信息获取的方法和装置，尤其是涉及一种用于球状水果无冗余图像信息获取的方法和装置。
背景技术
[0002] 随着自动化程度的不断提高和精细农业的不断发展，对水果分级精度的要求势必越来越高。提取水果表面无冗余信息的图像，然后基于该图像对水果的品质，如颜色，缺陷等进行进一步判断，对于提高水果的分级精度有着非常重要的意义。在现有的生产线的研究中，通过相机采集水果的图像的方式主要有：
[0003] 单个相机采集图像。在图像采集的过程中，水果在生产线上随着生产线运行的同时自身发生旋转，相机视野包括多个工位。因此对于同一个水果可以采集多幅图像。Yang Tao等人的美国专利“Methold and apparatus for sorting objects by color（通过颜色对物品进行分级的方法和装置）申请号：5339963”采用一个摄像头对输送链上的物品进行检测和分级。浙江大学的应义斌等人在专利水果品质实时检测和分级机器人系统（申请号： 02136377.3），利用移位寄存器控制的水果实时分级控制系统（申请号：02266031.3）水果分选机专利（申请号：201120140461.0），基于机器视觉的水果分级机器（申请号：02295073.7）等中描述了采用单个摄像头获取水果表面图像的分级系统。
[0004] 多个相机同时采集图像。在多个相机系统中，一种方法是将水果放置在果杯中，触发多个相机同时采集水果的图像（李庆中，汪懋华. 基于机器视觉的苹果自动分级系统硬件开发. 农业机械学报，2000，31（2）：56-59）；一种是水果生产线上随着生产线运行的时候自身发生旋转，触发相机采集多幅水果图像，如赵杰文等设计的基于三个摄像系统在线水果品质检测分级的装置与方法（申请号：200410065216.2）。
[0005] 不管是采用哪种图像获取方式获取水果的图像进行水果品质的进一步检测，均存在水果表面图像信息被重复采集的问题。而基于存在重复信息的图像对水果品质进行判断，势必会影响分级的准确性。目前并没有保证能够获取类球形水果多表面无冗余信息图像的方法。
发明内容
[0006] 针对球状水果表面图像采集过程中出现图像冗余的问题，本发明的目的在于提供一种用于球状水果无冗余图像信息获取的方法和装置，结合多相机，十字激光发射和触发控制电路，保证获取球状水果多表面无冗余信息图像。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008] 一、用于球状水果多表面无冗余信息图像获取的方法：
[0009] 用1个顶视相机和4个周向相机对视场内的水果分别采集1幅带十字激光标线的水果顶视图像和4幅带十字激光标线的水果周向图像、1幅不带十字激光标线的水果顶视图像和4幅不带十字激光标线的水果周向图像；将1幅带十字激光标线的水果顶视图像和4幅带十字激光标线的水果周向图像与1幅不带十字激光标线的水果顶视图像和4幅不带十字激光标线的水果周向图像分别对应相减，得到1幅顶视激光线条图像和4幅周向激光线条图像；将顶视激光线条图像的圆形区域与不带十字激光标线的水果顶视图像相乘，得到顶视图像感兴趣区域；分别将4幅周向激光线条图像与对应的不带十字激光标线的水果周向图像相乘，得到4幅周向图像感兴趣区域；将顶视图像感兴趣区域和周向图像感兴趣区域拼合，得到水果表面无冗余信息图像。
[0010] 二、用于球状水果多表面无冗余信息图像获取的装置：
[0011] 本发明包括伺服电机，4个周向相机，顶视相机，触发控制器，计算机，4个十字激光标线器，槽形光电传感器，托盘和传送带。
[0012] 4个周向相机呈环形均匀布置在同一个平面，4个十字激光标线器均匀布置在4个周向相机之间，由伺服电机驱动的传动带布置在周向相机和十字激光标线器下方，传动带与一个周向相机的空间夹角22.5度；伺服电机驱动传动带转动，水果装载在托盘上，托盘安装在传动带上，在水果上方安装顶视相机；槽形光电传感器跨在传动带两侧，并位于托盘前进方向前方；
[0013] 触发控制器分别与伺服电机，槽形光电传感器，4个周向相机和顶视相机相连接，计算机分别与4个周向相机和顶视相机相连接。
[0014] 所述的触发控制器：包括微处理器U1，光耦U2，光耦U3，电机驱动器U4，光耦U5，继电器U6，三极管Q1，二极管D1，电位计Rp，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5和电阻R6；
[0015] 槽形光电传感器的棕色引线和蓝色引线分别接+24V电源与GND1，槽形光电传感器黑色引线通过电阻R2接光耦U2第1引脚，光耦U2第二引脚接GND1，电阻R1分别连接在+5V电源与微处理器U1的6引脚上，光耦U2第5引脚接微处理器U1第6引脚，光耦U2第4引脚接GND0，微处理器U1第19引脚接相机触发信号输入端，电阻R4分别接+5V电源和光耦U5第1引脚，光耦U5第2引脚接微处理器U1第17引脚，光耦U5第5引脚接+24V电源，电阻R5接在光耦U5第4引脚和三极管Q1基极之间，继电器U6线圈接在+24V电源与三极管Q1集电极之间，三极管发射极接GND1，二极管D1反接在继电器U6的线圈两端，继电器U6的常开触点接在+3V电源和4个十字激光标线器之间，4个十字激光标线器的电源负极接GND1，光耦U3第1引脚接微处理器U1第18引脚，光耦U3第2引脚通过电阻R7接GND0，光耦U3第3引脚接+24V电源，光耦U3第4引脚分别接电机驱动器U4的CN1接口的第2引脚和电阻R6，电机驱动器U4的CN1接口的第13引脚接GND1和电阻R6，电阻R3接在+24V电源与电机驱动器U4的CN1接口的第22引脚之间，电位计Rp接电机驱动器U4的CN1接口的第22引脚与GND1；电机驱动器U4的TB3接口接伺服电机。
[0016] 本发明具有的有益的效果是：
[0017] 本发明利用十字激光标线定位多幅水果图像之间的界线，提高了水果图像拼接的速度和图像拼接准确度。
附图说明
[0018] 图1是本发明的结构示意图。
[0019] 图2是不包括顶视相机的俯视图。
[0020] 图3是触发控制电路原理图。
[0021] 图4是触发控制时序示意图。
[0022] 图5是顶视相机采集到的图像示意图。
[0023] 图6是其中一个周向相机采集到的图像示意图。
[0024] 图7是五个相机的采集到的图像中的感兴趣区域（阴影部分）。
[0025] 图8是获取的类球形水果多表面无冗余信息图像。
[0026] 图中：1、伺服电机，2，4个周向相机，3、顶视相机，4、触发控制器，5、计算机，6、4个十字激光标线器，7、水果，8、槽形光电传感器，9、托盘，10、传送带。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的说明。
[0028] 如图1所示，本发明包括伺服电机1，4个周向相机2，顶视相机3，触发控制器4，计算机5，4个十字激光标线器6，槽形光电传感器8，托盘9和传送带10。
[0029] 如图1、图2所示，4个周向相机2呈环形均匀布置在同一个平面，4个十字激光标线器6均匀布置在4个周向相机2之间，由伺服电机1驱动的传动带10布置在周向相机2和十字激光标线器6下方，传动带10与一个周向相机2的空间夹角22.5度；伺服电机1驱动传动带10转动，水果7装载在托盘9上，托盘9安装在传动带10上，在水果7上方安装顶视相机3；槽形光电传感器8跨在传动带10两侧，并位于托盘9前进方向前方。
[0030] 触发控制器4分别与伺服电机1，槽形光电传感器8，4个周向相机2和顶视相机3相连接，计算机5分别与4个周向相机2和顶视相机3相连接。
[0031] 如图3所示，所述的触发控制器4：包括微处理器U1，光耦U2，光耦U3，电机驱动器U4，光耦U5，继电器U6，三极管Q1，二极管D1，电位计Rp，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5和电阻R6；
[0032] 槽形光电传感器8的棕色引线和蓝色引线分别接+24V电源与GND1，槽形光电传感器8黑色引线通过电阻R2接光耦U2第1引脚，光耦U2第二引脚接GND1，电阻R1分别连接在+5V电源与微处理器U1的6引脚上，光耦U2第5引脚接微处理器U1第6引脚，光耦U2第4引脚接GND0，微处理器U1第19引脚接相机触发信号输入端，电阻R4分别接+5V电源和光耦U5第1引脚，光耦U5第2引脚接微处理器U1第17引脚，光耦U5第5引脚接+24V电源，电阻R5接在光耦U5第4引脚和三极管Q1基极之间，继电器U6线圈接在+24V电源与三极管Q1集电极之间，三极管发射极接GND1，二极管D1反接在继电器U6的线圈两端，继电器U6的常开触点接在+3V电源和4个十字激光标线器(6)之间，4个十字激光标线器6的电源负极接GND1，光耦U3第1引脚接微处理器U1第18引脚，光耦U3第2引脚通过电阻R7接GND0，光耦U3第3引脚接+24V电源，光耦U3第4引脚分别接电机驱动器U4的CN1接口的第2引脚和电阻R6，电机驱动器U4的CN1接口的第13引脚接GND1和电阻R6，电阻R3接在+24V电源与电机驱动器U4的CN1接口的第22引脚之间，电位计Rp接电机驱动器U4的CN1接口的第22引脚与GND1；电机驱动器U4的TB3接口接伺服电机1。
[0033] 如图1所示，工作时，水果7装载在托盘9上。采用二次曝光方法获取水果7的图像。在伺服电机1的带动下，传动带10带动托盘9从左向右运动。
[0034] （1）如图4所示，当水果7到达槽形光电传感器 8，槽形光电传感器8产生高电平，使光耦U2的第5脚变为低电平，触发微处理器U1中断。
[0035] （2）如图4所示，微处理器U1中断服务处理程序先关中断，使微处理器U1第18引脚变为低电平,伺服电机1停止运动；延时T0后，微处理器U1第17引脚变为低电平，触发十字激光标线器6发射激光；延时T1后，微处理器U1第19引脚输出高电平，触发顶视相机3和周向相机2采集水果7的1幅带十字激光标线的水果顶视图像和4幅带十字激光标线的水果周向图像。
[0036] （3）触发顶视相机3和周向相机2将照片传至计算机5。
[0037] （4）微处理器U1延时T2后，微处理器U1第17引脚输出高电平，关闭十字激光标线器6；同时，微处理器U1第19引脚输出低电平；再次延时T3后，微处理器U1第19引脚输出高电平，触发顶视相机3和周向相机2采集水果7的1幅不带十字激光标线的水果顶视图像和4幅不带十字激光标线的水果周向图像。
[0038] （5）触发顶视相机3和周向相机2将照片传至计算机5。
[0039] （6）再次延时T3后，微处理器U1第19引脚变为低电平，同时，微处理器U1第18引脚输出高电平,使伺服电机1开始运动；
[0040] 如图5所示，为顶向相机3采集到的水果7带十字激光标线的水果顶视图像（图5中图（a）所示）和不带十字激光标线的水果顶视图像（图5中图（b）所示）。内圆圈的边界为4个十字激光标线器发射的激光所形成的线条（图（a）中虚线圆所示），外圆圈为水果7的边界（图（a）中实线圆所示）。相交垂线（图（a）虚线所示）分别为4个十字激光标线器发射的激光形成。将带十字激光标线的水果顶视图像（图5中图（a）所示）和不带十字激光标线的水果顶视图像（图5中图（b）所示）相减，提取到顶视激光线条图像。将提取的顶视激光线条的圆形区域与不带十字激光标线的水果顶视图像（图5中图（b）所示）相乘，获取顶视图像感兴趣区域（图7中图（a）的阴影区域）。
[0041] 如图6所示，为其中1个周向相机2采集到的水果7的带十字激光标线的水果周向图像（图6中图（a）所示）和不带十字激光标线的水果周向图像（图6中图（b）所示）。图6中图（b）的虚线为激光所形成的线条。将带十字激光标线的水果周向图像（图6中图（a）所示）和不带十字激光标线的水果周向图像（图6中图（b）所示）相减，得到周向激光线条图像。将周向激光线条图像的下方区域与不带十字激光标线的水果周向图像（图6中图（b）所示）相乘，得到周向图像感兴趣区域（图7中图（b）的阴影区域）。
[0042] 如图8所示，将顶视图像感兴趣区域和4个周向图像感兴趣区域进行图像拼合，得到球状水果表面无冗余信息图像。
[0043] 本发明采用的槽形光电传感器8为FGL 220-R-PSM3；微处理器U1为AT89C2051；光耦U2与光耦U5为4N25；光耦U3为友邦UDK-0 5Vdc；电机驱动器U4为富士RYHD751- FS-VV2；继电器U6为SRD-5VDC-SL-C；三极管Q1为8050；二极管D1为1N4148。
