[发明专利]基于FPGA的粮食品质在线检测装置及方法

权利要求书

1.一种基于FPGA的粮食品质在线检测装置，其特征在于：包括主动滚筒(1)，调速电机(2)，第一从动滚筒(3)，多行式排种器(4)，透明皮带(5)，第一线扫描相机(6)，第一光照箱(7)，第一线光源(8)，第一背景板(9)，U形机架(10)，第二背景板(11)，FPGA图像处理板(12)，ARM板(13)，第二线光源(14)，第二线扫描相机 (15)，第二光照箱(16)，第二从动滚筒(17)，编码器(18)和第三从动滚筒(19)；其中：

在U形机架(11)两侧的底部分别安装有由调速电机(2)带动的主动滚筒(1)和第二从动滚筒(17)，在U形机架(10)两侧的上部分别安装第一从动滚筒(3)和第三从动滚筒(19)；在U形机架(10)的中部分别安装有第一光照箱(7)和第二光照箱(16)，透明皮带(5)穿过第一光照箱(7)和第二光照箱(16)后，环绕在第三从滚筒(19)、第二从动滚筒(17)、主动滚筒(1)和第一从动滚筒(3)上；第一背景板(9)安装在第一光照箱(7)的透明皮带下方，第一光照箱(7)的透明皮带上方，从下至上依次安装第一线光源(8)和第一线扫描相机(6)，第二背景板(11)安装在第二光照箱(16)的透明皮带上方，第二光照箱(16)的透明皮带下方，从上至下依次安装第二线光源(14)和第二线扫描相机(15)；多行式排种器(4)安装在第一从动滚筒(3)侧的透明皮带(5)的上方；FPGA图像处理板(12)通过CameraLink连接口分别与第一线扫描相机(8)和第二线扫描相机(15)相连，FPGA图像处理板(12)通过10/100 Ethernet口和DVI视频口与ARM板(13)相连，安装在第三从动滚筒(19)轴上的编码器(18)与FPGA图像处理板(12)相连。

2.用于权利要求1所述装置的一种基于FPGA的粮食品质在线检测方法，其特征在于该方法的步骤如下：

在皮带(5)上运行的颗粒先经过第一线扫描相机(6)，后经过第二线扫描相机(15)，颗粒的形态特征和上表面颜色特征的检测过程是利用第一线扫描相机(6)拍摄的图像完成的，颗粒的形态特征和上表面颜色特征定义为第一特征集；颗粒面积和颗粒下表面颜色特征的检测过程是利用第二线扫描相机(15)拍摄的图像完成的，颗粒面积和颗粒下表面颜色特征定义为第二特征集，第一特征集和第二特征集中的各特征的提取方法借鉴苏忆楠在基于机器视觉和高光谱图像技术的粮食水分检测及杂质与不完善粒识别方法研究中所采用的方法；

颗粒经多行式排种器(4)撒在透明皮带(5)上，测量第一线光源(8)在透明皮带(5)上的照射位置与第二线光源(14)在透明皮带(5)上的照射位置之间的距离D，测量颗粒中的最小颗粒宽度W，用D除以W取整后得到第一线扫描相机(6)和第二线扫描相机(15)之间最多能摆放的颗粒数量M_Col；

定义常量M_ Row为多行式排种器(4)的行数；

定义以下变量：

//第i行上的颗粒经第一线扫描相机(6)检测的结果：true表示颗粒的第一特征集满足正常粮食颗粒标准，false表示颗粒的第一特征集不满足正常粮食颗粒标准；

bool UpIsWheat（i）；

// 第i行上的颗粒经第二线扫描相机(15)检测的结果：true表示颗粒的第二特征集满足正常粮食颗粒标准，false表示颗粒的第二特征集不满足正常粮食颗粒标准；

bool DownIsWheat（i）； 

// 从队列中取出的第i行上的颗粒经第一线扫描相机(6)检测的结果；

bool UpIsWheatNow（i）；

// 第i行上的颗粒经第一线扫描相机(6)和第二线扫描相机(15)综合检测后的结果：true表示正常粮食颗粒，false表示其它颗粒；

bool IsWheatNow（i）； 

定义队列结构：

Struct WheatQueueStruct

{

bool IsWheat[M_Col]；

int Head；

int Rear；

}；

// 定义多行式排种器(4)在各行排出的颗粒队列

WheatQueueStruct  WheatQueueArray[M_Row]； 

当多行式排种器(4)在第i行排出的颗粒经过第一线扫描相机(6)时，采用现有的方法判断颗粒的第一特征集是否满足正常粮食颗粒标准，判断结果由变量UpIsWheat（i）记录，并执行如下语句：

WheatQueueArray[i].IsWheat[Rear] = UpIsWheat（i）；

WheatQueueArray[i].Rear = (WheatQueueArray[i].Rear + 1) % M_Col；

当多行式排种器(4)排出的第i行颗粒经过第二线扫描相机(15)时，仍采用苏忆楠论文的方法判断颗粒的第二特征集合是否满足正常粮食颗粒标准，判断结果由变量DownIsWheat（i）记录，并执行如下语句：

UpIsWheatNow（i） = WheatQueueArray[i].IsWheat[Head]；

WheatQueueArray[i].Head = (WheatQueueArray[i].Head + 1) % M_Col；

IsWheatNow（i）= UpIsWheatNow（i）* DownIsWheat（i）；

如果IsWheatNow（i）的值为true，则输出结果表示该颗粒为正常粮食颗粒，否则为其它颗粒，其它颗粒包括杂质粮食颗粒和不完善粮食颗粒，将正常粮食颗粒和其它颗粒分别计数，最终得出正常粮粒和杂质的数量。