[发明专利]一种全自动嫁接机的嫁接苗接缝识别装置及接缝识别方法

权利要求书

1.一种全自动嫁接机的嫁接苗接缝识别装置，包括工业相机、照明器、图像采集卡、计算机、传送机构和育苗钵，工业相机通过数据传输线与图像采集卡连接，照明器通过电线与计算机连接，图像采集卡通过数据传输线与计算机连接，工业相机、照明器、图像采集卡和计算机构成机器视觉系统，所述的传送机构，包括传送带、第一传动轮、第二传动轮、电机和机架，第一传动轮和第二传动轮的轮轴均通过轴承装配在机架上，传送带缠设在第一传动轮和第二传动轮上，电机固定在机架上，且电机的输出轴通过减速机与第一传动轮的轮轴连接，使电机能够带动第一传动轮旋转，进而带动传送带运动，其特征在于：所述的照明器，包括排列形成一环状平面结构的多个绿色的LED灯和灯座，环形LED灯套在镜头上并固定于灯座，灯座固定于照明器支架上，支架底端通过螺钉固定在传送带的支撑架上；所述的育苗钵放置在传送带上，传送带的侧端面固定有电子湿度计和电子温度计；所述的照明器设置在传送带的一侧，照明器的环形LED灯组最外圈平面与水平面相垂直，传送带的另一侧面上通过伸缩杆固定有光照度传感器，伸缩杆的一端固定连接在传送带的侧端面上，伸缩杆的另一端固定连接有光照度传感器；所述的工业相机设置在照明器的后方。

2.根据权利要求1所述的一种全自动嫁接机的嫁接苗接缝识别装置，其特征在于：所述的工业相机为MER-125-30UC彩色数字CCD相机。

3.一种全自动嫁接机的嫁接苗接缝识别方法，其特征在于包括下列步骤：

步骤一：准备工作：将全自动嫁接机的嫁接苗接缝识别装置放置在一封闭的空间内，控制传送带传动，使育苗穴盘停止在正对照明器和工业相机位置，育苗穴盘上的嫁接苗距离工业相机的镜头12cm，照明器的环形LED灯组套置于镜头上；调节照明器亮度，使光照度传感器显示的光照度为130～150Lux；调节封闭空间内的温度和湿度，使电子湿度计显示湿度为65～70％，电子温度计显示温度为28～30℃；

步骤二：图像采集：维持上述状态10～15分钟后，工业相机开始采集图像，然后将图像信息传送给图像采集卡，最后图像采集卡将信息传送给计算机；

步骤三：图像处理：根据接缝的特征，依据视觉识别的原理，借助Matlab软件，首先找出嫁接夹夹持住的番茄直径部分，然后再根据图像分割原理去除嫁接夹，这样获得了包含接缝部分的图像，再对此图像进行水平方向像素点灰度值累加求和，获得图特征曲线；

其中，图像处理的算法包括以下步骤：

A.彩色图像灰度变换：将获取的彩色图像转换成灰度图像，即将R、G、B三通道图像转换成单通道的灰度图；灰度图像中每个像素的灰度值只用一个字节表示，灰度取值范围为0～255，数值越小表示像素越黑也越暗，0表示最暗即全黑，数值越大表示像素越白也越亮，255表示最亮即全白，转换后的灰度图像不含色彩信息，只含有亮度信息；彩色图像转换成灰度图像的公式如式(3-1)，式中Gray(i,j)表示转换后灰度图像在(i,j)点的灰度值，R(i,j)、G(i,j)、B(i,j)分别表示彩色图像中颜色红、绿、蓝的分量信息，0.30、0.59、0.11分别为彩色图像进行加权平均灰度转换时3个变量的系数；

Gray(i,j)＝0.30R(i,j)+0.59G(i,j)+0.11B(i,j) (3-1)

B.灰度图像阈值变换：根据图像特点使用如下阈值变换方法，公式(3-2)

式中，F(i,j)为(i,j)点处像素变换后的灰度值，T为设定的阈值；

C.图像二值化：根据图像的灰度值变化范围，选取某一灰度值作为阈值T，将图像分为两部分，即将图像中任意一点(i，j)的灰度值Gray(i,j)与T进行对比，如果大于或等于T则这点的逻辑灰度值就会被设置为1，如果小于T则就被设置为0，如式(3-3)所示，反之如(3-4)所示；

或者

式中：Gray(i，j)为原始图像的灰度值，F(i，j)为二值化后图像的灰度值；

D.图像平滑处理：使用均值滤波的方法进行平滑处理；均值滤波又称为平滑线性滤波器，采用邻域平均法，将图像中邻域内每个像素的值用滤波掩膜的方法确定的所有像素的平均值来代替，即用模板内选择的所有像素的灰度均值来赋值待处理的当前像素点(x,y)的灰度值；用于去除图像中与滤波掩膜尺寸相比较小的像素区域不相干的细节，使用m×n加权均值对一幅M×N的图像进行滤波的计算见式(3-5)，其中m和n均为奇数，式中a＝(m-1)/2且b＝(n-1)/2，w(s,t)为g(x+s,y+t)的掩膜系数；

E.形态学闭操作：先对二值图像进行膨胀处理，再对处理后的图像进行腐蚀处理，其定义式如式(3-6)所示；闭操作处理融合图像中狭窄的间断或细小的孔洞，并消除与目标不相关的细小边缘，使二值图像中目标的轮廓线变得更加光滑；弥补二值图像中的裂缝通过对图像膨胀处理，消除二值图像中不相关的细节通过对图像腐蚀处理，膨胀和腐蚀的定义式分别如式(3-7)和(3-8)所示；

A被设定为二值图像的集合，结构元素B也是1个图像集合，B被设定为用来对A进行形态学运算处理的结构元素；形态学运算中，用结构元素B对集合A进行操作；膨胀过程即把结构元素B中的元素平移z个单位后到达Bz，如果A中包含有Bz中的元素，则Bz中所有像素点被保留，不断移动结构元素B，即能够得到多个被保留的像素点的集合；这些保留的像素点组成的集合就是结构元素B对集合A进行膨胀的结果；

步骤四：计算机根据设定好的程序对得到的图特征曲线进行判断，检测出合格嫁接苗和不合格嫁接苗，进而计算机对控制系统发出指令，进行后续程序。