[发明专利]基于图像识别的嵌入式自动珍珠分拣器及分拣方法

权利要求书

1.一种基于图像识别的嵌入式自动珍珠分拣器，其特征在于：包括基座，以及核心处理模块和与其相连接的图像采集模块、分拣执行机构、人机交换界面、数据存储和监控机构；

所述图像采集模块采用彩色摄像头，所述彩色摄像头对固定大小区域进行图像采集，使得摄像头的每个像素点与区域面积有固定的比例关系；

所述分拣执行机构包括用于装载和释放珍珠颗粒的舵机、用于把珍珠移动到正确的分类位置减速电机；所述分拣执行机构上方设置有定位条，通过设置红外对管检测定位条的状态，通过读取红外对管的状态得到珍珠分拣机构的位置，所述分拣执行机构还包括设置有齿条的滑竿，用于配合减速电机的转动，把珍珠分为7类需要定义7个以上的位置；

还设置有光线补偿装置，所述光线补偿装置包括光线采集装置和光线输出控制装置，所述光线采集装置包括均匀分布的光敏电阻，所述光线输出控制装置包括均匀设置的LED，用于对视场光线补偿，通过调节核心处理模块的PWM输出脉冲宽度来调节光强；通过采用光线闭环控制自动调整图像视场的光线；

所述光线补偿装置采用PID算法控制光强，把光敏电阻AD值设定目标值与采集的AD值进行比较得到光线误差，将误差代入下面：

其中，k_p为比例因子，k_i为积分因子，k_d为微分因子，e(n)为当前误差，e(n-1)为历史误差；

核心处理模块采用STM32F407单片机以及其外围电路组成的模块电路；

数据存储和监控机构分为数据存储机构和监控机构，所述数据存储机构与单片机通过SDIO接口连接，所述SDIO接口处设置有缓冲区，用于图像文件存储以及分拣结果历史数据存储；所述监控机构用于把珍珠分拣器的分拣结果写入到数据存储机构中，并能够利用上位机监控软件生成分拣结果报表。

2.根据权利要求1所述的基于图像识别的嵌入式自动珍珠分拣器，其特征在于：所述人机交换界面包括通过FSMC接口连接的单片机与彩屏LCD，以及按键和触摸屏。

3.利用权利要求1所述的分拣器进行的基于图像识别的嵌入式自动珍珠分拣方法，包括下列步骤：

(1)首先系统初始化，判断有无珍珠进入视场，通过图像采集模块采集珍珠图像，所述图像采集模块采用彩色摄像头；所述步骤(1)还包括使用光线补偿装置实现光线补光；所述光线补偿装置包括光线采集装置和光线输出控制装置，所述光线采集装置包括均匀分布的光敏电阻，所述光线输出控制装置包括均匀设置的LED，用于对视场光线补偿，通过调节核心处理模块的PWM输出脉冲宽度来调节光强；通过采用光线闭环控制自动调整图像视场的光线；

所述光线补偿装置采用PID算法控制光强，把光敏电阻AD值设定目标值与采集的AD值进行比较得到光线误差，将误差代入下面：

其中，k_p为比例因子，k_i为积分因子，k_d为微分因子，e(n)为当前误差，e(n-1)为历史误差；

(2)经过核心处理模块对图像进行处理，判断珍珠的大小、颜色、圆度，所述珍珠的彩色图像需要依次进行RGB转灰度值、图像滤波、图像二值化处理、边沿提取、边沿八领域跟踪步骤，输出分拣控制命令；

其中，处理方法包括：①由摄像头的像素点对应实际几何面积的比例计算得到珍珠的大小；

②从图像中珍珠的有效像素的RGB值中得到珍珠的颜色；

③计算珍珠边界重心代替圆心计算，用遍历法找到目标的最大和最小半径，以此判断珍珠的圆度；

(3)使珍珠分拣机构自动按照设定的分类标准对珍珠进行分类，并将分类的结果数据保存，数据存储和监控机构分为数据存储机构和监控机构，所述数据存储机构与单片机通过SDIO接口连接，所述SDIO接口处设置有缓冲区，用于图像文件存储以及分拣结果历史数据存储；所述监控机构用于把珍珠分拣器的分拣结果写入到数据存储机构中，并能够利用上位机监控软件生成分拣结果报表。

4.根据权利要求3所述的基于图像识别的嵌入式自动珍珠分拣方法，其特征在于：步骤①中，所述彩色摄像头对固定大小区域进行图像采集，使得摄像头的每个像素点与区域面积有固定的比例关系。

5.根据权利要求4所述的基于图像识别的嵌入式自动珍珠分拣方法，其特征在于：在珍珠分拣机构的上方设置有定位条，并设置有检测定位条状态的红外对管，通过红外对管定位珍珠分拣机构的位置，控制珍珠分拣机构的减速电机左右移动。