红枣计算机图像处理快速无损检测自动分级机

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获奖名称：

获奖区域：

宁夏自治区

获奖等级：

二等奖

主要完成人：

何建国

关键词：

分级;  无损检测;  检测;  分级机;  自动;  枣;  自动分级;  计算机图像处理;  计算机;  图像处理;  快速;  红枣;  计算;  无损;  图像; 

第一完成单位：

宁夏大学

获奖时间：

2012

项目名称：

联系人：

田真

联系电话：

0951-2061351;13995180418

电子邮件：

tzh@nxu.edu.cn

邮编：

地址：

宁夏回族自治区银川市西夏区贺兰山西路489号

合作完成单位：

单位电话：

0951-2077800;2061884

传真：

0951-2061862

网址：

推荐单位(专家)：

来源网站：

宁夏回族自治区科学技术厅

来源网址：

https://kjt.nx.gov.cn/

摘要：

　　1、课题来源与背景 　　本课题来源于自治区科技攻关项目（NXKG200932）及国家科技支撑计划课题（2012BAF07B06）。我国是红枣原产国，红枣及其制品深受国人喜爱，消费需求旺盛，红枣产业成为我国区域农业经济增收的重要产业。由于我国红枣采后处理技术水平较低，分级处理主要依靠人工，人工分级劳动强度大，生产成本高，标准化程度低，产品档次难以提高，市场销售价格远低于其应有价值，损害广大枣农和相关企业的利益，阻碍了红枣产业的发展。据调查，枣果标准化、自动化分级可降低整个红枣产业中70%以上的劳动量，分级后枣果整体附加值可增加20%。为了充分发挥红枣产业优势，增加贫困地区枣农收入，开发快速自动化的枣果分级设备成为产业发展亟待解决的技术问题。由于国外无红枣原料，缺乏相关技术装备可借鉴，需完全依靠自主研发。国内科研院所研发枣果自动化无损检测分级机总体处于初级阶段，因此课题组提出“红枣计算机图像处理快速无损检测自动分级机”项目研究。 　　2、技术原理及性能指标 　　整个系统主要由红枣自动化整理排布输送系统、多表面图像采集与处理系统、分级执行机构、传动系统及控制部分组成，其结构及工作原理为：输送系统采用两条不锈钢链条传动，链条侧挡板中间固定辊轮形成辊轮输送链板，红枣由人工倒入料斗，辊轮自身有一定弧度，任意两辊轮形成一个凹坑弧，凹坑大小仅能使一颗红枣稳定定位；输送链板有一定合适角度，红枣随辊轮输送链板向上提升过程中，可使稳定定位的红枣随输送链板传送，非稳定位置的红枣向下滑落；辊轮输送链板下面装有柔性搓动装置，与辊轮产生摩擦，使其在运行过程中不断旋转，辊轮又搓动红枣，部分红枣在旋转过程中逐渐稳定于链板两辊轮间势能最低位置。稳定定位的红枣随输送链板进入图像采集区，红枣先进入背光源区域，提取枣果大小形状及轮廓特征，后进入正面光源图像采集区，正面光源图像采集区辊轮下方同样安装有柔性搓动装置，使红枣在输送过程中不断旋转，摄像机可多次拍摄同一红枣的不同表面，图像信息输送给计算机，经软件分析后，即可得到红枣多表面大小、形状、颜色等信息；最后利用信息融合技术分析得到红枣外部综合品质等级，计算机控制气动式分级执行机构，当红枣运送至相应等级通道时，喷气嘴把红枣送入分级通道完成分级。该系统在链轮轴上安装感应链轮和传感计数器，计数器可控制分级执行机构在相应等级位置通道处产生分级动作。设备为完全拥有自主知识产权的创新性成果，获批国家专利10项，改变了传统红枣依靠人工分级或机械式分选方法，可有效降低生产周期及用工成本。 　　设备综合指标（大小、形状、颜色等）检测分级准确率90%以上（大小、形状的分辨误差在1mm，按色度HSV颜色空间的颜色分辨误差在±15°，单条输送带最高运行速度为5个；红枣等级间的相互窜级率不超过3%，生产能力为500kg/h，小型设备每台可替代15-20人工作，满足企业规模化、标准化生产要求。 　　3、技术的创造性与先进性 　　自主设计研发基于机器视觉的枣果自动化无损检测分级机，属于农产品加工自动化装备制造领域高新技术，创新性如下： 　　1）采用机器视觉技术，自主开发枣果大小、形状、颜色快速识别算法及软件，关键检测指标准确率达到了国内先进水平； 　　2）自主研发凸轮推动机构及连杆拨动机构，结合一定倾角的辊轮输送装置，实现枣果图像采集前的快速单体化定向排布；创造性的设计出立体漫反射匀光源系统，实现背光源取轮廓，正面光源取特征，通过硬件系统优化图像采集效果，提升软件处理及分级速度；自主研制出多传感器集成电路系统，实现摄像机与输送系统的同步采集；完成了枣果气动式分级执行机构的原创性设计与研发。通过多项技术创新，提高设备分级准确率和稳定性，有效降低成本及能耗，可更好满足企业生产需求。 　　4、技术的成熟程度，适用范围和安全性 　　当前核心技术研发基本成熟，设备已进入试生产及推广阶段。设备自动化整理排布输送系统上枣率达90%以上，枣果进入图像采集区在旋转过程中可提取其4个表面图像信息，分级执行机构动作频率达6个/s，软件及控制系统运行稳定，设备整体分级精准度及准确率达90%以上。课题组针对不同生产量需求，已开发出针对农户及果园生产应用的HZWD－650型分级机及针对企业规模化生产的 HZWDX－1000型分级机；并开发出针对不同枣果品种的分级装备，当前设备可满足灵武鲜长枣、中宁圆枣、新疆骏枣等国内80%以上品种的枣果自动化分级。当前研发出近20台设备分别在灵武市果业开发有限公司、新疆刀郎枣业、灵武市大泉林场、灵武市园艺场、灵武市银湖农产品开发有限公司等多个枣果生产基地进行中试生产，每天可连续工作17小时以上，设备性能及相关运行情况受到《宁夏日报》、《新华网》、宁夏电视台、农业部官方网站等多家媒体网站的宣传报道。 　　2014年设备性能指标及安全性经宁夏机械研究院等权威机构鉴定，符合农业机械制造国家标准GB/T 5667-2008 及农业机械质量ISO4254-1-2013安全标准，达到长时间连续稳定运行及全国范围大面积推广的基本要求。我国红枣年产量达400多万吨，成果推广可使红枣产业年增值数十亿元。