獼猴桃在線檢測分級系統(tǒng)集成及試驗研究.pdf

1、水果檢測分級技術(shù)在眾多產(chǎn)后加工環(huán)節(jié)中起著關(guān)鍵性的作用，通過分級，可將不同級別的水果按質(zhì)論價，改變以往混級混賣，水果價格難以提升的現(xiàn)象，改善果農(nóng)的收入狀況。為了實現(xiàn)獼猴桃品質(zhì)的在線無損檢測和分級，本文進行了基于機器視覺與可見/近紅外光譜技術(shù)的獼猴桃外形尺寸與糖度在線檢測分級系統(tǒng)的集成及試驗研究，具體研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)獼猴桃外形尺寸與糖度在線檢測機構(gòu)設(shè)計。首先根據(jù)對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析，確定出在線檢測機構(gòu)的功能要求，給出

2、了在線檢測機構(gòu)的總體方案，并進行設(shè)計、試制。其中機器視覺部分以攝像頭、攝像頭安裝支架、光源以及位置傳感器等為主要部件，通過對幾種光源的對比，確定圖像采集補光光源的類型為LED貼片燈帶光源，針對傾斜式獼猴桃輸送平臺對角度可調(diào)節(jié)的攝像頭安裝支架進行了設(shè)計，支架角度調(diào)節(jié)范圍為120°;光譜檢測部分主要由光譜儀、鹵素光源、光纖移動機構(gòu)、測距傳感器等組成。為了實現(xiàn)光譜檢測距離的調(diào)整，設(shè)計了一種豎直導(dǎo)軌滑臺機構(gòu)，通過單片機驅(qū)動步進電機，從而帶動機構(gòu)

3、上下運動，直線導(dǎo)軌的行程為100 mm。
　　(2)在線檢測分級裝置控制系統(tǒng)設(shè)計。根據(jù)在線檢測分級裝置的工作過程及控制系統(tǒng)性能要求明確了控制系統(tǒng)總體方案。分別對在線檢測部分圖像及光譜數(shù)據(jù)處理方法進行了選擇并完成了相關(guān)處理程序的編寫與調(diào)試。對整個檢測分級裝置控制系統(tǒng)進行了硬件和軟件部分的集成，完成了系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試，最終實現(xiàn)了系統(tǒng)的控制要求;對系統(tǒng)軟件操作界面進行了設(shè)計。整個檢測分級裝置的控制系統(tǒng)主要由各類傳感器、電機驅(qū)動器、STC

4、15單片機、上位機、繼電器等組成，選擇C語言進行軟件系統(tǒng)的開發(fā)。工作時，各傳感器通過I/O口將獲取的信號傳遞給單片機，單片機與上位機之間通過串口進行實時通信，通過軟件操作界面直觀實時地顯示檢測分級的結(jié)果。
　　(3)在線檢測分級系統(tǒng)最佳工作條件的確定。首先通過比較獼猴桃圖像長軸、短軸、外接矩形面積及輪廓像素面積與現(xiàn)存主要分級指標(biāo)質(zhì)量之間的相關(guān)性，確定了本文對獼猴桃外形尺寸進行分級的依據(jù)為圖像輪廓像素面積，繼而進行了不同速度下，獼猴

5、桃外觀輪廓像素面積獲取試驗，得出外形尺寸檢測最佳輸送速度為800 r/min。通過對不同光譜檢測距離下獲取的光譜數(shù)據(jù)與糖度理化值之間所建模型的分析，得出獼猴桃光譜最佳距離為3mm。同理通過對不同輸送速度下，光譜與糖度值之間建立的模型進行分析得出獼猴桃糖度檢測輸送帶最佳輸送速度為900 r/min。在光譜檢測距離為3mm，速度為900 r/min下所建模型的相關(guān)系數(shù)Rc=0.93，Rp=0.86。綜合考慮外形尺寸檢測與糖度檢測速度試驗分析

6、結(jié)果，確定本文按二者融合信息進行分級時輸送速度為900 r/min。
　　(4)分級指標(biāo)的確定與系統(tǒng)綜合驗證試驗。參考現(xiàn)存獼猴桃分級國家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計試驗對獼猴桃不同因素下各等級劃分指標(biāo)進行了確定，在選擇的系統(tǒng)最佳工作條件和相應(yīng)的分級指標(biāo)下對獼猴桃在線檢測分級系統(tǒng)進行了綜合性能評價試驗，得到本文所研究的獼猴桃在線檢測分級系統(tǒng)按外形尺寸、糖度以及融合等級指標(biāo)進行劃分的平均準(zhǔn)確率分別為94.2％，88.4％和92.5％。
　　該獼猴