【摘要】 一种基于单目多视角机器视觉的珍珠颜色光泽度在线自动分级装置，包括用于对珍珠进行自动检测和分类的流水线，用于拍摄被检珍珠图像的单目多视角机器视觉装置，用于对被检珍珠图像进行图像处理、检测、识别、分类以及协调控制流水线上各动作机构的协调动作的微处理器，流水线包括上料动作机构、送检动作机构、下料动作机构、分级动作机构和分级执行机构；本发明提供一种具有机构简单、制造成本低、能满足珍珠颜色和色泽等品质指标的检测、分级效率高、使用和维护方便和自动化程度高的基于单目多视角机器视觉的珍珠颜色光泽度在线自动分级装置。 【专利类型】发明授权 【申请人】浙江工业大学 【申请人类型】学校 【申请人地址】310014 浙江省杭州市下城区朝晖六区 【申请人地区】中国 【申请人城市】杭州市 【申请人区县】临安区 【申请号】CN201210411979.2 【申请日】2012-10-24 【申请年份】2012 【公开公告号】CN102967586B 【公开公告日】2014-11-12 【公开公告年份】2014 【授权公告号】CN102967586B 【授权公告日】2014-11-12 【授权公告年份】2014.0 【IPC分类号】G01N21/57; G01J3/46 【发明人】汤一平; 林璐璐; 夏少杰; 姜荣剑; 刘康; 周静恺; 徐海涛; 严杭晨; 黄磊磊; 马宝庆; 俞立; 冯亦军; 陈新峰; 朱治亮 【主权项内容】1.一种基于单目多视角机器视觉的珍珠颜色光泽度在线自动分级装置，其特征在于：包括用于对珍珠进行自动检测和分类的流水线，用于拍摄被检珍珠图像的单目多视角机器视觉装置和用于对被检珍珠图像进行图像处理、检测、识别、分类以及协调控制流水线上各动作机构的协调动作的微处理器，所述流水线包括用于将被检珍珠从待测物件容器中以每次一粒珍珠喂送到上料输入口的上料动作机构，用于将被检珍珠提升到视觉检测箱中进行视觉分析的送检动作机构，用于将送检动作机构的活动顶杆的翻板上的已检珍珠落入分级输入口的下料动作机构，用于将落入到分级输入口的已检珍珠根据分级判断结果控制分级输出口转动到相对应的珍珠分级容器上方的分级动作机构和用于将在分级输出口内的已检珍珠收集到相对应的珍珠分级容器中的分级执行机构；所述的微处理器包括： 图像读取模块，用于从广角摄像机读取包含有从9个不同视角拍摄的被检珍珠的图像；图像处理模块，用于从一幅图像中分割出9幅不同视角的珍珠图像和将9幅不同视角的图像背景中分割出珍珠图像，并根据知识库中保存的传感器的标定结果对9幅不同视角的珍珠图像进行透视投影转换处理；传感器标定模块，用于对广角摄像机的标定、鱼眼镜头的畸变矫正以及透视投影变换，将标定广角摄像机的内部参数以及透视投影变换的参数存储到知识库中；颜色色泽识别模块，用于根据国家标准对被检珍珠进行颜色和色泽的识别；结果输出模块，用于将被检珍珠的颜色和色泽的检测结果进行汇总，一方面根据国家检测标准自动生成一份检测结果表，另一方面，将检测结果的信息发送给流水线控制模块，让流水线控制模块控制相应的分级控制模块自动完成被检珍珠的自动分级；人机交互模块，用于在人工干预下完成检测参数的设定和控制检测结果的输出； 所述的视觉检测箱由1个广角摄像机和8个平面镜所构成的单目多视角立体视觉装置，通过一个广角摄像机的一次成像来获取从9个视角拍摄的珍珠表面图像，实现一种以珍珠为观察中心的全方位视觉装置；主要由广角摄像机和2个平面镜斗型腔组成；每个斗型腔由尺寸相同的等腰梯形平面镜组成，上斗型腔呈上小下大，下斗型腔呈上大下小，上下斗型腔的大口径处尺寸相同，在上下斗型腔的大口径处将上下斗型腔合并为一整体，镜面朝向腔体内侧，且腔体的中轴线重合于摄像机的主光轴；广角镜头由上斗型腔小口端探入腔体内，镜头入射光线由上斗型腔端口的直射光线和镜面反射光线组成；通过腔体的直射光线投影在摄像机投影面的中央区域，被测珍珠通过活动支架被安置到中央区域，镜面反射光线投射到摄像机投影面的周边区域，且8个镜面的投影区域各不相同；因此，该装 置拍摄的图像包含被测珍珠的多个影像，且这些影像于9个不同透视投影点；所述的视觉检测箱一共有9个不同透视投影点，在摄像机中直接成像的为真实摄像机的透视投影点，所拍摄的图像于视角0；其他8个均为由摄像机和反射镜面所成像的为虚拟摄像机的透视投影点，所拍摄的图像分别于视角1～视角8，所述的单目多视角立体视觉装置具有严格一致的内部参数和颜色系统； 所述的图像处理模块中，分割出珍珠图像后，根据知识库中保存的传感器的标定结果对9幅不同视角的珍珠图像进行透视投影转换处理，得到9幅不同视角的分割后无畸变的珍珠图像； 所述的颜色色泽识别模块，用于根据国家标准对被检珍珠进行颜色和色泽的识别；首先需要将RGB颜色模型转换成HSL颜色模型，用公式(1)进行转换， 式中，r、g、b分别为RGB颜色空间中红、绿、蓝的坐标值，这些值在0到1之间，max为r、g、b中的最大者，min为r、g、b中的最小者； 按照国家标准将珍珠的颜色分为白色、红色、黄色、黑色及其他5个系列，然后在大系列下面再进行细分；对于珍珠的颜色描述，国家标准定义了以体色描述为主，伴色和晕彩描述为辅；这里将9幅RGB颜色模型的珍珠图像转换成HSL颜色模型珍珠图像，计算统计9幅HSL颜色模型珍珠图像的h分量值和l分量值，然后求其平均值hT和lT，作为体色；计算方法由公式(2)给出， 式中，hT为9幅HSL颜色模型珍珠图像的h分量的平均值，hiT为第i幅HSL颜色模型珍珠图像的h分量的平均值，lT为9幅HSL颜色模型珍珠图像的l分量的平均值，liT为第i幅HSL颜色模型珍珠图像的l分量的平均值，∑为第i幅HSL颜色模型珍珠图像的总像素数； 进一步，根据hT值与存储在检测指标库的珍珠颜色表中所规定的大类区分阈值范围来确定被检珍珠属于哪种颜色的大系列，然后根据lT值与存储在检测指标库的珍珠颜色表中所规定的小类区分阈值范围来确定被检珍珠属于哪种颜色的大系列下的细分类别； 所述的颜色色泽识别模块中，设定每粒被检珍珠表面的每个成像像素点的颜色测量值在HSL颜色模型的H分量符合正态分布，因此从体色为中心的概率分布情况进行分析和判断是否存在着伴色和晕彩，进一步判断是什么颜色的伴色和晕彩；由于方差是测算离散趋势最重要、最常用的指标，伴色和晕彩是一种偏离体色的现象，利用被检珍珠表面的颜色测量值的方差值与规定的阈值进行比较来判断被检珍珠是否存在着伴色和晕彩；被检珍珠表面的颜色测量值的方差值用公式(3)进行计算， 式中，为第i幅HSL颜色模型珍珠图像中某个像素的h分量值的平方，为第i幅HSL颜色模型珍珠图像的h分量平均值的平方，Si为第i幅HSL颜色模型珍珠图像的h分量的平方差，∑为第i幅HSL颜色模型珍珠图像的总像素数； 进一步，计算9幅HSL颜色模型珍珠图像的h分量的平方差，然后与存储在检测指标库的珍珠颜色表中方差阈值Sh进行比较，如果有一幅HSL颜色模型珍珠图像的h分量的平方差大于检测指标库的珍珠颜色表中方差阈值Sh就判定为有伴色和晕彩； 更进一步，判断被检珍珠的伴色和晕彩为何种颜色，具体做法是分别在9幅HSL颜色模型珍珠图像h分量的直方图上检索除了在检测指标库的珍珠颜色表中方差阈值Sh的h分量阈值以外的次高峰值，该峰值就是被检珍珠的伴色和晕彩的颜色，伴色和晕彩在直方图中是以孤立的小岛形状出现； 所述的颜色色泽识别模块中，对于被检珍珠色泽的识别，根据公式(1)计算得到被检珍珠的亮度信息；利用珍珠图像的反光区和光亮区的光强度信息加权 得到珍珠的亮度值，并由此分辨出珍珠的光泽度；针对珍珠亮度分选的模糊特性，应用柯西隶属函数作为光泽度强弱分析的数学模型，进行光泽度等级的判别；由于颜色H、饱和度S均对亮度L信息有直接的影响，珍珠的光泽度的比较需要在同一颜色、同一饱和度的基础上进行分选；这里设计了相应的数据库的光泽度分类表，对不同颜色和不同饱和度的珍珠进行分类，形成一张珍珠颜色表；然后在珍珠颜色表中增添与亮度L信息有关的光泽度指标，在识别时，根据颜色和饱和度检测结果查找珍珠颜色表得到光泽度指标，然后将所得到4个光泽度指标分别与检测所得到的亮度L信息进行比较，最接近的就是所识别的光泽度； 根据国家标准被检珍珠的光泽级别分为： V＝{A极强，B强，C中，D弱} 根据光泽分选经验和大量数据分析得出，对于每一种颜色的珍珠都有其相对应的光泽度指标，各隶属函数用公式(4)计算， α>0, β为正偶数 α>0, β为正偶数 α>0, β为正偶数 式中，μA(l)、μB(l)、μC(l)、μD(l)分别为某一种被检珍珠的光泽级别4种隶属函数的计算值，aA、aB、aC、aD分别为A、B、C、D珍珠分类的光泽度指标，l为被检珍珠的l分量值，α、β为参数，这里取α＝0.0005，β＝2； 被检珍珠光泽度指标的形式保存在珍珠颜色表中，当识别被检珍珠颜色后就能得到其相关的光泽度指标和l分量值，分别代入公式(4)中的aA、aB、aC、aD、l，计算具体的各隶属函数的计算值，选四个隶属函数的计算值中的最大值就是被检珍珠的光泽度判定结果； 所述的上料动作机构与所述的送检动作机构有一个动作配合，当所述的送检动作机构的活动顶杆下降到某一个位置高度时，所述的上料动作机构的上料管中的被检珍珠依靠自身重力流入到送检机构的活动顶杆的翻门上，完成上料的动作； 所述的送检动作机构由活动顶杆、翻门、转动齿轮和步进电机所构成，活动顶杆内部中空，当翻门打开时，在翻门上的珍珠将沿顶杆内孔落下；活动顶杆的外侧配置有齿条，齿条与转动齿轮相啮合，步进电机带动转动齿轮正反转动，控制转动齿轮正反方向的转动就能控制活动顶杆的上下运动；当活动顶杆运动到上 位极限状态时，活动顶杆将被测珍珠提升到检测箱中进行检测；当活动顶杆运动到下位极限状态时，这时活动顶杆对上料管出口处不发生遮挡，上料管的珍珠依靠自身的重量流入到活动顶杆的翻门上；活动顶杆的上部和翻门采用黑色无镜面反射的金属材料制成； 所述的下料动作机构安置在所述的送检动作机构的活动顶杆内，由翻门、弹簧铰链和牵引式电磁铁所构成，翻门通过弹簧铰链固定在活动顶杆上内侧；牵引式电磁铁不通电时弹簧铰链的弹簧力使得翻门处于闭合状态，当牵引式电磁铁通电时克服弹簧铰链中的弹簧力使得翻门打开，使得安置在活动顶杆的翻门上的珍珠依靠其本身重力下落到活动顶杆的内孔中，流入活动顶杆内孔中的珍珠接着流入到分级输入口中； 所述的分级动作机构由转动盘和步进电机构成，转盘的上面开有一个分级输入口，转盘的下面开有一个分级输出口，分级输入口和分级输出口是连通的，分级输出口下面配置了一根分级输出导管，分级输出口与分级输出导管之间配置有所述的分级执行机构，步进电机驱动转动盘的转动； 所述的分级执行机构由翻门、弹簧铰链和牵引式电磁铁所构成，翻门通过弹簧铰链固定在分级输出口；牵引式电磁铁不通电时弹簧铰链的弹簧力使得翻门处于闭合状态，当牵引式电磁铁通电时克服弹簧铰链中的弹簧力使得翻门打开，使得在分级输出口的已检珍珠依靠其本身重力下落到沿输出导管流入到相对应的珍珠分级容器中； 所述的流水线控制模块，用于控制所述的上料动作机构、所述的送检动作机构、所述的下料动作机构、所述的分级动作机构和所述的分级执行机构之间的协调顺序动作；下面以流水线动作顺序说明5种动作之间的时序关系，首先是送检动作机构的活动顶杆上下运动，送检动作机构的活动顶杆从上极限位运动到下极限位的时间为T1，从下极限位运动到上极限位的时间为T2，这里T1＝T2；当送检动作机构的活动顶杆从上极限位开始运动时刻触发图像抓拍机构进行被检珍珠图像的抓拍，然后进行图像分析、检测和分类识别；经过时间T11触发下料动作机构的动作，使得安置在活动顶杆的翻门上的珍珠依靠其本身重力下落到活动顶杆的内孔中，流入活动顶杆内孔中的珍珠接着流入到分级输入口中；经过时间T12根据分级判断结果触发分级动作机构的转动，使得分级输入口对准相对应的分级收集容器的转动，因此，在T12时间内必须完成对被测珍珠的图像分析、检测和分类识别处理；经过时间T13上料管的珍珠依靠自身的重量流入到送检动作机构的活动顶杆的翻门上；活动顶杆到达下极限位后改变运动方向，向上运动，经过时间T21后触发分级执行机构的电磁开关动作，使得已检珍珠流入到相对应的珍珠分级容器 中；经过时间T22后触发分级动作机构的转动，使得分级输入口对准活动顶杆的转动，等待下一次被检珍珠的落下；经过时间T23后触发上料动作机构的送检准备动作，将一粒珍珠送入上料管内；活动顶杆到达上极限位后改变运动方向，向下运动，以此往复循环，每循环一次完成一粒珍珠的分类检测。 【当前权利人】浙江工业大学 【当前专利权人地址】浙江省杭州市下城区朝晖六区 【专利权人类型】公立 【统一社会信用代码】1233000047000441XK 【引证次数】3.0 【被引证次数】13 【他引次数】3.0 【被自引次数】1.0 【被他引次数】12.0 【家族引证次数】3.0 【家族被引证次数】27

未经允许不得转载：http://www.zhongzhencnc.com/1791435822.html