基于机器视觉的马铃薯智能分级系统
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为了实现马铃薯外观品质自动分 级，本 研 究 构 建 马 铃 薯 智 能 分 级 软 硬 件 平 台 ，并 参 照 马 铃 薯 等 级 标 准［９］，提 出 了 马 铃薯外观品质分级检测方法 和 流 程，并 基 于 Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋ ＋ 集 成开发环境实现了马铃薯智能分级系统。
１ 马 铃 薯 智 能 分 级 硬 件 系 统
第 ３０ 卷 第 ５ 期 ２ ０ １ ４ 年 ９ 月
ＤＯＩ：１０．１３６５２／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－５７８８．２０１４．０５．０３１
Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．５ Ｓｅｐ ．２ ０ １ ４
基于机器视觉的马铃薯智能分级系统
Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｐｏｔａｔｏ ｇｒａｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｖｉｓｉｏｎ
马铃薯自动分级是提高马铃薯市场竞争力和增值的重
要途径。随着机器视觉技术的发展，该 技 术 已 广 泛 应 用 于 农
基金项目：国家自然 科 学 基 金 （编 号：３１２０１１３３）；青 岛 市 科 技 发 展 计 划 （编 号 ：１１－２－３－２０－ｎｓｈ）
作 者 简 介 ：邓 立 苗 （１９７８－ ），女 ，青 岛 农 业 大 学 讲 师 。 Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｅｎｇｌｍ６８＠１６３．ｃｏｍ
３ 软 件 系 统
软件系统运行 界 面 如 图 ４ 所 示，主 界 面 分 为 ４ 个 区 域： 控制按钮区、图 像 监 视 区、数 据 显 示 区 和 统 计 数 据 区。 控 制 按钮区实现摄像头的打开和关闭、开 始 检 测 和 关 闭 检 测 及 数 据显示等功能；图像监视区实时显示 监 控 画 面 和 所 拍 摄 的 马 铃薯图像。数据显示区分为基本数 据 区 和 综 合 数 据 区 ，基 本 数据区主要显示马铃薯形状、绿皮和 缺 陷 ３ 个 指 标 的 检 测 数 据 ，并 显 示 每 个 检 测 指 标 是 否 正 常 。综 合 数 据 区 显 示 马 铃 薯
通 讯 作 者 ：韩 仲 志 收 稿 日 期 ：２０１４－０３－１２
１４４
产品生产检 测 过 程 中，使 用 机 器 视 觉 可 以 排 除 人 为 因 素 干 扰，避免人工分 级 的 不 确 定 性，提 高 生 产 率 和 分 级 精 度。 目 前，国内外学者已在马铃薯自动分级 方 面 做 了 大 量 的 研 究 工 作。Ｍａｒｃｈａｎｔ等［１］研制了一 种 根 据 尺 寸 对 马 铃 薯 进 行 分 级 的系统，分级速度为４０个／ｓ，但精 度 还 不 能 满 足 实 际 生 产 的 需要。Ｄｅｃｋ 等［２］按 照 形 状 、尺 寸 和 发 绿 程 度 对 马 铃 薯 进 行 分类，其结果优于统计分类方法。Ｔａｏ等［３］研究了基于傅 里 叶形状的马铃薯形状分 级 自 动 检 测 系 统 。Ｚｈｏｕ等［４］开 发 了 一个基于 ＰＣ 机的机器 视 觉 系 统，该 系 统 针 对 马 铃 薯 的 主 要 分 类 指 标 进 行 分 级 ，分 级 速 率 为 ５０ 个／ｓ，总 的 分 级 准 确 率 为 ８６．５％。郑冠楠等［５］根据外形特 性，采 用 离 心 率 法 进 行 马 铃 薯 的 形 状 分 级 。虽 然 国 外 研 究 者 在 ［６，７］ 马 铃 薯 外 观 品 质 分 级 方面做了大量工作，但研究大多数集 中 在 理 论 和 方 法 研 究 阶 段，对 于 实 时 分 级 系 统 的 研 究 并 不 多 ；中 国［８］尽 管 已 经 研 制 了一些马铃薯的分 级 设 备，但 由 于 分 级 效 率 低、性 能 不 稳 定 和 适 应 性 差 等 问 题 ，尚 不 能 满 足 实 际 生 产 的 需 要 。
包装与机械
２０１４ 年 第 ５ 期
次且分级控制不受图像处理时间的 影 响，本 试 验 采 用 计 数 的 方式来进行分级控制。使用光电传 感 器 作 为 计 数 器，每 经 过 １个托盘，计数器加１（图３（ａ）），同时下位机向上位机 发 送 拍 照控制信号，上位 机 接 收 信 号 即 控 制 摄 像 头 拍 摄 图 像，然 后 对 所 拍 摄 的 图 像 进 行 处 理 和 检 测 分 级 ，最 后 将 处 理 结 果 （０ 或 １）发 送 给 下 位 机 （图 ３（ｂ））。 下 位 机 将 信 号 保 存 在 队 列 中 ，构 成 一 个 控 制 序 列 。 并 以 固 定 的 时 间 间 隔 （计 数 器 加 １）从 队 头 取控制信号，根据控制信 号 来 执 行 分 级 动 作，若 为 １，电 磁 铁 打果器通电，将托 盘 打 翻，马 铃 薯 翻 滚 到 相 应 等 级 的 收 集 区 （图 ３（ｃ））。
２ 系 统 流 程 和 分 级 控 制 方 法
智能分级系统 分 为 ４ 个 模 块，分 别 为 拍 照 控 制 模 块、图 像采集和预处理模块、特征提取和检 测 模 块 以 及 分 级 控 制 模 块 ，系 统 流 程 见 图 ２。 拍 照 控 制 模 块 控 制 拍 照 时 间 间 隔 ，保 证 每个马铃薯图片拍摄１次；图像采集 和 预 处 理 模 块 负 责 马 铃 薯图像采集和预处 理；特 征 提 取 和 检 测 模 块 对 形 状、绿 皮 和 缺陷３个分级指标进行特征提取和 量 化 分 级；分 级 控 制 模 块 根据分级结果控制分级执行器执行分级结果。
马铃薯智能分级系统是在现有水果机械式分级系统基 础上增加计算机视觉检测系统和智能分级控制系统构建而 成。系统装置如 图 １ 所 示，主 要 由 输 送 装 置、计 算 机 视 觉 系 统、分级执行系统、控制电路等 部 分 组 成。 机 器 接 通 电 源 后， 通过步进电机 ５ 带 动 传 送 带 １２ 运 动。马 铃 薯 ７ 放 置 在 托 盘 ６ 上 随 传 送 带 运 动 。 每 过 一 个 托 盘 ，光 电 传 感 器 １１ 发 送 一 个 信号到智能控制器（下 位 机 ）３，智 能 控 制 器 接 收 到 信 号 即 发 送信号到计算机（上位机）２，上位机 接 收 到 信 号，控 制 工 业 摄 像头９进行拍照，并将拍摄的图 像 发 送 给 上 位 机 处 理 。 上 位 机对所拍摄的图像进行处理并根据外观特征检测方法进行
摘要：为实现马铃 薯 外 观 品 质 自 动 分 级，构 建 马 铃 薯 智 能 分 级装置，提出一种简单易行的马铃薯 智 能 分 级 控 制 方 法 和 流 程，并基于 Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋ ＋ 环 境 实 现 马 铃 薯 智 能 分 级 软 件 系 统。该系统通过下位机发送信号给上位机来控制摄像头拍 照，上位机对所拍 摄 的 马 铃 薯 图 像 进 行 处 理 与 分 级 检 测，并 将检测结果发送给下位机智能分级 装 置，最 后 分 级 执 行 器 执 行分级。经测试：该 分 级 控 制 方 法 简 单 易 行 且 运 行 稳 定，不 受机器运行速度的影响，基本消除了 强 电 干 扰 所 构 建 的 分 级 系统 分 级 结 果 稳 定，分 级 精 度 达 到 ９０％，可 满 足 马 铃 薯 实 时 分级的要求。 关 键 词 ：分 级 系 统 ；机 器 视 觉 ；检 测 ；传 感 器 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｇｒａｄｉｎｇ ｏｆ ｐｏｔａｔｏｅｓ ｂｙ ｅｘｔｅｒｎａｌ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ，ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｐｏｔａｔｏｅｓ ｇｒａｄｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｗａｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｖｉｓｕａｌ．Ａ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｇｒａｄｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｇｏｔｔｅｎ，ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｏｆ ｇｒａｄｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋ ＋ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｅｄ：Ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｓ ｔｈｅ ｃａｍｅｒａ ｔａｋｅｓ ｐｈｏｔｏｓ ｂｙ ｓｅｎｄｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｔｈｅ ｖｉｓｕａｌ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｄｅｔｅｃｔｓ ｔｈｅ ｐｏ－ ｔａｔｏ ｆｒｏｍ ｔｈｒｅｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｓｈａｐｅ，ｃｏｌｏｒ ａｎｄ ｄｅｆｅｃｔｓ．Ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｒｅ－ ｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｗｉｌｌ ｂｅ ｓｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｂｙ ｓｅｒｉ－ ａｌ ｐｏｒｔｓ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｇｒａｄｉｎｇ ａｃｔｕａｔｏｒｓ ｔｏ ｐｉｃｋ ｕｐ ｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔｓ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ｇｒａｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ａｂｏｖｅ ｗａｓ ｓｔｅａｄｙ，ａｎｄ ｉｔｓ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｐ ｔｏ ９０％ ，ｗｈｉｃｈ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｌ－ ｔｉｍｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒａｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｖｉｓｉｏｎ；ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｓｅｎｓｏｒ
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第 ３０ 卷 第 ５ 期
邓 立 苗 等 ：基 于 机 器 视 觉 的 马 铃 薯 智 能 分 级 系 统
图 ４ 软 件 运 行 界 面 Ｆｉｇｕｒｅ ４ ＧＵＩ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ
的长、宽、面积和等级，统计数据区主 要 显 示 检 测 到 的 马 铃 薯 总数和正常马铃薯个数。
对供试验 的 ３５０ 个 马 铃 薯 运 行 智 能 分 级 系 统，综 合 形 状、颜色和缺陷３个方面特征进行检 测，只 要 具 有 畸 形 （二 次 生长）、绿皮、缺陷 其 中 任 何 一 种 情 形 就 判 定 为 次 品，否 则 为 正常薯块。根 据 这 个 标 准 对 ３５０ 个 马 铃 薯 进 行 测 试 ，误 判 个 数 为 ３５ 个 ，综 合 检 测 准 确 率 为 ９０％ 。
邓立苗
韩仲志 徐 艳 熊 凯
ＤＥＮＧ Ｌｉ－ｍｉａｏ ＨＡＮ Ｚｈｏｎｇ－ｚｈｉ ＸＵ Ｙａｎ ＸＩＯＮＧ Ｋａｉ
Baidu Nhomakorabea
（青岛农业大学理学与信息科学学院，山东 青岛 ２６６１０９）
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｑｉｎｇｄａｏ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ２６６１０９，Ｃｈｉｎａ）
图 １ 分 级 系 统 示 意 图 Ｆｉｇｕｒｅ １ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｌ ｓｃｈｅｍｅ
分级，得到分级结果（是否为次品），并将 分 级 结 果 （０ 或 １）发 送给智能控制 器。 智 能 控 制 器 接 收 到 分 级 结 果 ，若 是 １（次 品 ）则 发 信 号 给 次 品 区 打 果 器 １４，打 果 器 收 到 信 号 打 翻 托 盘 ， 马 铃 薯 滚 入 次 品 收 集 区 １３。 当 马 铃 薯 经 过 压 力 传 感 器 １０ 处 时 ，压 力 传 感 器 获 取 重 量 信 息 并 发 送 到 机 械 控 制 器 ４，机 械 控 制器按照重量信息分级，发送信号到 重 量 等 级 出 口 的 对 应 等 级的打果器，打果 器 打 翻 托 盘，马 铃 薯 则 会 进 入 相 应 重 量 等 级 的 分 级 区 １５ 内 。
图 ３ 分 级 控 制 流 程 图 Ｆｉｇｕｒｅ ３ Ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｇｒａｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
图 ２ 系 统 流 程 图 Ｆｉｇｕｒｅ ２ Ｆｌｏｗ ｄｉａｇｒａｍ
由于马铃薯在传输带上运动，分 级 时 必 须 保 证 上 位 机 发 出的分级信号与分级执行时间保持一致。由于机器运行速 度可调，每个图片 的 处 理 时 间 也 不 固 定，由 上 位 机 确 定 发 送 分级信号的时间比较困难。为保证每个马铃薯图片只拍摄１
１ 马 铃 薯 智 能 分 级 硬 件 系 统
第 ３０ 卷 第 ５ 期 ２ ０ １ ４ 年 ９ 月
ＤＯＩ：１０．１３６５２／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－５７８８．２０１４．０５．０３１
Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．５ Ｓｅｐ ．２ ０ １ ４
基于机器视觉的马铃薯智能分级系统
Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｐｏｔａｔｏ ｇｒａｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｖｉｓｉｏｎ
马铃薯自动分级是提高马铃薯市场竞争力和增值的重
要途径。随着机器视觉技术的发展，该 技 术 已 广 泛 应 用 于 农
基金项目：国家自然 科 学 基 金 （编 号：３１２０１１３３）；青 岛 市 科 技 发 展 计 划 （编 号 ：１１－２－３－２０－ｎｓｈ）
作 者 简 介 ：邓 立 苗 （１９７８－ ），女 ，青 岛 农 业 大 学 讲 师 。 Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｅｎｇｌｍ６８＠１６３．ｃｏｍ
３ 软 件 系 统
软件系统运行 界 面 如 图 ４ 所 示，主 界 面 分 为 ４ 个 区 域： 控制按钮区、图 像 监 视 区、数 据 显 示 区 和 统 计 数 据 区。 控 制 按钮区实现摄像头的打开和关闭、开 始 检 测 和 关 闭 检 测 及 数 据显示等功能；图像监视区实时显示 监 控 画 面 和 所 拍 摄 的 马 铃薯图像。数据显示区分为基本数 据 区 和 综 合 数 据 区 ，基 本 数据区主要显示马铃薯形状、绿皮和 缺 陷 ３ 个 指 标 的 检 测 数 据 ，并 显 示 每 个 检 测 指 标 是 否 正 常 。综 合 数 据 区 显 示 马 铃 薯
通 讯 作 者 ：韩 仲 志 收 稿 日 期 ：２０１４－０３－１２
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产品生产检 测 过 程 中，使 用 机 器 视 觉 可 以 排 除 人 为 因 素 干 扰，避免人工分 级 的 不 确 定 性，提 高 生 产 率 和 分 级 精 度。 目 前，国内外学者已在马铃薯自动分级 方 面 做 了 大 量 的 研 究 工 作。Ｍａｒｃｈａｎｔ等［１］研制了一 种 根 据 尺 寸 对 马 铃 薯 进 行 分 级 的系统，分级速度为４０个／ｓ，但精 度 还 不 能 满 足 实 际 生 产 的 需要。Ｄｅｃｋ 等［２］按 照 形 状 、尺 寸 和 发 绿 程 度 对 马 铃 薯 进 行 分类，其结果优于统计分类方法。Ｔａｏ等［３］研究了基于傅 里 叶形状的马铃薯形状分 级 自 动 检 测 系 统 。Ｚｈｏｕ等［４］开 发 了 一个基于 ＰＣ 机的机器 视 觉 系 统，该 系 统 针 对 马 铃 薯 的 主 要 分 类 指 标 进 行 分 级 ，分 级 速 率 为 ５０ 个／ｓ，总 的 分 级 准 确 率 为 ８６．５％。郑冠楠等［５］根据外形特 性，采 用 离 心 率 法 进 行 马 铃 薯 的 形 状 分 级 。虽 然 国 外 研 究 者 在 ［６，７］ 马 铃 薯 外 观 品 质 分 级 方面做了大量工作，但研究大多数集 中 在 理 论 和 方 法 研 究 阶 段，对 于 实 时 分 级 系 统 的 研 究 并 不 多 ；中 国［８］尽 管 已 经 研 制 了一些马铃薯的分 级 设 备，但 由 于 分 级 效 率 低、性 能 不 稳 定 和 适 应 性 差 等 问 题 ，尚 不 能 满 足 实 际 生 产 的 需 要 。
包装与机械
２０１４ 年 第 ５ 期
次且分级控制不受图像处理时间的 影 响，本 试 验 采 用 计 数 的 方式来进行分级控制。使用光电传 感 器 作 为 计 数 器，每 经 过 １个托盘，计数器加１（图３（ａ）），同时下位机向上位机 发 送 拍 照控制信号，上位 机 接 收 信 号 即 控 制 摄 像 头 拍 摄 图 像，然 后 对 所 拍 摄 的 图 像 进 行 处 理 和 检 测 分 级 ，最 后 将 处 理 结 果 （０ 或 １）发 送 给 下 位 机 （图 ３（ｂ））。 下 位 机 将 信 号 保 存 在 队 列 中 ，构 成 一 个 控 制 序 列 。 并 以 固 定 的 时 间 间 隔 （计 数 器 加 １）从 队 头 取控制信号，根据控制信 号 来 执 行 分 级 动 作，若 为 １，电 磁 铁 打果器通电，将托 盘 打 翻，马 铃 薯 翻 滚 到 相 应 等 级 的 收 集 区 （图 ３（ｃ））。
２ 系 统 流 程 和 分 级 控 制 方 法
智能分级系统 分 为 ４ 个 模 块，分 别 为 拍 照 控 制 模 块、图 像采集和预处理模块、特征提取和检 测 模 块 以 及 分 级 控 制 模 块 ，系 统 流 程 见 图 ２。 拍 照 控 制 模 块 控 制 拍 照 时 间 间 隔 ，保 证 每个马铃薯图片拍摄１次；图像采集 和 预 处 理 模 块 负 责 马 铃 薯图像采集和预处 理；特 征 提 取 和 检 测 模 块 对 形 状、绿 皮 和 缺陷３个分级指标进行特征提取和 量 化 分 级；分 级 控 制 模 块 根据分级结果控制分级执行器执行分级结果。
马铃薯智能分级系统是在现有水果机械式分级系统基 础上增加计算机视觉检测系统和智能分级控制系统构建而 成。系统装置如 图 １ 所 示，主 要 由 输 送 装 置、计 算 机 视 觉 系 统、分级执行系统、控制电路等 部 分 组 成。 机 器 接 通 电 源 后， 通过步进电机 ５ 带 动 传 送 带 １２ 运 动。马 铃 薯 ７ 放 置 在 托 盘 ６ 上 随 传 送 带 运 动 。 每 过 一 个 托 盘 ，光 电 传 感 器 １１ 发 送 一 个 信号到智能控制器（下 位 机 ）３，智 能 控 制 器 接 收 到 信 号 即 发 送信号到计算机（上位机）２，上位机 接 收 到 信 号，控 制 工 业 摄 像头９进行拍照，并将拍摄的图 像 发 送 给 上 位 机 处 理 。 上 位 机对所拍摄的图像进行处理并根据外观特征检测方法进行
摘要：为实现马铃 薯 外 观 品 质 自 动 分 级，构 建 马 铃 薯 智 能 分 级装置，提出一种简单易行的马铃薯 智 能 分 级 控 制 方 法 和 流 程，并基于 Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋ ＋ 环 境 实 现 马 铃 薯 智 能 分 级 软 件 系 统。该系统通过下位机发送信号给上位机来控制摄像头拍 照，上位机对所拍 摄 的 马 铃 薯 图 像 进 行 处 理 与 分 级 检 测，并 将检测结果发送给下位机智能分级 装 置，最 后 分 级 执 行 器 执 行分级。经测试：该 分 级 控 制 方 法 简 单 易 行 且 运 行 稳 定，不 受机器运行速度的影响，基本消除了 强 电 干 扰 所 构 建 的 分 级 系统 分 级 结 果 稳 定，分 级 精 度 达 到 ９０％，可 满 足 马 铃 薯 实 时 分级的要求。 关 键 词 ：分 级 系 统 ；机 器 视 觉 ；检 测 ；传 感 器 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｇｒａｄｉｎｇ ｏｆ ｐｏｔａｔｏｅｓ ｂｙ ｅｘｔｅｒｎａｌ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ，ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｐｏｔａｔｏｅｓ ｇｒａｄｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｗａｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｖｉｓｕａｌ．Ａ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｇｒａｄｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｇｏｔｔｅｎ，ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｏｆ ｇｒａｄｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋ ＋ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｅｄ：Ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｓ ｔｈｅ ｃａｍｅｒａ ｔａｋｅｓ ｐｈｏｔｏｓ ｂｙ ｓｅｎｄｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｔｈｅ ｖｉｓｕａｌ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｄｅｔｅｃｔｓ ｔｈｅ ｐｏ－ ｔａｔｏ ｆｒｏｍ ｔｈｒｅｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｓｈａｐｅ，ｃｏｌｏｒ ａｎｄ ｄｅｆｅｃｔｓ．Ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｒｅ－ ｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｗｉｌｌ ｂｅ ｓｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｂｙ ｓｅｒｉ－ ａｌ ｐｏｒｔｓ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｇｒａｄｉｎｇ ａｃｔｕａｔｏｒｓ ｔｏ ｐｉｃｋ ｕｐ ｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔｓ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ｇｒａｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ａｂｏｖｅ ｗａｓ ｓｔｅａｄｙ，ａｎｄ ｉｔｓ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｐ ｔｏ ９０％ ，ｗｈｉｃｈ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｌ－ ｔｉｍｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒａｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｖｉｓｉｏｎ；ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｓｅｎｓｏｒ
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第 ３０ 卷 第 ５ 期
邓 立 苗 等 ：基 于 机 器 视 觉 的 马 铃 薯 智 能 分 级 系 统
图 ４ 软 件 运 行 界 面 Ｆｉｇｕｒｅ ４ ＧＵＩ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ
的长、宽、面积和等级，统计数据区主 要 显 示 检 测 到 的 马 铃 薯 总数和正常马铃薯个数。
对供试验 的 ３５０ 个 马 铃 薯 运 行 智 能 分 级 系 统，综 合 形 状、颜色和缺陷３个方面特征进行检 测，只 要 具 有 畸 形 （二 次 生长）、绿皮、缺陷 其 中 任 何 一 种 情 形 就 判 定 为 次 品，否 则 为 正常薯块。根 据 这 个 标 准 对 ３５０ 个 马 铃 薯 进 行 测 试 ，误 判 个 数 为 ３５ 个 ，综 合 检 测 准 确 率 为 ９０％ 。
邓立苗
韩仲志 徐 艳 熊 凯
ＤＥＮＧ Ｌｉ－ｍｉａｏ ＨＡＮ Ｚｈｏｎｇ－ｚｈｉ ＸＵ Ｙａｎ ＸＩＯＮＧ Ｋａｉ
Baidu Nhomakorabea
（青岛农业大学理学与信息科学学院，山东 青岛 ２６６１０９）
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｑｉｎｇｄａｏ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ２６６１０９，Ｃｈｉｎａ）
图 １ 分 级 系 统 示 意 图 Ｆｉｇｕｒｅ １ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｌ ｓｃｈｅｍｅ
分级，得到分级结果（是否为次品），并将 分 级 结 果 （０ 或 １）发 送给智能控制 器。 智 能 控 制 器 接 收 到 分 级 结 果 ，若 是 １（次 品 ）则 发 信 号 给 次 品 区 打 果 器 １４，打 果 器 收 到 信 号 打 翻 托 盘 ， 马 铃 薯 滚 入 次 品 收 集 区 １３。 当 马 铃 薯 经 过 压 力 传 感 器 １０ 处 时 ，压 力 传 感 器 获 取 重 量 信 息 并 发 送 到 机 械 控 制 器 ４，机 械 控 制器按照重量信息分级，发送信号到 重 量 等 级 出 口 的 对 应 等 级的打果器，打果 器 打 翻 托 盘，马 铃 薯 则 会 进 入 相 应 重 量 等 级 的 分 级 区 １５ 内 。
图 ３ 分 级 控 制 流 程 图 Ｆｉｇｕｒｅ ３ Ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｇｒａｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
图 ２ 系 统 流 程 图 Ｆｉｇｕｒｅ ２ Ｆｌｏｗ ｄｉａｇｒａｍ
由于马铃薯在传输带上运动，分 级 时 必 须 保 证 上 位 机 发 出的分级信号与分级执行时间保持一致。由于机器运行速 度可调，每个图片 的 处 理 时 间 也 不 固 定，由 上 位 机 确 定 发 送 分级信号的时间比较困难。为保证每个马铃薯图片只拍摄１