基于計算機視覺的細(xì)小顆粒團重量測量的研究

楊淇鈞+鎖雪萍+邱鴻帥+王以忠

【摘 要】本文設(shè)計了一種基于計算機視覺的細(xì)小顆粒團重量測量系統(tǒng)。該重量測量系統(tǒng)主要包括攝像系統(tǒng)和細(xì)小顆粒團體積測量模塊兩部分，利用計算機視覺的方法，通過細(xì)小顆粒團體積的測量實現(xiàn)其重量的測量，該細(xì)小顆粒團重量測量系統(tǒng)可用于顆粒類藥品包裝、枕式包裝等。實驗驗證了本文提出的細(xì)小顆粒團重量測量系統(tǒng)的正確性。

【關(guān)鍵詞】重量測量 計算機視覺 細(xì)小顆粒團 圖像處理

隨著時代的進(jìn)步與發(fā)展，計算機視覺[1-2]已經(jīng)成為人工智能領(lǐng)域的重要組成部分，其研究使得計算機具有通過二維圖像認(rèn)知三維環(huán)境信息的能力。計算機視覺處理技術(shù)主要依賴于圖像處理方法，經(jīng)過處理后的輸出圖像的質(zhì)量得到改善，既改善圖像的視覺效果，又便于計算機對圖像進(jìn)行分析、處理和識別。

顆粒作為物質(zhì)存在一種表現(xiàn)形式，在自然界、工業(yè)生產(chǎn)及日常生活的方方面面都存在。隨著工業(yè)的發(fā)展，對于顆粒狀物質(zhì)的包裝重量的精確度要求越來越高，而傳統(tǒng)的顆粒狀物品包裝是通過直接稱重的方式進(jìn)行的[3]，這種人工稱重的方式既浪費人力，又需要一定的經(jīng)驗基礎(chǔ)且精度不夠、效率低?；谶@種直接稱重方式的缺陷，本文在計算機視覺處理技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計了一種細(xì)小顆粒團重量測量系統(tǒng)，通過體積的測量進(jìn)而實現(xiàn)質(zhì)量的測量。

1 基于體積的細(xì)小顆粒團重量測量原理

基于計算機視覺的細(xì)小顆粒團的重量測量系統(tǒng)是利用計算機視覺技術(shù)實現(xiàn)質(zhì)量測量的系統(tǒng)。其原理是在細(xì)小顆粒團包裝之前，通過測量其在底面積已知的灌裝器中的高度，進(jìn)而得到顆粒團的體積，通過一定的比重計算出顆粒團物質(zhì)的重量，在此過程中，攝像機與灌裝器的相對位置保持不變，對這一過程進(jìn)行攝像，計算機通過圖像處理實現(xiàn)高度的測量。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本文設(shè)計的基于計算機視覺的細(xì)小顆粒團的重量測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，系統(tǒng)主要由攝像機、灌裝器、計算機三部分組成。灌裝器在灌裝過程中，攝像機進(jìn)行攝像，并將圖像數(shù)據(jù)上傳到計算機，計算機通過圖像處理實現(xiàn)灌裝器中物質(zhì)的高度測量，得到高度信息后計算體積大小，進(jìn)而實現(xiàn)重量的測量。

2.2 攝像機選型

系統(tǒng)中選用的攝像機是PointGrey系列——FL2G-13S2C-C。是加拿大PointGrey公司的工業(yè)相機，加拿大PointGrey公司的工業(yè)相機以體積小，高性價比而著稱，被廣泛應(yīng)用于中國的半導(dǎo)體、太陽能、激光加工、食品藥品和工程自動化等領(lǐng)域。該攝像機實物圖如圖2所示，其尺寸僅有29×29×72mm，最大分辨率/幀頻為1288×964@30fps。

3 稱重灌裝模擬器

本文設(shè)計的細(xì)小顆粒團灌裝器如圖3（a）和（b）所示。由圖可知，灌裝器的灌裝口底面積是已知的，即只要測得灌裝器中顆粒團的高度，就可以通過體積計算得出其重量。細(xì)小顆粒團由灌裝口進(jìn)入灌裝器，此時抽動板將灌裝器隔開成上下兩部分，如圖3（a）所示，當(dāng)顆粒團達(dá)到要求的高度時，抽動板通過抽動使顆粒團下落進(jìn)入包裝環(huán)節(jié)，如圖3（b）所示。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)及測量實驗

實現(xiàn)了一套基于計算機視覺的細(xì)小顆粒團重量測量系統(tǒng)，系統(tǒng)實物圖如圖4所示。為驗證該系統(tǒng)的可靠性，對其進(jìn)行了測量驗證實驗。

實驗中，隨機取出一些板藍(lán)根顆粒，將板藍(lán)根顆粒灌入灌裝器中測得其在灌裝器中的高度為0.55cm，如圖5所示，將攝像機拍攝結(jié)果上傳到計算機，進(jìn)行圖像處理，得到灌裝器內(nèi)板藍(lán)根顆粒的重量為20.207g。

為驗證系統(tǒng)的可靠性，對實驗用到的板藍(lán)根顆粒放入電子天平進(jìn)行稱重驗證。首先進(jìn)行去皮稱量，稱量得到實驗中用到的小包裝袋的重量為0.447g，如圖6（a）所示，去皮后稱量板藍(lán)根的重量為 20.000g，如圖6（b）所示。與電子天平稱量后的質(zhì)量之間的誤差為 1.035%。板藍(lán)根顆粒在包裝過程中的要求的誤差為±4.5%，實驗得到的誤差小于規(guī)定的誤差。

5 結(jié)語

本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于計算機視覺的細(xì)小顆粒團重量測量系統(tǒng)，并進(jìn)行了測量實驗及計算機視覺處理，計算機視覺處理得到的結(jié)果為20.207g，這與電子天平直接稱重得到的結(jié)果之間的誤差為1.035%，小于規(guī)定的誤差范圍。實驗結(jié)果證明本系統(tǒng)具有良好的實用性和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳旭，呂小俊，賈志洋.淺談計算機視覺的發(fā)展及應(yīng)用[J].科技信息，2013，（16）：6-6.

[2]鄒慶華，張月雷.計算機視覺技術(shù)應(yīng)用[J].信息通信，2015，（12）：183-184.

[3賈麗娜，張輝，陳文慶.顆粒狀物料自動稱重機研究[J].機電工程，2012，29（01）：46-48.