基于圖像處理的芒果信息采集系統設計

韋詩芹 趙耀毅 張煜宸 謝友 黎崇路

（廣西科技大學電氣與信息工程學院，廣西柳州 545000）

隨著生活水平的提高，人們對生活品質有了新的要求，食品安全是人們關心的重點。芒果作為富含營養物質的熱帶水果，受到人們的歡迎。但是，芒果存放久了后表面會產生黑斑，這種情況稱為芒果褐變，褐變后的芒果會嚴重影其營養、風味及外觀品質[1]。芒果信息采集系統利用圖像處理技術，對芒果采摘到其腐爛過程中其表面信息進行連續的圖像采集與數據分析，通過采集大量不同條件下不同品種的芒果表面變化數據，能夠得到相對準確的在不同條件下不同品種芒果的表面信息變化曲線，識別出芒果黑斑，并將其應用于芒果分揀，能夠快速的將芒果分類為不同的品質，篩選出壞果爛果提高芒果質量。基于圖像處理技術的分揀技術對芒果的損傷更小，是一項十分有前景的分揀技術。

1 系統方案

本系統選用西門子PLC 做為主控制器，控制步進電機帶動托盤和芒果進入照相區，觸發拍照，并將圖片傳入計算機，計算機使用相關軟件進行圖像處理，計算出芒果表皮黑斑的面積，最后將面積的數值用曲折圖顯示出來，實現整體自動化。

2 系統硬件設計

2.1 系統執行機構設計

圖1 系統執行機構

根據設計要求，系統執行機構分為箱體和底板。拍照的箱體環境要求相對密封，外界光線不易對拍照造成影響，同時內部光線不易逃出造成補光不足。因此，需要使用自動門，當芒果需要進入箱體時自動門打開，拍照時自動門閉合，制造出相對密封的環境。此外，還需要使用多處光源補光，使補光更加均勻。底板上安裝電機與托盤結構，電機通過齒輪與皮帶帶動安裝在滑桿上的托盤使托盤能夠前后移動，實現芒果自動傳送功能，系統執行機構示意圖如圖1 所示。

2.2 系統硬件電路電氣原理圖

整個系統電氣接線為兩個并聯結構，分別是使用220V 電源電壓器件的并聯和使用24V 電源電壓的器件并聯。220V 交流電通過斷路器后與其連接的是直流電源，運行指示燈和兩組LED 燈。運行指示燈直接與220V 交流電相連，當斷路器接通電時運行指示燈會直接點亮，所以只要運行指示燈為點亮狀態就說明設備是通電的，其電氣原理圖如圖2 所示。

圖2 電氣原理圖

3 圖像處理

3.1 圖像處理流程

在設計中圖像采集裝置將圖像采集后，MATLAB 將原始圖像進行剪切，得出所需要處理的那部分RGB 圖像，再將RGB 圖像轉化成灰度圖像，根據灰度圖像查找黑色的像素點將芒果的黑斑特征進行提取，最后將特征提取的圖像二值化，對二值圖差值處理得到差值圖后將差值圖保存，并且計算二值圖像的像素點的面積，即芒果黑斑的面積。

3.2 圖像處理效果

通過調試，能夠將芒果圖像黑斑提取出來，并將以二值圖的效果顯示，基本上達到設計要求。圖像處理后的效果圖如圖3的所示。

圖3 圖像處理的效果圖

4 結論

設計的芒果信息采集系統能夠實現將裝置采集到的芒果圖像進行自動處理，并且還能使用WINCC 作為組態監控對整個工作過程進行監控，基本實現對芒果黑斑提取以及識別處理做到自動化，不論是控制器PLC 與組態界面的結合，采集軟件的工作，或是MATLAB 軟件的使用，都對整個工作過程起到關鍵性作用，三者各自分工合作，互相協調，實現整個工作自動化。