烟叶图像拍摄与物距显示试验装置研究

　　摘要 为了拍摄烤烟烟叶反射和透射图像并实时显示物距大小，研发了烟叶图像拍摄与物距显示试验装置，该装置包括图像采集装置和物距测量显示装置。图像采集装置由支架、载物板、标准光源等组成，构成图像的采集平台，物距测量显示装置由容栅传感器（KX/MS-50）及数码显示系统构成，用于显示拍摄物距的大小。拍摄装置可以同时采集烟叶的反射和透射图像，反射图像和透射图像的物距大小通过测量系统显示。该文给出该装置的主要功能和设计方案，并对装置中的各子系统的设计方法和实现技术进行了介绍。
　　关键词 烟叶；反射图像；透射图像；容栅传感器；物距；试验装置
　　中图分类号 Q94-335；TB82 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）10-0337-03
　　Abstract The object of this study was to develop an device used in the machine vision system for capturing tobacco image in real time of reflection and transmission images and displaying the size of the object distance. The apparatus included image acquisition device and display object distance measuring device. The device was mainly composed of the stent，loading plate，the standard light source and measuring devices and other components，forming the image capture platform. Object distance measuring display device consists of capacitive sensors（KX/MS-50） and digital display system，and was used to display the object distance shooting size. Device could simultaneously capture images of reflection and transmission，reflection and transmission images size displayed by the object distance measuring system. This paper presented the main features of the device and design，and design of each subsystem devices and implementation techniques were briefly introduced.
　　Key words tobacco leaf；reflected image；transmission image；capacitive sensors；object distance；testing facility
　　控制烟叶质量的重要手段之一是对烟叶进行检验与分级。目前，国内外对于烟叶质量的检验与分级均采用人工方式，难以适应烟叶质量检测与分级标准不断细化和规范化的客观要求。因此，迫切需要研究如何应用人工智能等高科技成果，辅助或替代分级人员进行烟叶的自动分级。
　　近年来，国内很多学者进行了烤烟烟叶自动分级方面的研究，其均对烟叶样本图像进行处理和特征提取，再用统计模式识别、神经网络模式识别等方法进行分级处理。然而相关研究均没有涉及图像采集的硬件平台设计。为了实现烟叶自动分级的技术方案，必须首先解决的问题是如何获得稳定的烟叶图像，保证图像能够清晰、准确和稳定地反映视觉信息。
　　韩力群等[1]研发了一种光机电一体化的烤烟烟叶图像采集系统，给出该系统的主要功能和设计方案。陆秋琰等[2]研制了一种用于牛肉自动分级机器视觉系统的图像采集照明装置；程文波等研制了一种采用STC89C516和K9F2808UOC来实现基于机器视觉的图像采集系统改进存储算法，可以实现8 kbit/s的无错采集速率，成本低廉实用。曾欣[3]分析了目前常用的各种图像采集方法的利弊，指出设计高速图像采集系统的关键在于实现大容量的高速缓冲区和独立的数据采集总线。利用XPLD芯片实现定制的DDR控制器，再配合大容量的DDR SDRAM组成的大容量的数据缓存。该结构实现了廉价的高速采集系统，并且成功地应用于数字显微镜设备上。为了实现烟叶自动分级的技术方案，该文研发了一种拍摄反射和透射图像并实时显示物距的图像拍摄装置，为实现烤烟烟叶智能分级提供技术基础。
　　1 图像采集装置的功能设计
　　为保证图像清晰准确地反映视觉信息，必须首先解决的问题是如何获得稳定的烟叶图像。因此，烟叶图像拍摄与物距显示试验装置应可以采集多种图像，包括反射和透射图像；图像采集过程中还可以通过测量装置实时显示物距的大小；图像采集过程应实现自动化，操作应便捷，工作需稳定、可靠。
　　装置的具体操作如下：接通灯源按钮，将被采集的目标放在载物木板凹槽内的磨砂玻璃上。采集图像时，通过测量装置显示物距大小，调节到合适的物距后，使用图像采集装置通过放置在上支架上的灯架座上的圆孔进行拍照，从而获取被采集的目标的图像。
　　2 图像采集装置的详细设计
　　2.1 总体结构设计
　　根据前述烟叶图像拍摄与物距显示试验装置的功能设计和具体操作要求，研发的装置采用长、宽、高为1 500 mm×1 000 mm×1 700 mm的框架结构，其中高度可调节，可以下降到1 200 mm。该装置主要由支架、载物板、标准光源等组成，装置总体结构如图1所示。

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