CN216527239U - 一种基于图像处理的光源亮度自适应调整的蚕茧计数装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于图像处理的光源亮度自适应调整的蚕茧计数装置，包括载物平台、实验支架、光源固定支架、摄像头固定支架、环形光源、摄像头模块、光源亮度调控模块、图像处理单元。先把蚕茧放置于载物平台上，再把摄像头和环形光源分别固定在上层水平固定杆和下层水平固定杆上。计算机可根据摄像头拍摄的蚕茧图像自动控制环形光源的亮度变化，使整体的光照度(环境本身加上光源)适合拍摄质量良好的蚕茧图像(既不过亮，也不过暗)，然后把这张调整好光源亮度的图像送给计算机进行图像处理，最后在上位机界面上显示调整好光源亮度的图像与统计好的的蚕茧个数。此装置便于拆卸、携带、操作容易、质量良好、计数准确，适用于蚕茧的计数。

Description

一种基于图像处理的光源亮度自适应调整的蚕茧计数装置

技术领域

本实用新型涉及蚕茧计数技术领域，具体涉及一种基于图像处理的光源亮度自适应调整的蚕茧计数装置，通过自动控制技术、计算机技术、图像处理技术根据环境光照变化自适应调整蚕茧拍摄时的光源亮度，改变整体光照度，拍摄合适光照度下的蚕茧图像。

背景技术

目前，现有的大多数物体成像装置都是需要人先手动地把待拍摄物体移动摆放在合适的位置或者调整摄像头的位置和拍摄角度，再手动地反复调节光源的亮度，来使拍摄的蚕茧图像处于一个合适的曝光度，既不会过亮，也不会过暗，用于后续的图像处理(蚕茧计数)。但这类成像装置对外界环境光照的自适应能力不够，当外界环境光照发生剧烈变化时，原先手动调好的光源亮度就不再适用了，得依赖于人对光源亮度的再次手动调整，而这个手动调整过程比较繁琐，同时光照剧烈变化的那一瞬间的图像处理(蚕茧计数)的结果很可能是不准确的，这样就不适用大批量的蚕茧准确计数了。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，设计了可自动、准确、快速地对蚕茧进行计数的一种基于图像处理的光源亮度自适应调整的蚕茧计数装置，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种基于图像处理的光源亮度自适应调整的蚕茧计数装置，其特征在于：蚕茧计数装置包括载物平台、实验支架、光源固定支架、摄像头固定支架、环形光源、摄像头模块、光源亮度调控模块、图像处理单元。所述载物平台包括载物平台6；所述实验支架包括：竖直固定杆1、上层水平固定杆2、下层水平固定杆3、上层固定滑块4、下层固定滑块5；所述光源固定支架包括：光源固定杆12、光源支撑杆13；所述摄像头模块固定支架包括：铜柱8、摄像头固定板9；所述环形光源包括：环形光源14、LED灯珠15；所述摄像头模块包括：摄像头10、镜头11、摄像头连接线16；所述光源亮度调控模块包括：串口通讯线18、单片机19、PWM信号线20、PWM调光模块21、调光模块电源线22、电源模块23、光源电源线24。

所述的一种基于图像处理的光源亮度自适应调整的蚕茧计数装置，其特征在于，所述实验支架包括：竖直固定杆1、上层水平固定杆2、下层水平固定杆3、上层固定滑块4、下层固定滑块5。竖直固定杆1竖直放置于载物平台6的正上方并固定，竖直固定杆1穿过下层固定滑块5中间镂空的圆孔并通过固定滑块5背面的旋钮螺丝将固定滑块5与竖直固定杆1紧密固定在下方，下层水平固定杆3的左端面与固定滑块5的相邻面固定，上层固定滑块4通过自身圆孔穿过竖直固定杆1固定在上方，上层固定滑块4的右侧面与上层水平固定杆2的左端面通过上层固定滑块4背面的旋钮螺丝紧密固定，调节上层水平固定杆2和下层水平固定杆3的旋钮螺丝可以调整摄像头和光源的高度，进而控制摄像头的拍摄位置和光源的照射位置，让蚕茧尽可能位于摄像头画面的中心位置以及有合适的屏占比。

所述的一种基于图像处理的光源亮度自适应调整的蚕茧计数装置，其特征在于，所述光源固定支架包括：光源固定杆12、光源支撑杆13。光源固定杆12与下层水平固定杆3保持垂直，且与载物平台平面保持平行，光源固定杆12的左侧面中心位置与下层水平固定杆3的右侧面固定，光源固定杆12的下侧面上对称固定着两个光源支撑杆13，两个光源支撑杆13之间的距离适中，这两个光源支撑杆13的上侧面上固定着环形光源14。

所述的一种基于图像处理的光源亮度自适应调整的蚕茧计数装置，其特征在于，所述摄像头固定支架包括：铜柱8、摄像头固定板9。四个铜柱8的一端固定在上层水平固定杆的下侧面，另一端固定在摄像头固定板9的上侧面，摄像头固定板9的下侧面固定着摄像头10。

所述的一种基于图像处理的光源亮度自适应调整的蚕茧计数装置，其特征在于，所述摄像头模块包括：摄像头10、镜头11、摄像头连接线16。摄像头采用的是高速工业摄像头，结构小巧简洁，节省体积空间，帧率快，清晰度高，主要用于实时拍摄未经或者正在经光源亮度自动调整的蚕茧图像，将图像通过摄像头连接线16传输至计算机17中进行图像处理。

所述的一种基于图像处理的光源亮度自适应调整的蚕茧计数装置，其特征在于，所述光源亮度调控模块包括：串口通讯线18、单片机19、PWM信号线20、PWM调光模块21、调光模块电源线22、电源模块23、光源电源线24。串口通讯线18一头连接着计算机17，另一头连接着单片机19，主要是将计算机17计算好的蚕茧图像中蚕茧目标的平均灰度(先利用Otsu自适应阈值分割法将蚕茧目标与背景分割出来，进而计算出蚕茧目标的平均灰度)，因为光照亮度与蚕茧目标的平均灰度是呈线性关系的，即I＝kG(I：光照亮度，k：比例系数，G：蚕茧图像中蚕茧目标的平均灰度)，比例系数k可以经过实验测定，所以计算机17可以先将蚕茧目标的平均灰度转换为光照亮度I，再将这个光照亮度I传送给单片机19。在单片机19中预先设定好适合拍摄良好蚕茧目标的光照亮度的阈值范围(既不过亮，也不过暗)，让转换好的光照亮度I与设定好的光照亮度的阈值范围作比较，若比较结果偏小，则增大单片机的PWM波的占空比，PWM信号线20一头连着单片机19，另一头连着PWM调光模块21。PWM波经PWM信号线20输出给PWM调光模块21，PWM调光模块21根据PWM波信号增大输出电压，PWM调光模块21通过光源电源线24与环形光源14相连，进而增大环形光源14的供电电压，增大光照亮度，使蚕茧目标的平均灰度变大，计算机17继续计算蚕茧目标的平均灰度，再次换算并将结果传送给单片机19，这相当于一个负反馈，经过若干次的调整，光源亮度就会适合拍摄质量良好的蚕茧图像。

所述的一种基于图像处理的光源亮度自适应调整的蚕茧计数装置，其特征在于，所述图像处理单元包括：计算机17，计算机17中预先安装好图像处理软件，不仅可以对光源亮度自适应调整中的蚕茧目标进行平均灰度计算，还可以对光源亮度自适应调整后的蚕茧图像进行蚕茧计数。

本实用新型所达到的有益效果是：

1.新型实验支架将光源与摄像头分层布局，光源与摄像头间隔一段距离，保证光源不会对摄像头产生过多干扰。

2.采用环形光源，360°无死角增强光照，减小光照不足带来的影响，使拍摄的蚕茧图像光照分布更加均匀，不会存在过曝光和虚影。

3.采用图像处理的方法来进行光源亮度自适应调整，不需要额外安装一个光照传感器来测光照度，减小计数装置的复杂度。

4.整个蚕茧计数装置结构简单、占用空间小、操作便捷，易于安装与拆卸，便于携带。

附图说明

图1为本实用新型装置整体结构示意图；

图2为本实用新型光源固定结构以及光源的俯视图；

图3为本实用新型光源亮度自适应调整过程的流程图；

图4为本实用新型蚕茧计数过程的流程图；

附图标记说明：

1-竖直固定杆； 2-上层水平固定杆； 3-下层水平固定杆；

4-上层固定滑块； 5-下层固定滑块； 6-载物平台；

7-待拍摄蚕茧； 8-铜柱； 9-摄像头固定板；

10-摄像头； 11-镜头； 12-光源固定杆；

13-光源支撑杆； 14-环形光源； 15-LED灯珠；

16-摄像头连接线； 17-计算机； 18-串口通讯线；

19-单片机； 20-PWM信号线； 21-PWM调光模块；

22-调光模块电源线； 23-电源模块； 24-光源电源线；

具体实施方式

实施例：

图1中，一种基于图像处理的光源亮度自适应调整的蚕茧计数装置，包括载物平台、实验支架、光源固定支架、摄像头固定支架、环形光源、摄像头、光源亮度调控模块、图像处理单元；所述载物平台包括载物平台6；所述实验支架包括：竖直固定杆1、上层水平固定杆2、下层水平固定杆3、上层固定滑块4、下层固定滑块5；所述光源固定支架包括：光源固定杆12、光源支撑杆13；所述摄像头固定支架包括：铜柱8、摄像头固定板9；所述环形光源包括：环形光源14、LED灯珠15；所述摄像头模块包括：摄像头10、镜头11、摄像头连接线16；所述光源亮度调控模块包括：串口通讯线18、单片机19、PWM信号线20、PWM调光模块21、调光模块电源线22、电源模块23、光源电源线24。实验支架是可以独立拆卸的，开始组装时，先把竖直固定杆1固定在载物平台6的上方，再把下层固定滑块5穿入到竖直固定杆1的下方位置，并用下层固定滑块5背面的旋钮螺丝将下层固定滑块5与竖直固定杆1固定起来，接着把下层水平固定杆3横向穿入下层固定滑块5，并用下层固定滑块5正面的旋钮螺丝将下层水平固定杆3与竖直固定杆1固定起来。上层固定滑块4和上层水平固定杆2也是同样的操作，只不过固定在竖直固定杆1的上方位置。光源固定杆12垂直纸面放置，先把下层水平固定杆3的右端垂直固定于光源固定杆12左侧的中心位置，再把光源固定杆12的下方与两个光源支撑杆13的上方固定，接着把环形光源14固定在两个光源支撑杆13的上方，然后用铜柱8把摄像头固定板9竖直固定在上次水平固定杆2的下方，最后把摄像头10固定在摄像头固定板9上方，并用摄像头连接线16把摄像头10与计算机17相连，光源电源线24连接环形光源14与调光模块电源线22，其余连线也一并完成。

当整个装置结构固定完毕且硬件信号线与电源线连接完毕时，开始对整个装置上电，先把蚕茧放置于载物平台6的正上方，摄像头10采集蚕茧图像，并将拍摄好的蚕茧图像通过摄像头连接线16传输给计算机17，计算机17通过预先安装好的图像处理软件计算蚕茧图像中蚕茧目标的平均灰度，由于光照亮度与蚕茧目标的平均灰度是呈线性关系的，即I＝kG(I：光照亮度，k：比例系数，G：蚕茧图像的平均灰度)，比例系数k可以经过实验测定，所以计算机17可以先把蚕茧目标的平均灰度转换为光照亮度I，再把这个光照亮度I传送给单片机19。在单片机19中预先设定好适中光照亮度下拍摄蚕茧目标的阈值范围(合适光照亮度的范围)，让转换好的光照亮度I与设定好的光照亮度的阈值范围作比较，若环境光照增强，则比较结果就偏大，则减小单片机输出PWM波的占空比，PWM调光模块21根据变化后的PWM波信号减小输出电压，进而控制环形光源14的供电电压，减小光照亮度。这样，下一次拍摄的蚕茧目标的平均灰度就会变小，计算机17继续计算蚕茧目标的平均灰度，再次换算并将结果传送给单片机19，让单片机19改变PWM波的占空比。这相当于一个负反馈，进行补光操作，让拍摄画面的平均灰度处于设定的阈值范围之内；若环境光照变暗，情况则相反，但最终拍摄画面的平均灰度也会处于设定的阈值范围之内。也就是说，PWM调光模块可以保证拍摄蚕茧的整体光照处于合适的范围，保证蚕茧图像拍摄的质量，既不会产生过曝光，也不会产生暗影。经过若干次的光照亮度自适应调整，光照亮度就会适合拍摄质量良好的蚕茧图像。

图2中，是光源固定结构以及光源的俯视图，其更为具体地展现出光源固定结构与光源的固定方式。

图3中，是光源亮度自适应调整过程的流程图，首先，计算机通过摄像头实时采集蚕茧图像，计算蚕茧图像中蚕茧目标的平均灰度，光照亮度与蚕茧图像的平均灰度呈线性关系，当环境光照亮度变强时，蚕茧目标的平均灰度也会随之变大，将计算好的蚕茧目标的平均灰度转换为光照亮度。由于拍摄质量良好的蚕茧图像的合适光照亮度处于一个阈值范围内，环境光照亮度变强会导致光照亮度大于这个阈值范围的上限。这时，单片机会根据比较结果减小PWM波的占空比并将其输出给PWM调光模块，PWM波控制PWM调光模块的输出电压(PWM波占空比越大，PWM调光模块的输出电压越高)，PWM调光模块的输出电压控制光源的光照亮度(PWM调光模块的输出电压越高，光源的光照亮度越亮)，进而增大整体的光源亮度，对蚕茧进行补光操作，之后再让计算机计算补光后的蚕茧图像的平均灰度，若还是不满足光照亮度要求(光照亮度处于适合拍摄质量良好的蚕茧图像的阈值范围内)，则继续按照上述步骤进行补光操作；当环境光照亮度变弱时，则是反方向操作，但最终都会满足光照亮度要求。为了追求更准确的调光，PWM波占空比每次改变量为1％。

图4中，是蚕茧计数过程的流程图，在光照亮度自适应调整好的基础上，先用蚕茧计数装置对蚕茧进行拍摄，再将拍摄好的蚕茧图像传给计算机进行处理，最后将蚕茧计数的结果显示于计算机的上位机界面上。蚕茧图像通过利用本实用新型装置进行采集，包括蚕茧、实验支架、摄像头和环形光源。在图像处理中，首先对拍摄好的蚕茧图像进行拉普拉斯锐化(增强蚕茧目标的边缘)，再进行高斯平滑滤波(去除蚕茧目标和载物平台背景中的一些孤立噪声)，然后进行二值化(蚕茧目标为白色，背景为黑色，但有大量蚕茧粘粘在一起)，接着进行开运算操作(先腐蚀后膨胀)，主要是为了消除、收缩蚕茧的粘连部分区域(但还有一些蚕茧粘粘在一起，这会影响最终蚕茧计数结果的准确性)。之后进行距离变换和归一化，由于实际情况中存在大量粘连的蚕茧，而距离变换可以细化粘连的单体蚕茧的边缘，凸出蚕茧的骨架主体，进而将互相粘连的蚕茧给分离出来，然后，再进行一次二值化操作，把距离变换的灰度图转化为二值图，最后进行连通域标记与计数，统计出来的连通域个数就是蚕茧的个数。原图、最终二值化图的显示和蚕茧计数的结果均在计算机中的上位机界面上显示，便于实时调试与观察。

以上所述,仅为本实用新型的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此,本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于图像处理的光源亮度自适应调整的蚕茧计数装置，其特征在于：蚕茧计数装置包括载物平台、实验支架、光源固定支架、摄像头固定支架、环形光源、摄像头模块、光源亮度调控模块、图像处理单元；所述载物平台包括载物平台(6)；所述实验支架包括：竖直固定杆(1)、上层水平固定杆(2)、下层水平固定杆(3)、上层固定滑块(4)、下层固定滑块(5)；所述光源固定支架包括：光源固定杆(12)、光源支撑杆(13)；所述摄像头固定支架包括：铜柱(8)、摄像头固定板(9)；所述环形光源包括：环形光源(14)、LED灯珠(15)；所述摄像头模块包括：摄像头(10)、镜头(11)、摄像头连接线(16)；所述光源亮度调控模块包括：串口通讯线(18)、单片机(19)、PWM信号线(20)、PWM调光模块(21)、调光模块电源线(22)、电源模块(23)、光源电源线(24)；所述载物平台位于整个装置的最下方，其上方固定着实验支架，为实验支架提供支撑；所述实验支架的竖直固定杆固定在载物平台上方，上层水平固定杆和下层水平固定杆分别固定着摄像头和环形光源；所述摄像头通过摄像头连接线向计算机(17)传送拍摄的蚕茧图像；所述光源亮度调控模块通过PWM调光模块对环形光源进行调光；所述电源模块通过调光模块电源线与PWM调光模块连接，为PWM调光模块供电；所述PWM调光模块通过PWM信号线与单片机连接，受单片机的PWM波控制。

2.如权利要求1所述的一种基于图像处理的光源亮度自适应调整的蚕茧计数装置，其特征在于，所述实验支架包括：竖直固定杆(1)、上层水平固定杆(2)、下层水平固定杆(3)、上层固定滑块(4)、下层固定滑块(5)；竖直固定杆(1)竖直放置于载物平台(6)的正上方并固定，竖直固定杆(1)穿过下层固定滑块(5)中间镂空的圆孔并通过固定滑块(5)背面的旋钮螺丝将固定滑块(5)与竖直固定杆(1)紧密固定在下方；下层水平固定杆(3)的左端面与固定滑块(5)的相邻面固定；上层固定滑块(4)通过自身圆孔穿过竖直固定杆(1)固定在上方；上层固定滑块(4)的右侧面与上层水平固定杆(2)的左端面通过上层固定滑块(4)背面的旋钮螺丝紧密固定；调节上层水平固定杆(2)和下层水平固定杆(3)的旋钮螺丝可以调整摄像头和光源的高度。

3.如权利要求1所述的一种基于图像处理的光源亮度自适应调整的蚕茧计数装置，其特征在于，所述光源固定支架包括：光源固定杆(12)、光源支撑杆(13)；光源固定杆(12)与下层水平固定杆(3)保持垂直，且与载物平台平面保持平行，光源固定杆(12)的左侧面的中心位置与下层水平固定杆(3)的右侧面固定，光源固定杆(12)的下侧面上对称固定着两个光源支撑杆(13)，这两个光源支撑杆(13)的上侧面上固定着环形光源(14)。

4.如权利要求1所述的一种基于图像处理的光源亮度自适应调整的蚕茧计数装置，其特征在于，所述摄像头固定支架包括：铜柱(8)、摄像头固定板(9)，四个铜柱(8)的一端固定在上层水平固定杆的下侧面，另一端固定在摄像头固定板(9)的上侧面，摄像头固定板(9)的下侧面固定着摄像头(10)。

5.如权利要求1所述的一种基于图像处理的光源亮度自适应调整的蚕茧计数装置，其特征在于，所述摄像头模块包括：摄像头(10)、镜头(11)、摄像头连接线(16)。

6.如权利要求1所述的一种基于图像处理的光源亮度自适应调整的蚕茧计数装置，其特征在于，PWM调光模块(21)一端通过PWM信号线(20)与单片机(19)相连，另一端通过调光模块电源线(22)与电源模块(23)相连，电源模块(23)为调光模块电源线(22)提供输入电压，PWM调光模块(21)可以根据PWM信号线(20)输入的PWM波的占空比大小调整自身的输出电压，输出电压＝输入电压×占空比，进而调整环形光源(14)的光源亮度，使拍摄的蚕茧图像处于一个合适的光照条件，既不会由于过曝光产生亮光斑，也不会由于过暗产生虚影。

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