基于机器视觉的茶叶自动采摘机械手装配系统设计研究

郭景全

（重庆电子工程职业学院，重庆 401331）

引 言

随着科学技术的发展，我国在机器视觉系统方面的技术研究也正变的日趋成熟化，这使得机器视觉技术得以被应用于诸多领域。在茶叶产业发展中，机器视觉在该产业中具有极大的应用优势，机器视觉能够实现对茶叶产品等级进行精准分类检测，此外还能应用于茶叶产品的包装检测，更为重要的是，通过机器视觉技术的应用，还能设计出自动化采摘机械手装配系统，利用该系统可大幅提升茶叶的采摘效率，保障其采摘质量，进而实现对茶叶产品质量的源头化控制，而在此过程中，必须要确保机器视觉这一先进技术的应用优势得到充分发挥。机器视觉技术所具有的最显著特点便是能够利用其技术优势，使茶叶产业的生产活动实现自动化，并确保产品生产灵活性。通过机器视觉技术，能够对传统的人工视觉技术进行有效代替，从而使其能够从事复杂的生产活动，进而使生产活动的开展效率及其自动化水平得到进一步提升。

1 机器视觉的特点与优势分析

现阶段，科技的飞速发展，使我国迎来了人工智能时代，人工智能技术也得以被广泛应用于航空航天、智慧城市、交通道路等诸多领域，而机器视觉技术作为现代化技术中的一种，随着该技术的日趋成熟，其与人工智能技术的结合应用也变得愈发深入。通常来说，机器视觉技术是以机器为载体来对人工进行代替，以此实现对目标的精准测量和评判。通过机器视觉技术，可借助于CCD与CMOS这两种机器视觉装置来实现对目标内容的信息采集，以此获得目标的相关信息，这些信息会以信号的方式进行传输，然后系统会对信号进行一系列的转换，以使其成为相应的数据图像信号元素，然后在实时传输至图像处理机制，从而使目标的具体数据信息得以被全面获取。在对机器视觉技术进行应用时，需要对目标的颜色、形状、尺度、亮度等多种基本信息进行信号采集，使其成为一种数字信号，然后通过一系列的数据运算，以此对目标中的这些基本信息进行获取。对于机器视觉技术来说，其属于一种综合性的技术，在该技术中涉及到了光学成像技术、图像增强技术、图像信息处理技术以及模拟数字技术等多种现代化技术的应用，进而使机器视觉技术在应用过程中取得最佳效果。

以客观角度来看，在计算机视觉应用系统中。需要应用到大量的模块，这些模块有着不同的功能，例如有些模块能够对图像进行捕捉，有些模块能够对图像进行数字化处理，还有一些模块负责智能化判断以及机械控制执行等。机器视觉系统的技术优势体现在其能够实现柔性化生产，进而使生产活动具备较高的自动化程度。对于一些生产活动来说，仅仅依靠人工视觉是无法满足其生产要求的，此时便要通过机器视觉来对传统的人工视觉进行代替，或是在产品的大批量生产中，通过机器视觉应用能够有效弥补传统的人工视觉在进行检查时存在的精准度不足、效率不高等不足。当然，机器视觉技术的应用，能够有助于对目标信息的采集，进而使生产活动的产业要求得到有效满足。在本文中，对茶叶产品进行自动采摘时，需要确保茶叶在采摘过程中保证茶叶产品的质量。因此，利用机器视觉来实现对茶叶的镜头采摘FOV（Field ofVision）是非常重要的，在此过程中，需要对机器视觉的焦距进行合理控制，确保对视觉信息采集的工作距离进行严格把控，这样才能使拍摄效果达到最佳。在机器视觉系统中，最为关键的环节便是图像采集，因此，确保采集活动的可靠性，能够对图像的模拟效果及其采集色彩、数字信息采集等产生决定性的影响。在对茶叶进行自动化采摘过程中，通过机器视觉来对茶叶产品的图像进行信息采集时，其采集内容并不仅仅包括图像信息，并且整体测量、信息颜色以及数量等都有着不同的差异。因此，对于茶叶产品而言，在对茶叶进行采摘时是无法鉴定其杂质形状的。当然，在对茶叶进行自动化采集过程中极易因快速运动而使得茶叶产品的光线出现反射现象，进而使噪声减小，这样便可使信息数据得以被实时采集。实际上，由于外界环境诸多因素的影响，在机器视觉应用过程中对图像的处理必须要重视其采集系统化算法，利用机器视觉，来提取被检测对象所具有的杂志特征，依据其具体模式来进行准确识别，进而使分析效果达到最佳。在对茶叶产品的图像进行识别过程中，以及在对茶叶产品信息进行筛选以后，还要根据相应的数据库来有效管理这些信息内容，以此确保茶叶自动采摘机械手装配系统达到最为理想的应用效果。

2 茶叶自动采摘机械手装配系统设计应用背景认识

一直以来，在通过传统人工视觉对茶叶进行采摘与生产时，经常存在茶叶采摘质量较差、采摘效率不高等问题。为了解决这些问题，实现对茶叶产品的自动化、智能化采集，提高茶叶采摘质量及效率，就有必要将机器视觉技术应用于其中，以此代替传统的人工视觉实现对茶叶产品的自动化采摘。为此，需要以机器视觉技术作为核心来对茶叶自动采摘机械手装配系统进行设计，在基于机器视觉的茶叶自动采摘机械手装配系统中，需要应用相机来对茶叶产品的图像进行采集，然后将这些采集的茶叶产品图像信息实时发送至自动采摘机械手装配系统的中央处理单元之中，由系统中央处理单元根据其预先设定的茶叶图像处理机制来实现信息处理。在此过程中，系统会结合BLB（Blob Analysis）进行分析，然后实施二值化（Binary Thresholding）处理，这样在获取的图像中，便可将茶叶的产品信息从BLB中提取出来，进而使茶叶的采摘位置信息得以被系统进行精确的定位，然后系统会下达控制命令来驱动自动化茶叶采摘机械手进行工作，使机械手能够进行一系列的角度旋转，从而确保机械手能够伸向指定的装配位置，这样便可实现对茶叶产品的自动化采集。

依据茶叶产品自动化采摘实验效果来看，对于茶叶自动采摘机械手装配系统而言，其具有极高的茶叶产品采摘精准度，这使其能够取得非常理想的茶叶采摘效果，进而满足我国茶叶产业的生产要求。茶叶作为人们在日常生活中经常饮用的一种产品，其自身具有极高的经济效益。现阶段，随着茶叶产业的不断发展。人们也愈发重视对产业中的不同茶叶产品实施精准分类，通过一系列的深加工，以使机器视觉技术充分发挥其应用优势，进而使茶叶产品形成完善、健全的等级分级和识别机制。在现代化社会中，我国需要大力应用现代化技术，这将进一步加快我国茶叶产业的转型升级，因此，对茶叶产品进行精准分类，实现茶叶产品的品质检测，是非常重要的。在对茶叶产品的品质进行分级过程中，视觉便成为实现其品质分级的重要依据和标准，而制定一个完善的颜色辨别机制，是确保茶叶产品实现精准分级的核心所在。现阶段，人们已经普遍采用his颜色系统，该系统可在自然状态下有效分析与检测茶叶色泽，进而使茶叶实现精准分类。

3 基于机器视觉的茶叶自动采摘机械手装配系统设计

通过对我国在茶叶产业中的发展现状及其发展趋势进行结合分析，可以了解到茶叶产品的色泽、口感及质量是评价其产品品质的重要指标，只有侧重于这些指标的评价，才能使茶叶产品的品质得以不断提升，这对于促进茶叶产业发展具有重要影响。所以茶叶企业需要确保能够对现代化技术进行充分运用，使现代化技术的应用优势得以充分发挥，以此在确保茶叶产品采摘效率不断提升的同时，使茶叶产品能够形成规模化采摘。在对茶叶进行采摘时，还需要防止可能出现的盲目性，并且还要尽可能的避免出现无筛选的采摘活动，特别是对许多规模较大的茶叶产业园来说，其茶叶采摘工作量是非常大的，如果茶叶采摘过于盲目或不经筛选，势必会对茶叶的采摘质量造成严重影响。所以，机器视觉技术在茶叶自动化采摘中需要发挥其应有的技术优势，以便于科学设计茶叶自动化采摘机械手装配系统，进而推动茶叶产业向着自动化、智能化的方向发展。对于茶叶产业来说，其在科学技术的带动下，其产业成熟度必将不断提升，而这也将成为该产业未来发展中必然提出的重要核心诉求。在对茶叶进行实际采摘过程中，茶叶产品要想实现自动化采摘，还可以对苹果，棉花等其他农产品在自动采集中所积累的经验进行直接借鉴。在茶叶产业生产中，对茶叶产品的自动化采摘往往需要消耗大量的时间，要想使茶叶产业的茶品品产品品质得到全面提升，使其产业结构得以快速升级转型，就必须要对自动化技术的应用优势进行充分发挥，使自动化技术能够被有效应用于茶叶产业中。在对基于机器视觉的茶叶自动采摘机械手装配系统进行设计时，需要确保机器视觉的优势得到全面发挥，使茶叶自动采摘机械手能够对茶叶的所在位置进行自动化检测与寻找，进而确保机械手在系统的驱动下到达茶叶所在位置，并利用机械手来进行采摘，从而使茶叶产品真正实现自动化采摘。

在基于机器视觉的茶叶自动采摘机械手装配系统设计中，需要应用到visulstudio软件，该软件是实现茶叶自动采摘机械手自动化控制功能的重要基础性软件。在通过visulstudio软件来控制茶叶自动采摘机械手进行自动化采摘时，需要对该软件的控制程序进行合理的编写，在此过程中，就需要采用c加加语言来实现程序编写。在基于机器视觉的茶叶自动采摘机械手装配系统中，通过控制系统与立体视觉系统的结合应用，以此实现对茶叶所在位置的准确定位，特别是系统还能将茶叶相关信息实时发送至中央处理部分，以确保中央处理部分能够下达控制指令，以此驱动机械手到达指定位置，进而满足茶叶的自动化采摘要求。在此过程中，茶叶自动采摘机械手还要应用行星匹配方法，该方法能够对茶叶信息的采集距离进行合理调整，进而在确保技术优势得到充分发挥的基础上，实现对茶叶产品的精确定位。在基于机器视觉的茶叶自动采摘机械手装配系统设计中，其能否对茶叶进行采集，关键取决于立体视觉系统以及定位图像处理算法。在应用该系统时，茶叶产业图像在处理过程中，还需要应用cany边缘检测算法，该算法能够对茶叶的边界图像进行准确获取，从而确保机械手在自动采摘过程中不会出现偏差，这样也能有效保障茶叶的采摘质量。

4 结语

总而言之，在市场竞争环境日益激烈化的背景下，茶叶企业在发展过程中，仍旧有许多挑战需要面对。而这就需要茶叶企业能够以大众诉求和时代诉求为发展指导，充分运用现代化科学技术，并将科学技术作为茶叶企业得以不断发展的重要驱动力量，从而确保机器视觉技术在实现茶叶自动化采摘方面的技术优势得到充分发挥，使其能够实现对茶叶产品的智能化识别，并以机器视觉技术为核心通过茶叶自动化采摘机械手装配系统的设计，以此实现对茶叶产品的自动化采摘，在提高茶叶采摘效率及品质的同时，从源头上保障茶叶产品的品质，进而全面推动我国茶叶产业的快速发展，使茶叶产业能够在高新技术的有力支持下实现其产业结构的转型升级。