本發(fā)明總體上涉及分級(jí)或尺寸測(cè)量，并且更具體地，涉及單體食品的基于視覺的分級(jí)。

背景技術(shù)：

單獨(dú)加工而未進(jìn)一步細(xì)分的諸如蝦和雞部件的食品通常必須按尺寸或重量分揀成多個(gè)等級(jí)。例如，通常使用以下三種方法中的一種按照重量對(duì)有頭部、無(wú)頭部和去皮的蝦進(jìn)行分級(jí)：

a)人工，其中，在對(duì)于蝦的重量進(jìn)行視覺估計(jì)或在稱重器上單獨(dú)稱重后將蝦放置在合適的分級(jí)箱中；

b)使用諸如稱重帶的檢重機(jī)，其中，蝦在通過(guò)致動(dòng)門輸送到合適的分級(jí)箱中之前在覆蓋帶的稱重器上每次通過(guò)一個(gè)；或者

c)使用基于蝦的寬度將蝦進(jìn)行分揀的諸如輥間隙分級(jí)機(jī)的機(jī)械設(shè)備，其中，借助于相鄰輥之間的發(fā)散的間隙，越大的蝦在通過(guò)間隙落入順序的分級(jí)箱前沿著傾斜輥前進(jìn)越遠(yuǎn)。

所有這些方法都具有顯著的缺點(diǎn)。如果對(duì)蝦單獨(dú)稱重，則方法a極其耗時(shí)，并且如果視覺估計(jì)蝦的尺寸，則方法a極不準(zhǔn)確。方法b允許更快地稱重各個(gè)蝦，但是當(dāng)各個(gè)蝦被稱重時(shí)，檢重機(jī)的準(zhǔn)確性受到影響，并且由于每次只能容納一個(gè)蝦，使得處理量有限。方法c允許更高的處理量，但是由于蝦重量與輥間隙的相關(guān)性受到諸如輥速度和水流量的一些可控變量和諸如蝦形狀、質(zhì)地和硬度的一些不可控變量的多個(gè)變量的影響而相對(duì)不準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種體現(xiàn)本發(fā)明的特征的用于對(duì)食品進(jìn)行分級(jí)的方法，包括：(a)對(duì)一批單體食品進(jìn)行單個(gè)化；(b)將食品中的每個(gè)成像，以產(chǎn)生食品中的每個(gè)的圖像；(c)使用圖像到重量函數(shù)來(lái)計(jì)算食品中的每個(gè)的估計(jì)重量；(d)對(duì)食品的樣品進(jìn)行稱重，以產(chǎn)生樣品中的被稱重的食品的實(shí)際重量；(e)將估計(jì)重量與實(shí)際重量進(jìn)行比較；(f)基于估計(jì)重量與實(shí)際重量的比較來(lái)調(diào)節(jié)圖像到重量函數(shù)；和(g)將食品分級(jí)成多個(gè)等級(jí)。

在本發(fā)明的另一方面，一種分級(jí)系統(tǒng)，包括：產(chǎn)生一批食品中的每個(gè)的圖像的成像系統(tǒng)以及根據(jù)圖像計(jì)算食品中的每個(gè)的估計(jì)重量的控制器?？刂破鬟€計(jì)算圖像到重量函數(shù)并基于食品的估計(jì)重量將食品中的每個(gè)分配至多個(gè)等級(jí)中的一個(gè)。分揀器基于分配給食品的等級(jí)將食品中的每個(gè)分揀到多個(gè)分級(jí)通路中的一個(gè)。位于分級(jí)通路中的每個(gè)中的校準(zhǔn)稱重器產(chǎn)生處于等級(jí)中的每個(gè)的食品的實(shí)際重量?？刂破骰诘燃?jí)中的每個(gè)的估計(jì)重量與實(shí)際重量的比較來(lái)調(diào)節(jié)圖像到重量函數(shù)。

附圖說(shuō)明

圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的特征的基于視覺的分級(jí)系統(tǒng)的一種型式的俯視平面圖；

圖2是體現(xiàn)本發(fā)明的特征的基于視覺的分級(jí)系統(tǒng)的包括校準(zhǔn)通路的另一型式的俯視平面圖；

圖3是圖2或圖1的分級(jí)系統(tǒng)的運(yùn)行的流程圖；以及

圖4是體現(xiàn)本發(fā)明的特征的基于視覺的分級(jí)系統(tǒng)的在成像前執(zhí)行稱重的又一型式的框圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了用于將諸如雞部件和蝦的單體食品分揀成各種等級(jí)的分級(jí)系統(tǒng)9的一種型式。為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，使用對(duì)蝦的分級(jí)作為示例。供料罐12中的一批原料蝦10在一個(gè)或多個(gè)(在本示例中為四個(gè))單個(gè)化輸送機(jī)16上被輸送至成像系統(tǒng)14，一個(gè)或多個(gè)單個(gè)化輸送機(jī)16將蝦18形成為在各個(gè)傳送通道20上的單個(gè)縱列。傳送通道輸送機(jī)將被單個(gè)化的蝦18通過(guò)成像系統(tǒng)14并經(jīng)由輸出通道輸送機(jī)24輸送到包括分級(jí)箱22的下游分級(jí)通路21。

成像系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)相機(jī)26以及在相機(jī)的視場(chǎng)中照亮蝦18的一個(gè)或多個(gè)光源28。相機(jī)26產(chǎn)生被單個(gè)化的蝦18的圖像。數(shù)字圖像29被發(fā)送至具有圖像處理能力的控制器30?？刂破?0使用提供從圖像到重量的轉(zhuǎn)換因子的圖像到重量函數(shù)將被成像的蝦中的每個(gè)的二維(2d)投影面積或相機(jī)像素?cái)?shù)轉(zhuǎn)換為估計(jì)重量。根據(jù)估計(jì)重量，控制器30將每個(gè)蝦分配至分級(jí)箱22中的一個(gè)。每個(gè)分級(jí)箱是估計(jì)重量位于預(yù)定重量范圍或等級(jí)內(nèi)的蝦的終點(diǎn)。為了提高重量估計(jì)的準(zhǔn)確性，三維(3d)成像技術(shù)可用于估計(jì)每個(gè)蝦的體積，對(duì)于均勻質(zhì)量密度的蝦，體積直接正比于重量。實(shí)現(xiàn)3d成像的一種方法是通過(guò)將側(cè)視相機(jī)或激光幕傳感器添加到成像系統(tǒng)14，以檢測(cè)位于傳送輸送機(jī)20上的蝦18的第三維度，即厚度或高度?？商娲兀砸欢ń嵌儒e(cuò)開的成對(duì)相機(jī)可用于將蝦立體地成像。或者，作為另一示例，線掃描激光系統(tǒng)可用作相機(jī)，以產(chǎn)生每個(gè)蝦的3d圖像。此外，可以使用一個(gè)或多個(gè)相機(jī)重新構(gòu)建每個(gè)蝦的3d形貌，以對(duì)投影在蝦上的平行或相交的激光線的失真進(jìn)行成像和分析。

無(wú)論使用2d、3d還是用于估計(jì)每個(gè)蝦的重量的一些其它方法，基于視覺的重量分級(jí)具有其它優(yōu)點(diǎn)。可以檢測(cè)并測(cè)量除重量以外的屬性。蝦是完整的還是缺失其食用部分中的一小部分、蝦具有尾節(jié)附接還是具有過(guò)多喉肉、以及蝦是否有殘留殼(例如，可以用感測(cè)uvc熒光的相機(jī)檢測(cè))都是成像系統(tǒng)可以確定的其它屬性的示例。

在成像系統(tǒng)14下游的分揀器31中通過(guò)諸如螺線管致動(dòng)式空氣噴嘴的推出致動(dòng)器32實(shí)現(xiàn)分揀，推出致動(dòng)器32將被成像的蝦34從傳送通道20的側(cè)部推出到分級(jí)通道24上?？刂破?0通過(guò)推出控制線36上的推出信號(hào)控制推出致動(dòng)器32，以將每個(gè)蝦轉(zhuǎn)移至其被指定的終點(diǎn)箱22。根據(jù)成像系統(tǒng)14下游的傳送輸送機(jī)20的速度的先驗(yàn)知識(shí)，控制器30獲知何時(shí)對(duì)致動(dòng)器32通電，以便將每個(gè)蝦34分揀至合適的箱?？刂破?0也可以通過(guò)控制線37調(diào)節(jié)傳送輸送機(jī)20的速度。諸如不可識(shí)別的成像物品、蝦粒、具有殘留殼或附肢的蝦、鄰接蝦以及不符合所選質(zhì)量或尺寸標(biāo)準(zhǔn)的蝦的不合格品38被輸送離開傳送輸送機(jī)20的端部至返回輸送機(jī)40上。鄰接蝦由于未被單個(gè)化而不合格，但是其是以其它方式可接受的，鄰接蝦在揀選工位42處被從其它不合格品中揀選出來(lái)并且通過(guò)諸如輸送機(jī)或槽的再循環(huán)器44或工廠操作員返回至供料罐12。全部不合格品46被從分級(jí)系統(tǒng)9移除。

由于運(yùn)送至輸出分級(jí)通路21中的一個(gè)的每個(gè)蝦的估計(jì)重量和質(zhì)量是已知的，所以控制器30可以跟蹤、趨勢(shì)分析和顯示通過(guò)分級(jí)系統(tǒng)9的總處理量、每個(gè)等級(jí)或質(zhì)量類別的處理量、以及每個(gè)等級(jí)的平均尺寸和方差。可由用戶通過(guò)控制器30設(shè)定每個(gè)等級(jí)范圍的邊界和目標(biāo)平均值以及初始或手動(dòng)調(diào)節(jié)的圖像到重量函數(shù)。重量變化和質(zhì)量度量可以與用戶定義的統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制限值進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，以修改操作符(operators)并在超出極限值時(shí)采取校正控制動(dòng)作。可以基于客戶指定的過(guò)程控制限值和諸如基于尺寸的蝦成本和產(chǎn)品價(jià)格的經(jīng)濟(jì)考慮來(lái)優(yōu)化重量和質(zhì)量分揀標(biāo)準(zhǔn)，從而用分級(jí)的蝦供應(yīng)更有利可圖的訂單。多個(gè)輸出通道24可由控制器30配置，以處理單個(gè)等級(jí)，從而適應(yīng)集中在某些尺寸范圍的高處理量。

蝦的估計(jì)重量受到由于自然原因或由于諸如物理壓縮、水分損失和增加的處理造成的蝦生理學(xué)變化的影響。因此，使用將圖像與估計(jì)重量相關(guān)的固定的圖像到重量函數(shù)使得估計(jì)中的誤差會(huì)隨著蝦生理學(xué)的變化而改變。為了最小化這種估計(jì)誤差，控制器根據(jù)被稱重的每個(gè)蝦或一批次蝦連續(xù)或周期性地調(diào)節(jié)圖像到重量函數(shù)。圖像到重量函數(shù)的數(shù)學(xué)域由圖像尺寸范圍的元素組成。分配給圖像到重量函數(shù)的域的每個(gè)元素是在諸如多項(xiàng)式公式的轉(zhuǎn)換公式中使用的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)的集合，以將蝦的圖像尺寸轉(zhuǎn)換成估計(jì)重量。對(duì)于三次多項(xiàng)式(ax³+bx²+cx+d)，該集合將包括四個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)a、b、c、d，其中，a、b和c乘以圖像尺寸x的相應(yīng)冪，d是常數(shù)項(xiàng)。對(duì)于圖像尺寸和估計(jì)重量之間的純線性關(guān)系，該集合將包括對(duì)應(yīng)于在前一句的多項(xiàng)式中a＝b＝d＝0時(shí)的系數(shù)c的單個(gè)轉(zhuǎn)換值。轉(zhuǎn)換系數(shù)的集合數(shù)目等于域中的元素?cái)?shù)目。例如，如果對(duì)所有蝦尺寸使用具有相同轉(zhuǎn)換系數(shù)集合的相同轉(zhuǎn)換公式，則域僅包括一個(gè)元素：蝦尺寸的整個(gè)范圍。在這種情況中，圖像到重量函數(shù)是可調(diào)節(jié)的常數(shù)。作為另一示例，如果每個(gè)等級(jí)中的所有蝦都使用具有相同系數(shù)集合的相同轉(zhuǎn)換公式，但轉(zhuǎn)換公式或不同的轉(zhuǎn)換系數(shù)可以因等級(jí)而異，則圖像到重量函數(shù)的域的元素是等級(jí)本身。因此，如果有五個(gè)等級(jí)(五個(gè)域元素)，則將有定義圖像到重量函數(shù)的轉(zhuǎn)換系數(shù)的五個(gè)可獨(dú)立調(diào)節(jié)的集合。也可以具有比等級(jí)更多或更少的域元素。換言之，可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)換公式不必與等級(jí)一致。在這種情況中，蝦圖像尺寸的整個(gè)范圍被分成與等級(jí)不一致的連續(xù)圖像尺寸范圍，每個(gè)尺寸范圍構(gòu)成圖像到重量函數(shù)的域的元素。并且相應(yīng)的轉(zhuǎn)換公式或轉(zhuǎn)換系數(shù)的集合被分配給這些尺寸范圍(域元素)中的每個(gè)。因此，在這種情況中，圖像到重量函數(shù)由用于每個(gè)尺寸范圍的轉(zhuǎn)換系數(shù)的可調(diào)節(jié)集合組成?？刂破?0也可以使用諸如線性插值的插值技術(shù)，以改進(jìn)重量估計(jì)。例如，假設(shè)圖像到重量函數(shù)具有五個(gè)等級(jí)(按增量順序?yàn)間1、g2、g3、g4、g5)的域并且用于每個(gè)等級(jí)的轉(zhuǎn)換公式僅包括單個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)(c1、c2、c3、c4、c5)。圖像的尺寸在g3級(jí)中部的蝦的估計(jì)重量被使用系數(shù)c3計(jì)算。但是，圖像的尺寸在g3級(jí)下半部的蝦的估計(jì)重量可以通過(guò)使用在系數(shù)c2和c3的值之間插入的轉(zhuǎn)換系數(shù)來(lái)估計(jì)。以這種方式，插值可用于增強(qiáng)由可調(diào)節(jié)的圖像到重量函數(shù)提供的估計(jì)。轉(zhuǎn)換公式可以產(chǎn)生絕對(duì)重量估計(jì)或?qū)?biāo)稱估計(jì)重量值的偏差。除了通過(guò)轉(zhuǎn)換公式表示外，圖像到重量函數(shù)也可以在用于連續(xù)的圖像尺寸范圍或像素計(jì)數(shù)的圖像到重量函數(shù)值的查找表中實(shí)現(xiàn)。并且圖像到重量函數(shù)值可以是絕對(duì)值或與標(biāo)稱值的偏差。

如圖1所示，每個(gè)分級(jí)通路21具有相關(guān)聯(lián)的校準(zhǔn)稱重器48，校準(zhǔn)稱重器48可以是例如稱量斗或稱重帶。分揀至每個(gè)分級(jí)箱22的蝦50通過(guò)校準(zhǔn)稱重器48單獨(dú)稱重或作為在箱中積聚的一批次蝦進(jìn)行稱重。校準(zhǔn)稱重器48測(cè)量每個(gè)蝦或一批次蝦的實(shí)際重量，并通過(guò)數(shù)據(jù)線51將這些重量值發(fā)送至控制器30?？刂破鲗⒚總€(gè)蝦或一批次蝦的實(shí)際重量與該蝦或構(gòu)成該批次的蝦的估計(jì)重量進(jìn)行比較。根據(jù)該數(shù)據(jù)，控制器30計(jì)算針對(duì)用于估計(jì)被成像的蝦的重量的該等級(jí)的更新的圖像到重量函數(shù)。當(dāng)分級(jí)箱22中的每個(gè)批次完成時(shí)，控制器30清空箱以釋放該批次并開始接受新的批次。為了確認(rèn)蝦抵達(dá)給定的分級(jí)箱22，諸如在每個(gè)箱上游的低分辨率相機(jī)或激光幕傳感器52的合適且成本有效的裝置可以通過(guò)信號(hào)線54向控制器30發(fā)出蝦已抵達(dá)的信號(hào)。以這種方式，在圖像到重量函數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)中不使用未到達(dá)其指定終點(diǎn)箱的蝦。并且那些丟失的蝦被與其它不合格品38一起被輸送離開傳送輸送機(jī)的端部。

圖2中的分級(jí)系統(tǒng)55除了僅在成像系統(tǒng)20下游使用單個(gè)校準(zhǔn)稱重器56外，類似于圖1的分級(jí)系統(tǒng)。單個(gè)校準(zhǔn)稱重器56與具有校準(zhǔn)箱60的校準(zhǔn)通路58相關(guān)聯(lián)?？刂破?0基于可配置的調(diào)度或事件驅(qū)動(dòng)通過(guò)校準(zhǔn)線62致動(dòng)校準(zhǔn)通路致動(dòng)器64，以將符合諸如所選擇的等級(jí)或圖像到重量函數(shù)的域的元素的可配置批次標(biāo)準(zhǔn)的蝦從傳送通道18轉(zhuǎn)移至校準(zhǔn)通路58。在校準(zhǔn)稱重器56測(cè)量每個(gè)蝦或一批次蝦的實(shí)際重量后，重量值通過(guò)數(shù)據(jù)線66被發(fā)送給控制器30。隨后，控制器30將每個(gè)蝦或一批次蝦的實(shí)際重量值與估計(jì)重量進(jìn)行比較，以計(jì)算可以是通用(適用于所有蝦)或針對(duì)符合批次標(biāo)準(zhǔn)的蝦更新的圖像到重量函數(shù)。當(dāng)校準(zhǔn)批次68完成時(shí)，箱60被清空并準(zhǔn)備好用于新的校準(zhǔn)批次?？刂破?0可以根據(jù)循環(huán)調(diào)度將合格的蝦轉(zhuǎn)移至校準(zhǔn)通路58，或者可以根據(jù)通過(guò)將包括更多蝦的那些批次調(diào)度成被更頻繁地校準(zhǔn)的自定義順序來(lái)轉(zhuǎn)移它們。通過(guò)這種方法，僅蝦的總處理量的一小部分必須被轉(zhuǎn)移至單個(gè)校準(zhǔn)通路58，從而產(chǎn)生充足數(shù)目的圖像估計(jì)重量和實(shí)際重量數(shù)據(jù)對(duì)，從而使得能頻繁、準(zhǔn)確地更新圖像到重量函數(shù)。并且由于圖2所示的型式僅使用一個(gè)校準(zhǔn)稱重器56，所以它可以具有比在圖1所示的多級(jí)通路21中使用的低質(zhì)量校準(zhǔn)稱重器48更高的質(zhì)量，從而提供更低成本、更高性能的解決方案。

圖2還示出了與分級(jí)箱22中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)的視頻顯示器65。顯示系統(tǒng)可包括用于顯示所有分級(jí)箱的信息的單個(gè)顯示器、用于每個(gè)分級(jí)箱的專用顯示器、或與相鄰分級(jí)箱相關(guān)聯(lián)的共用顯示器。顯示系統(tǒng)向操作員通知箱中的蝦的如由控制器30所確定的各種情況，控制器30通過(guò)信號(hào)線67將顯示數(shù)據(jù)發(fā)送至顯示器65。當(dāng)視頻顯示器與如在圖2中的校準(zhǔn)稱重器56或者與圖1的系統(tǒng)9中的校準(zhǔn)稱重器48一起使用時(shí)，視頻顯示器可以直接從校準(zhǔn)稱重器接收重量數(shù)據(jù)。特定于箱或全局顯示的信息的示例是：(1)報(bào)警條件；(2)蝦的數(shù)目；(3)每磅的蝦計(jì)數(shù)；以及(4)均勻比(一批次中n個(gè)最大的蝦的總重量與n個(gè)最小蝦的總重量的比值，其中，n是表示通常高達(dá)批次中蝦的總數(shù)的10％的整數(shù))。關(guān)于不合格圖像的信息(例如，諸如腿、松散的殼、觸須、尾鰭、海藻和其它外來(lái)材料的無(wú)價(jià)值材料的圖像；脫水、患病或異常的蝦的圖像；具有黑點(diǎn)的蝦的圖像；附有喉部的蝦肉的圖像；未正確清潔的蝦的圖像；蝦片或破碎或缺損的蝦的圖像；具有殘留的殼或頭部的未正確剝離的蝦的圖像)也可以被顯示在與返回輸送機(jī)40相關(guān)聯(lián)的顯示器上。

圖3的流程圖示出了基本工藝。首先，將蝦單個(gè)化70，使得它們可以被單獨(dú)成像72。根據(jù)每個(gè)蝦的圖像，用圖像到重量函數(shù)估計(jì)74它的重量?；诿總€(gè)蝦的估計(jì)重量，給每個(gè)被成像的蝦分配76終點(diǎn)箱。隨后，蝦被輸送78至它的指定終點(diǎn)箱。將終點(diǎn)箱中的每個(gè)蝦或已知數(shù)目的蝦稱重80。將測(cè)得的實(shí)際重量與蝦到蝦或批次到批次的估計(jì)重量進(jìn)行比較82。取決于比較，調(diào)節(jié)84圖像到重量函數(shù)。例如，如果實(shí)際重量超過(guò)估計(jì)重量，則調(diào)節(jié)圖像到重量函數(shù)，以增大由用于對(duì)應(yīng)的域元素的轉(zhuǎn)換公式提供的估計(jì)重量?？梢宰鞒稣{(diào)節(jié)的一種方式是使用線性回歸曲線擬合用附加實(shí)際重量信息重新計(jì)算轉(zhuǎn)換系數(shù)的集合。如果圖像到重量函數(shù)存儲(chǔ)在用于圖像像素計(jì)數(shù)的連續(xù)范圍的圖像到重量值的查找表中，則可以基于附加重量信息重新計(jì)算各個(gè)圖像到重量值。如果估計(jì)重量等于實(shí)際重量，則不作出圖像到重量函數(shù)的調(diào)節(jié)。

分級(jí)系統(tǒng)的替代型式如圖4所示。在這種布置中，蝦在成像前被稱重。蝦以隔開的批次86輸送至確定每個(gè)批次的實(shí)際重量的校準(zhǔn)稱重器88。隨后，將該批次中的蝦在單個(gè)化器90中單個(gè)化并輸送至成像系統(tǒng)92，成像系統(tǒng)92產(chǎn)生各個(gè)被單個(gè)化的蝦99中的每個(gè)的圖像。與圖1和圖2所示的控制器相同的控制器使用該圖像和圖像到重量函數(shù)估計(jì)每個(gè)被單個(gè)化和成像的蝦94的重量?？刂破鲗⒚總€(gè)蝦分配給它的被指定的下游分級(jí)通路(未在圖4中示出)，并計(jì)數(shù)每個(gè)批次的蝦的數(shù)目。在將每個(gè)批次86中的各個(gè)蝦94的累計(jì)估計(jì)重量與該批次的實(shí)際重量進(jìn)行比較后，控制器調(diào)節(jié)圖像到重量函數(shù)，以改進(jìn)后續(xù)的重量估計(jì)。