کشاورزی ماشینی

سامانه هوشمند درجه بندی گوجه فرنگی بر مبنای بینایی ماشین

منبع: پایان نامه مقطع ارشد – دانشگاه ارومیه – امید امیدی ارجنکی

این سامانه به شماره 73611 در سال 91 به ثبت اداره اختراعات ایران رسیده است.

«سامانه هوشمند درجه بندی گوجه فرنگی»، به منظور درجه بندی گوجه فرنگی از نظر تشخیص عیوب، رنگ، اندازه و شکل، با نرم افزار بومی برای اولین بار در ایران طراحی گردیده است. عنصر اختراعی سامانه طراحی شده استفاده از فن آوری پردازش تصویر به منظور جایگزین استفاده از نیروی انسانی برای شناسایی و جداسازی گوجه فرنگی مطلوب از معیوب می باشد. این سامانه باعث تسریع و تسهیل فرآیند جداسازی و درجه بندی گوجه فرنگی و افزایش دقت در این مرحله از عرضه گوجه فرنگی به بازار می شود و همچنین بکارگیری نیروی انسانی زیاد و توسعه محیط کار گسترده را در کارگاه های تولیدی کاهش میدهد. 

سخت افزار سامانه شامل یک تسمه نقاله، سیستم قدرت و انتقال قدرت به همراه یک اینورتر، منبع نور، دوربین دیجیتال CCD، عملگر مکانیکی، واحد کنترل و یک رایانه همراه است (شکل 1). نرم افزار مربوط نیز از الگوریتم هایی برای تشخیص عیوب، شکل، رنگ و اندازه گوجه فرنگی¬ها تشکیل شده است. شکل 1سیستم درجه بندی گوجه فرنگی آزمایشگاهی را نشان می دهد. سامانه مجهز به یک تسمه نقاله سیاه رنگ در ابعاد طولی 500 و عرضی 25 سانتی متر با دو مجرا در انتهای نقاله برای جدا کردن دو کلاس گوجه فرنگی تحت سرعت 105 میلی متر بر ثانیه است. 

تسمه نقاله توسط یک موتور الکتریکی سه فاز با قدرت 1/49 کیلووات  و توسط اینورتر (مدل LG SV-iG5) به حرکت در می آید. در ابتدای تسمه نقاله یک جعبه نورپردازی در بالای تسمه و عمود بر آن و 4 عدد لامپ LED 220 ولت با طول موج نوری 500 تا 700 نانومتر مجهز به 4 عدد فیلم پولاریزه نصب شده است. لامپ ها در چپ و راست تحت زاویه 45 درجه و در بالای جعبه به صورت عمود وظیفه نوردهی هدفمند و با شدت ثابت را بر عهده دارند. این سیستم نوردهی حداقل ایجاد سایه و بازگشت نور را تأمین می‌کند. به منظور عکس برداری از یک دوربین دیجیتال مجهز به لنز (CCD) (DCR-HC96 Sony) استفاده گردید. دوربین با فاصله کانونی 6/40 تا 406 میلی متر در 53 سانتی متری بالای تسمه نصب شده است و دقتی معادل 2 مگا پیکسل (با قدرت تفکیکی 640 در 480) تأمین می‌کند. 

در این تحقیق گوجه فرنگیها در دو دسته (مطلوب و نامطلوب) بر اساس رسیدگی، عیوب، شکل و اندازه طبق حدود انتظار جدول 1 دسته بندی شدند.
واحد کنترل الکترونیکی (شکل 2) از یک میکروکنترلر (ATmega8) و یک سنسور مادون قرمز (متشکل از 3 دیود مادون قرمز و یک دریافت کننده) ، با طول موج 480 نانومتر تشکیل شده است. از یک رایانه همراه نیز (سرعت پردازش گر: 8/2 مگا هرتز دو هسته ای) برای پردازش تصاویر استفاده شد. 

بر روی تسمه نقاله در حرکت، گوجه فرنگی از روبروی سنسور مادون قرمز عبور می کند. سیگنال تولید شده توسط مدار سنسور به میکروکنترلر فرستاده می شود تا پس از پردازش در میکروکنترلر توسط پورت USB به رایانه ارسال گردد. با دریافت سیگنال ارسالی از میکروکنترلر نرم افزار به راه انداز (درایور) دوربین دستور تهیه یک عکس را می‌دهد. از تصویر ارسالی دوربین توسط نرم افزار یک تصویر با قالب JPEG تهیه می گردد و مورد پردازش قرار می گیرد.

الگوریتم ها در Visual Basic 2008 به منظور پردازش تصاویر توسعه داده شدند. در تصویر نهایی تنها شی‌ء باقی مانده گوجه فرنگی بود. مدت زمان پردازش و عملکرد سیستم برای هر گوجه فرنگی 620 میلی ثانیه تخمین زده شد.

و مدار کنترلی رسم شده برای این سامانه به شکل زیر است: