基于机器视觉的饲料原料自动取样与识别系统及方法技术领域
本发明涉及饲料原料识别技术领域，具体涉及一种基于机器视觉的饲料原料自动
取样与识别系统及方法，用于饲料原料入仓时的自动取样识别和检测。
背景技术
随着我国养殖业的进步，饲料工业日益壮大，饲料工业有了很大的成就，但是伴随
而来的是出现了一系列关于饲料质量的问题，饲料质量出现问题就会影响动物的健康，污
染食品，最终也会影响人类的安全。
拥有良好质量的饲料原料是获得优质饲料的前提条件，所以要防止饲料原料中出
现混入杂质、受到污染等问题。目前，饲料原料入仓过程是通过按下旋转分配器此次操作所
需要使用的料仓的键号，自动锁定开关，电机即带动旋转管开始旋转，等旋转管转动到至所
需仓位并且对准后，旋转器的电机就会自动断电，旋转管被锁定，此时进料，操作人员按下
需要用到的仓位键，重复以上的动作，旋转管转至选定的仓位就会自动进行停转锁定，然后
将不同的饲料原料分别分到对应的溜管中，进入到仓库中，旋转分配器下料的时候会通过
人工在溜管开口处取样查看是否分错饲料原料，如果出错就立刻停止下料，但是一个旋转
分配器连接有多跟溜管，一个工厂又有多个旋转分配器，用人工查看耗时长、效率低而且需
要多位工作人员，如果检测不及时，就会让一个仓里面混入其他的饲料原料，造成了污染和
损失，后期还得人工清理等。
近年来，饲料加工工艺专业化趋势凸显，饲料加工装备趋于专业化、大型化、自动
化，饲料品质控制的要求、任务和内容都得到进一步拓展，自动在线、实时自动化品质监控
技术应用范围进一步扩大，人工检测也越来越跟不上工业需求，实现自动化生产和检测是
必然的发展趋势。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的
在于提供一种基于机器视觉的饲料原料自动取样与识别系统、利用该系统的基于机器视觉
的饲料原料自动取样与识别方法。一种基于机器视觉的饲料原料自动取样与识别系统及方
法能够防止由于人类的疏忽造成饲料原料入错仓而导致饲料原料的污染，自动检测识别，
实现生产自动化，节省人力和物力，提高效率。
在本发明的第一方面，本发明提出了基于机器视觉的饲料原料自动取样与识别系
统。根据本发明的实施例，所述系统包括：
饲料原料取样装置，用于采集饲料原料样品；
光学成像装置，所述光学成像装置置于饲料原料取样装置上方，用于采集饲料原料图
像；
图像处理装置，用于处理采集饲料原料图像；所述图像处理装置通过通讯接口与光学
成像装置连接；
动力元器件，所述动力元器件连接饲料原料取样装置，用于为饲料原料取样装置提供
动力。
根据本发明的一些实施例，上述一种基于机器视觉的饲料原料自动取样与识别系
统还可以具有下列技术特征。
根据本发明的一些实施例，所述饲料原料取样装置包括壳体、取料盒、气缸A、气缸
B、电磁阀A、电磁阀B、绿色按钮开关、红色按钮开关、表控、溜管；所述表控为表控-TPC4、表
控-TPC8或表控-TPC16。
根据本发明的一些实施例，所述壳体的前端面板上设置红色按钮开关、绿色按钮
开关；所述壳体的后端面板上设置表控；所述壳体的中间两侧分别设置电磁阀A、电磁阀B；
在壳体的下部中间设置气缸A，所述气缸A连接取料盒前端，与溜管垂直安装，气缸A带动取
料盒平行运动。
根据本发明的一些实施例，所述取料盒前端形状为方形，后端形状与溜管开口处
形状一样；可防止粉尘进入到相机处，损坏相机。
根据本发明的一些实施例，所述电磁阀A和电磁阀B的导线连接在表控上，由表控
的通断电来控制电磁阀的通断电；所述绿色按钮开关和红色按钮开关的导线分别连接在表
控上，按下绿色开关表控通电一次，按下红色开关表控断电。
所述24V直流电源和取料盒24V直流电源为表控的电源，起到保护作用，电流过大
会烧坏表控的集成电路。
根据本发明的一些实施例，所述取料盒内设置气缸B，所述气缸B的上面设有升降
板，气缸B带动升降板上下运动，所述气缸B的位置相对于气缸A垂直；所述气缸A和气缸B的
两根管气管分别连接在电磁阀A和电磁阀B上，电磁阀通过通断电分别控制两个气缸的进气
断气。
根据本发明的一些实施例，所述光学成像装置包括硬触发面阵工业相机、环形光
源；所述面阵工业相机和环形光源安装在取料盒初始状态时的正上方，硬触发面阵工业相
机和环形光源具有共同中心线且中心线垂直于取料盒所在平面。
根据本发明的一些实施例，所述硬触发面阵工业相机还连接光电开关，所述光电
开关为面阵工业相机提供控制拍照的硬触发脉冲信号；所述光电开关安装在取料盒前端的
正前方，所述取料盒前端上面贴有铁片，光电开关通过与取料盒前端上面的铁片接触来触
发硬触发面阵工业相机。
根据本发明的一些实施例，所述动力元器件为空气压缩机，所述空气压缩机的进
气管分别连接在电磁阀A、电磁阀B上。
根据本发明的一些实施例，所述图像处理装置是计算机，所述计算机安装有
Labview程序。
根据本发明的一些实施例，所述通讯接口是USB通讯接口。
根据本发明的一些实施例，所述气缸A的行程大于等于150mm；所述气缸B的行程小
于等于10mm。
在本发明的第二方面，本发明提出基于机器视觉的饲料原料自动取样与识别方
法。根据本发明的实施例，所述方法包括：
步骤S1：取样前将计算机Labview程序中的饲料原料参照样本R、G、B参数设置为旋转分
配器应该正确放出的饲料原料R、G、B颜色参数，接通表控电源，按下绿色按钮开关，通过气
缸A运动带动取料盒进入溜管中取料，接着取料盒复位，取料盒上面的铁片与光电开关接
触，触发硬触发面阵工业相机，取料盒停留5秒钟，相机拍照，接着取料盒再次进入溜管中，
取料盒中的气缸B顶起升降板，然后取料盒再次复位，取料盒到出口时升降板上面的饲料原
料被全部刮掉到溜管中，取料盒再次复位完毕后气缸B带动升降板下降复位；
步骤S2：硬触发面阵工业相机采集到的图像通过USB通讯接口传送到计算机进行分析
处理，计算机使用Labview软件分析处理接收到的饲料原料图像，分析图像颜色RGB的数据
并将参数与参照样本数据进行运算得出综合色差，运算后的结果与实验得来的最大综合色
差进行布尔运算，若综合色差小于最大综合色差则机器正常运行，若综合色差大于最大综
合色差则设备会发出警报，操作人员就会立即停止旋转分配器下料。
根据本发明的一些实施例，所述气缸A与气缸B运动由空气压缩机供气给电磁阀A、
电磁阀B，电磁阀的进气出气时间由表控编写的程序控制。
根据本发明的一些实施例，所述表控编写程序实现的运动过程为：电磁阀A提供一
个气孔进气5S，使得气缸A伸出，带动取料盒进入溜管中取得饲料原料，5S过后电磁阀A提供
另一个气孔进气5S，使得气缸A缩回，带动取料盒复位，5S过后，电磁阀A再次提供一个气孔
进气5S，使得气缸A伸出，带动取料盒进入溜管中取得饲料原料，在第3S时，电磁阀B提供一
个气孔进气5S，使得气缸B伸出，将升降板顶上去，5S过后电磁阀A提供另一个气孔进气5S，
使得气缸A缩回，缩回的同时会将升降板上面的饲料原料刮掉，饲料原料送回溜管中，电磁
阀B再提供另一个气孔进气5S，使得气缸B缩回，带动升降板复位。
所述图像分析处理原理是运用RGB色彩模式，即分别识别出图片颜色中R、G、B的
值。
根据本发明的一些实施例，所述综合色差是通过实时检测到饲料原料图片中的
R1、G1、B1值分别与样本中的R、G、B值通过公式：
计算得出的。
根据本发明的一些实施例，所述最大综合色差值是通过大量实验得出每种饲料原
料颜色的Ri、Gi、Bi值，然后把数据用Excel，Matlab进行处理即可得每种饲料原料Ri、Gi、Bi
值的出分界阈值Rx、Gx、Bx，然后用实验得到的每种饲料原料颜色的Ri、Gi、Bi值分别与各自
的分界阈值Rx、Gx、Bx运用公式：
得出的值。
根据本发明的一些实施例，所述取料盒第二次复位时，取料盒上面的铁片和光电
开关接触时仍会触发硬触发面阵相机拍照，此时升降板上面已经没有饲料原料，拍到的照
片为白背景图，计算机Labview程序中设定若拍到白色图片则将不做处理。
本发明的有益效果是：本发明提供了的基于机器视觉的饲料原料自动取样与识别
系统及方法，可以在饲料原料入仓时自动取样识别和检测，有效及时阻止饲料原料进错仓，
造成饲料污染、饲料变质等问题，也减少后期处理的成本，让饲料生产过程更全面更安全，
更加完善了饲料原料加工储藏的过程，并且实现生产自动化，节省人力和物力，提高工作效
率。此外，本系统适用于多种饲料，适用性广。
附图说明
图1是本发明提供的基于机器视觉的饲料原料自动取样与识别系统的结构示意
图。
图2是图1中饲料原料取样装置的左视图。
图3是图1中饲料原料取样装置的俯视图。
图4是图1中取料盒的结构示意图。
其中，1-空气压缩机，2-红色按钮开关，3-绿色按钮开关，4-进气管，5-电磁阀A，6-
电磁阀B，7-表控，8-环形光源，9-硬触发面阵工业相机，10-气缸A，11-光电开关，12-升降
板，13-气缸B，14-取料盒，15-USB通讯接口，16-计算机，17-溜管。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终
相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、
“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方
位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元
件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相
连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的
普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的第一个方面，本发明提供了基于机器视觉的饲料原料自动取样与识别系
统。根据本发明实施例，参见图1，该系统包括：
饲料原料取样装置，所述饲料原料取样装置包括壳体18、取料盒14、气缸A10、气缸B13、
电磁阀A5、电磁阀B6、绿色按钮开关3、红色按钮开关2、表控7-TCP4、溜管17；
光学成像装置，所述光学成像装置包括硬触发面阵工业相机9、环形光源8；
图像处理装置，所述图像处理装置是计算机16，所述计算机16安装有Labview程序，所
述图像处理装置通过USB通讯接口15与光学成像装置连接；
动力元器件，所述动力元器件为空气压缩机1。
根据本发明的具体实施例，所述壳体18的前端面板上设置红色按钮开关2、绿色按
钮开关3；所述壳体的后端面板上设置表控7-TCP4；所述壳体的中间两侧分别设置电磁阀
A5、电磁阀B6；在壳体的下部中间设置气缸A10，所述气缸A10连接取料盒14前端，与溜管17
垂直安装；所述取料盒14前端形状为方形，后端形状与溜管17开口处形状一样。
根据本发明的具体实施例，所述电磁阀A和电磁阀B的导线连接在表控7-TCP4上；
所述绿色按钮开关3和红色按钮开关2的导线分别连接在表控7-TCP4上。
根据本发明的具体实施例，所述取料盒14内设置气缸B13，所述气缸B13的上面设
有升降板12，所述气缸B13的位置相对于气缸A10垂直；所述气缸A10和气缸B13的两根管气
管分别连接在电磁阀A5和电磁阀B6上。
根据本发明的具体实施例，所述面阵工业相机9和环形光源8安装在取料盒14初始
状态时的正上方，硬触发面阵工业相机9和环形光源8具有共同中心线且中心线垂直于取料
盒14所在平面。
根据本发明的具体实施例，所述硬触发面阵工业相机9还连接光电开关11，所述光
电开关11为硬触发面阵工业相机9提供控制拍照的硬触发脉冲信号；所述光电开关11安装
在取料盒14前端的正前方，所述取料盒14前端上面贴有铁片，光电开关11通过与取料盒14
前端上面的铁片接触来触发硬触发面阵工业相机9。
根据本发明的具体实施例，所述空气压缩机1的进气管4分别连接在电磁阀A5、电
磁阀B6上。
根据本发明的具体实施例，所述气缸A10的行程为150mm；所述气缸B13的行程为
10mm。
本发明的第二个方面，本发明提供了基于机器视觉的饲料原料自动取样与识别方
法。以检测溜管17中是否为玉米粉为例，本例中设为溜管中下放的饲料原料是玉米粉，根据
本发明实施例，该方法包括。
步骤S1：取样前将Labview中的饲料原料参照样本设置为玉米粉，通过多次实验得
出本例玉米粉参照样本R、G、B的值，计算出综合色差为177.6，接通24V电源，按下绿色按钮
开关3，通过气缸A10运动带动取料盒14进入溜管17中取下落的玉米粉，接着取料盒14复位，
取料盒14上面的铁片与光电开关11接触，触发相机9，取料盒14停留5秒钟，相机9拍照，接着
取料盒再次进入溜管17中，取料盒14中的气缸B13顶起升降板12，接着取料盒14复位，取料
盒14到出口时升降板12上面的玉米粉会被全部刮掉到溜管7中，取料盒14再次复位完毕后
气缸B13带动升降板12下降复位。
步骤S2：采集到的玉米粉图片通过USB通讯接口15传送到计算机16进行分析处理，
计算机16使用Labview软件分析处理接收到的饲料原料图片，分析图片颜色RGB的值为187、
193、143，并将参数自动带入公式
得到综合色差为176，比实验得来的最大综合色差小，则说明溜管中正在下放的饲料原
料为玉米粉，机器正常运行。
所述图像分析处理原理是运用RGB色彩模式，即分别识别出图片颜色中R、G、B的
值。
本实施例中，硬触发面阵工业相机9像素为三百万，光源为环形光源8，能有效防止
拍摄面的反射，在本实施例中图像尺寸为100×70。
根据本发明的具体实施例，所述取料盒14第二次复位时，取料盒14上面的铁片和
光电开关11接触时仍会触发硬触发面阵工业相机9拍照，此时升降板12上面已经没有饲料
原料，拍到的照片为白背景图，本发明的Labview程序中设定若拍到白色图片则将不做处
理。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不
脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本
发明的范围由权利要求及其等同物限定。