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基于机器视觉的苹果外部品质检测与分级研究

基于机器视觉的苹果外部品质检测与分级研究

作者：仇德凯浙江农林大学

学位级别：硕士

苹果品质分类对于提高苹果的商业价值尤为重要。目前,运用机器视觉并结合深度学习进行苹果质量分类的研究已经很多。但是,这些研究都主要集中在品种、外部损伤和颜色的分类上,对苹果果形,即畸形程度的研究还很少。本研究基于机器视觉技... 详细信息

苹果品质分类对于提高苹果的商业价值尤为重要。目前,运用机器视觉并结合深度学习进行苹果质量分类的研究已经很多。但是,这些研究都主要集中在品种、外部损伤和颜色的分类上,对苹果果形,即畸形程度的研究还很少。本研究基于机器视觉技术,探讨了卷积神经网络对苹果果径、颜色和畸形特征进行分类的可行性。主要研究内容和结论如下:(1)本研究搭建了一套机器视觉系统用于动态采集苹果多角度图像,并对系统进行了校正以及确定图像采集的方式。该系统相较于传统机器视觉系统多了一个旋转台,用于在采集图像时使苹果能够均匀地旋转,对系统硬件进行了优选和布置,并对软件控制部分进行了研究。然后对已搭建的系统进行校正,使用棋盘格对系统进行了相机标定,通过实验发现经过相机标定方法进行校正前后的图片提取出的硬币以及多个特氟龙球的直径误差均在0.5 mm以内,符合国家要求的苹果果径误差范围,所以后续不要进行相机标定;接着通过使用麦克白色卡进行了颜色校正,发现校正前的最大色差值为20.9,校正后为13.4,校正后的图像色彩更接近真实颜色,所以后续需要对苹果图像进行颜色校正。接着,本研究采用四个形状不同的洛川苹果,通过12种不同的采集方式对苹果进行图像采集,最终本研究选取了图像尽可能少且苹果最大直径误差在0.5 mm以内的方式,即8°/张的拍摄方式对苹果进行图像采集。(2)本研究确定使用合适的图像处理方法提取出每个苹果果径最大的图像用于建立数据集,并使用SVM分级方法对苹果进行分级建模。通过实验确定了图像灰度化使用加权平均法,图像去噪使用高斯滤波去噪,并使用图像二值化、形态学降噪等方法可以很好的去除苹果图像的背景,最后使用最小外接矩形的方法对苹果每张图像进行了最大果径的提取,可以精确地提取出每个苹果果径最大的图片。然后采集了1000个苹果图像用于对苹果颜色和畸形特征建立数据集,对数据集中的图像使用HOG特征提取方法提取特征值,随后使用SVM方法对苹果颜色和畸形特征进行分级建模,并选择了效果最佳的多项式作为核函数,最终其在训练集和测试集的分类准确率分别达到了91.3%和89.0%。(3)对苹果果径、颜色和畸形特征建立深度学习分级模型。对苹果果径分级建立了一个包含5个卷积层和1个全连接层地轻量级卷积神经网络模型,对该模型中的激活函数、学习率和批大小这三个超参数进行了优选,最终确定以Re LU作为核函数,学习率设置为0.001,批大小设置为128,该模型在验证集和测试集上准确度都达到了98%以上,数据表明该模型可以较好地完成苹果果径分级任务。然后使用VGG16、Goog Le Net和Alex Net这三种经典卷积神经网络模型对苹果颜色和畸形特征进行三分类,通过实验发现使用VGG16进行分类的结果最好,达到92.29%。条红苹果、片红苹果和畸形苹果的召回率分别为96.9%、96.9%和82.7%。然后在VGG16模型上进行了消融实验,VGG16模型中的卷积块都是模型特征提取部分的重要组成部分。使用VGG16对200个苹果进行了预测,预测准确率为90.5%。

关键词：苹果外部品质图像处理机器视觉深度学习

产教融合组织形态治理结构的演变轨迹与创新进路

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高等工程教育研究 2024年第4期 134-140页

作者：聂挺仇怀凯刘辉湖南农业大学经济学院中山职业技术学院

新中国成立至今产教融合的组织形态治理已形成了三种主流治理结构,具有时代特征和类型特征,并成为职业教育治理变迁的一个缩影。依据主体关系及运行特征可将现行产教融合组织形态治理结构划分为三种类型:以权力和责任集中为特征的单一... 详细信息

新中国成立至今产教融合的组织形态治理已形成了三种主流治理结构,具有时代特征和类型特征,并成为职业教育治理变迁的一个缩影。依据主体关系及运行特征可将现行产教融合组织形态治理结构划分为三种类型:以权力和责任集中为特征的单一主导型;以对等性、均衡性为特征的双元主导型;以整体性、协同性为特征的多元共同体型。三种类型治理结构在主体参与度、主体间融合度、治理开放性和行业融合度等方面存在差异。同时,现行产教融合组织形态治理结构还存在治理主体缺位、制度创新滞后和文化融合不足等共性问题,以及各自的关键堵点。产教融合组织形态治理结构的创新需遵循产教融合治理变迁规律,明确创新主攻方向,选择外推型、内审型、借鉴型、牵引型及复合型五条创新路径,并根据产教融合的不同组织形态确定适当的创新策略。

关键词：产教融合组织形态治理结构演变轨迹关键堵点创新进路

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基于三机仲裁算法的高可靠推进控制系统设计

上海航天（中英文） 2022年第S2期39卷 144-149,177页

作者：仇存凯朱紫涵姜海洋张晓慧赵飞上海航天控制技术研究所上海201109 上海惯性工程技术研究中心上海201109

推进控制系统作为空间站的重要组成部分,其实现的轨道控制和姿态调整功能是空间站正常在轨运行的关键。为避免太空中诸如单粒子效应等不利因素对推进功能的影响,保证推进控制系统正确执行推进指令,对系统中央处理器(CPU)模块进行三机冗... 详细信息

推进控制系统作为空间站的重要组成部分,其实现的轨道控制和姿态调整功能是空间站正常在轨运行的关键。为避免太空中诸如单粒子效应等不利因素对推进功能的影响,保证推进控制系统正确执行推进指令,对系统中央处理器(CPU)模块进行三机冗余,采用三机仲裁算法对三机CPU进行表决,并通过仿真验证了三机仲裁算法可有效屏蔽一机故障,显著提升了系统的容错能力。基于马尔科夫链对系统可靠性进行计算分析,结果表明:采用三机冗余设计的推进控制系统,其CPU模块平均无故障时间增加83.3%,极大提高了系统的可靠性。

关键词：冗余三机仲裁容错能力平均无故障时间可靠性

基于马尔可夫链的空间站推进1553B通信系统可靠性分析

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飞控与探测 2022年第3期5卷 52-57页

作者：仇存凯张晓慧樊弢吴鹏飞朱紫涵上海航天控制技术研究所上海201109 上海惯性工程技术研究中心上海201109

推进功能的正常实现为空间站长期在轨运行提供重要保障。1553B通信系统作为推进功能的重要组成部分,承担着推进系统与外界进行数据交互的任务,其可靠性设计至关重要。为提高1553B通信系统可靠性,分别对包含数据隔离芯片在内的远程终端... 详细信息

推进功能的正常实现为空间站长期在轨运行提供重要保障。1553B通信系统作为推进功能的重要组成部分,承担着推进系统与外界进行数据交互的任务,其可靠性设计至关重要。为提高1553B通信系统可靠性,分别对包含数据隔离芯片在内的远程终端及其处理器进行双余度冗余设计。通过建立故障树对1553B通信系统可靠性进行分析,并引入平均无故障时间、可靠度等定量指标,基于马尔可夫链建立可靠性模型进行定量计算。结果表明,1553B通信系统平均无故障时间增加1.947倍,可靠度增长3.89%,故障概率则下降超98%,由此验证了双余度冗余设计能够有效地提升1553B通信系统的可靠性。

关键词： 1553B通信双余度故障树马尔可夫链可靠性

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用于空间站的四重冗余对接控制系统设计

飞控与探测 2023年第4期6卷 64-70页

作者：朱紫涵仇存凯张晓慧姜海洋宛俊伟上海航天控制技术研究所上海201109 上海惯性工程技术研究中心上海201109

针对空间站所处太空环境的特殊性、对接机构对空间站正常运行的重要性,以及对航天器可靠性要求日益增加的问题,提出在对接控制系统中增加可靠性设计,实现整个机构的高质量、平稳运转。在完成正常控制功能的基础上,在系统中采用了四重冗... 详细信息

针对空间站所处太空环境的特殊性、对接机构对空间站正常运行的重要性,以及对航天器可靠性要求日益增加的问题,提出在对接控制系统中增加可靠性设计,实现整个机构的高质量、平稳运转。在完成正常控制功能的基础上,在系统中采用了四重冗余的工作机制,包括主备机双热备份、自动/手动控制模式切换、自动控制关闭指令双线发送和工作模式的三取二判断,对四重冗余设计的具体判断流程进行了详细的解释。对控制系统软件进行仿真验证,结果表明:本方法设计的对接控制系统具有高可靠性和故障容错能力。

关键词：空间站对接机构控制系统高可靠性故障容错

基于FPGA的嵌入式步进电机恒流控制系统设计与实现

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飞控与探测 2022年第2期5卷 55-61页

作者：仇存凯姜海洋张晓慧岑启峰付培华上海航天控制技术研究所上海201109 上海惯性工程技术研究中心上海201109

长期在轨运行的航天器需具备补加推进剂的功能,补加过程通过步进电机驱动浮动连接机构实现。在保证航天器稳定运行在轨补加的前提下,从简化软件设计角度出发,提出了步进电机相电流自适应闭环控制方案,即通过比较器完成电流硬件比较。由F... 详细信息

长期在轨运行的航天器需具备补加推进剂的功能,补加过程通过步进电机驱动浮动连接机构实现。在保证航天器稳定运行在轨补加的前提下,从简化软件设计角度出发,提出了步进电机相电流自适应闭环控制方案,即通过比较器完成电流硬件比较。由FPGA根据比较结果对步进电机相电流进行恒流斩波,以控制步进电机相电流误差不大于10%,从而保证浮动连接机构的平稳运行。为验证步进电机相电流控制效果,采用仿真和实验的方法进行测试,测试结果表明,基于FPGA恒流斩波的闭环控制方式可以有效地将步进电机相电流误差限定在10%范围内。

关键词：步进电机 FPGA 自适应闭环控制恒流斩波

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堆叠钢材自动打包机控制系统设计

厦门大学学报（自然科学版） 2016年第2期55卷 291-296页

作者：柳娟陈曦胡昕彤林义煌仇存凯厦门大学航空航天学院福建厦门361005

针对堆叠钢材质量重、体积大、翻转难的特点,以西门子S7-200系列可编程逻辑控制器(PLC)和Weinview触摸屏为核心设计了原位自动打包自动控制系统.在此系统中,开发了PLC和触摸屏控制程序,实现了打包规格和电机速度等工艺参数的在线设置,... 详细信息

针对堆叠钢材质量重、体积大、翻转难的特点,以西门子S7-200系列可编程逻辑控制器(PLC)和Weinview触摸屏为核心设计了原位自动打包自动控制系统.在此系统中,开发了PLC和触摸屏控制程序,实现了打包规格和电机速度等工艺参数的在线设置,完成自动打包、手动调试、报警保护和故障诊断等系统功能;开发设计了设计4路频率独立可调的脉冲发生电路,作为电机通用驱动板.所设计系统可以在1min之内对尺寸400mm×600mm×800mm^600mm×800mm×2 000mm、质量为1~3t的堆叠钢材完成自动打包,提高了生产效率.

关键词：可编程逻辑控制器(PLC) 触摸屏自动打包机堆叠钢材自动控制系统

空间站双冗余TCP以太网通讯机制设计与实现

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上海航天（中英文） 2022年第S2期39卷 139-143,153页

作者：姜海洋朱紫涵孙冠群仇存凯张金时华耿湃上海航天控制技术研究所上海201109 上海惯性工程技术研究中心上海201109

针对空间站用控制器处理数据量大、在轨维护难度大、制作及维护成本高等特点,基于高可靠性的设计原则,提出了一种基于FPGA+W5500的空间站高可靠TCP以太网通讯机制。在满足功能需求的前提下,利用以太网控制器W5500实现高集成度、高速、... 详细信息

针对空间站用控制器处理数据量大、在轨维护难度大、制作及维护成本高等特点,基于高可靠性的设计原则,提出了一种基于FPGA+W5500的空间站高可靠TCP以太网通讯机制。在满足功能需求的前提下,利用以太网控制器W5500实现高集成度、高速、高可靠性的可自动无缝切换的双路冗余TCP以太网协议通讯设计,提高了航天用控制器与上位机之间的大容量数据高速通讯的可靠性,广泛适用于空间站TCP以太网的通讯环境。通过理论分析和试验充分验证了此种通信机制的双路自动切换功能的有效性。与传统冗余设计方法相比,这种主备机切换机制设计成本低,可靠性强,具有一定的工程应用价值,可在航天领域推广使用。

关键词：现场可编程逻辑门阵列(FPGA) 太网传输控制协议(TCP) 以太网高可靠自动切换

有限空间新建设施基坑开挖沉降特征及小变形控制

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工程科学学报 2024年第4期46卷 735-743页

作者：仇安兵北京科技大学基建管理处北京100083

针对有限空间新建基坑变形控制难题,采用理论分析、数值推演和工程实践相结合的研究方法,建立了考虑应力释放的有限空间夹持力学模型,推导了夹持应力与地层损伤因子的函数关系,研究了应力释压孔对有限空间地层应力的影响特征,提出了变... 详细信息

针对有限空间新建基坑变形控制难题,采用理论分析、数值推演和工程实践相结合的研究方法,建立了考虑应力释放的有限空间夹持力学模型,推导了夹持应力与地层损伤因子的函数关系,研究了应力释压孔对有限空间地层应力的影响特征,提出了变形支挡–应力阻隔一体结构控制方法,并通过北京科技大学工程实践基地(二期)验证该方法的有效性.结果表明,地层损伤因子与夹持应力呈线性负相关关系,随开挖深度逐渐增大,布设释压孔可有效降低有限空间夹持应力,释压孔有利于调整地层夹持应力和控制地层变形,变形控制率为33.48%~58.72%,且变形支挡–应力阻隔一体结构控制方法的水平变形控制率为28.57%~37.91%,地层沉降变形控制率为36.86%~54.26%,与数值模型计算结果趋势相同,论证了理论分析和数值推演结果有效性,为有限空间基坑稳定性控制提供数据支撑.

关键词：有限空间建筑基坑释压孔小变形控制智能动态监测