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2022研究生电子设计竞赛总结(东北赛区一等奖、国家二等奖)

2022研究生电子设计竞赛总结(东北赛区一等奖、国家二等奖)

一、赛题

       我们的赛题为TI企业命题,题目为基于图像处理的无人水果售卖机,要求识别五种以上的水果、并具有称重与显示售卖信息功能。
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二、项目方案

       本团队的方案如图所示,作品由图像采集设备、称重传感器、显示设备、输入设备以及基于TI处理器的开发板组成。图像采集设备采集图像,在图像预处理阶段使用DSP调用TI的IMGLIB图像分析算法加快处理速度,使用OpenCV算法和支持向量机识别水果种类;称重传感器获取水果重量,经滤波处理后发送给上位机,同时多线程等待上位机的置零指令,在电子秤空载而重量非零时使电子秤回零。图像处理与人机交互部分程序由QT实现,重量测量部分程序由C语言实现。俩进程间使用TCP/IP协议通信。显示设备用于显示售卖信息和实时图像。输入设备负责人机交互。

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三、硬件部分

       作品由USB摄像头、HX711称重传感器、TI开发板、HDMI显示屏和鼠标等硬件组成,前面板为人机界面,负责显示售卖信息。中部白板的为称重平台,上部为摄像机。开发板和称重传感器置于机体内部。

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四、软件部分

       软件分为三部分, QT程序实现图像处理、水果分类和人机交互等功能,HX711应用程序准确测量重量数据任务,俩进程通过TCP/IP协议通信。

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五、技术关键

  1. 图像处理与水果分类部分
           首先进行图像预处理,选出感兴趣的ROI区域。处理过程如图所示,其中的形态学处理与轮廓提取步骤,使用的板载的DSP调用TI-IMGLIB图像分析算法来实现。选出特定区域后提取饱和度、色调、横纵比三个特征值,使用支持向量机分类器训练出分类模型。

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2. 多水果重量预测
       我们将五种水果的轮廓面积与水果重量关系进行了回归分析,得到回归表达式,通过面积预测重量。
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为消除预测误差,设计了残差重量分配算法,其实现方法如下图所示:
1、计算预测总重量与称重总重量的残差;
2、求出每种水果的斜率向量和每种水果总面积向量;
3、水果重量由3式求出,Wn为首次预测单种水果重量.
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3. 人机交互界面(QT实现)
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六、实例展示

单种水果种类识别与重量测量:
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多种水果种类识别与重量预测:
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预测结果分析:

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七、总结

       此次电赛是在参加上届电赛的基础上开展的,团队具有一定的图像识别与linux操作系统知识储备与实战经验。比赛过程中大家团结协作,各司其职,不断发现问题,解决问题,最终按时按量完成作品。但本作品尚有缺陷,如不能解决水果重叠识别问题,不能解决水果紧挨识别问题等。感谢一起参赛的俩位队友,石同学负责图像处理与分类部分,闫同学负责人机界面和封装设计部分,本人负责称重传感器内核驱动及linux部分,感谢同学的辛勤付出,没有大家的努力根本不会取得如此成绩。这次比赛是我学生生涯参加的最后一次比赛,谨以此献给我即将结束的学生时代。

                                                                                                                                     2022年10月5日。

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