摘要
摘要
珍珠作为一种名贵的宝石，可以广泛应用于饰品、医学、生物材料和日常生活中，
形状一致、大小均匀、颜色均匀的珍珠其价值也越高。目前的珍珠分选主要依靠人工
完成，人工分选珍珠存在劳动强度大、检测质量易受主观因素影响的问题，因此，本
文提出基于多特征融合的珍珠分拣系统。通过基于单目视觉的多视角成像方式获取珍
珠形状和颜色的三视图，利用多特征融合方法对珍珠进行识别分类，建立多轴机器人
分拣平台实现珍珠分拣。
本文主要研究内容如下：
（1）根据珍珠形状各异、颜色分布不均的特点，设计了基于单目视觉的珍珠多视
角成像方法，通过两个底端构成直角的平面镜，获得珍珠的两个虚拟像，采用单目视
觉获得珍珠上面、正面、左面的三个视图进行珍珠特征检测。利用单个相机和多个平
面镜，通过一次成像采集多个角度的珍珠图像，全面表征珍珠形状和颜色特征。
（2）根据珍珠颜色易受外界光线影响产生色差的问题，设计了柔光灯箱，对密闭
箱、柔光板、光源进行了选型。该灯箱利用密闭结构隔绝干扰光源，选用四组LED光
带置于密闭箱顶部的四边，同时在珍珠与光源之间设置弧形的柔光板，以提高珍珠区
域的照明效果。
（3）为了提取珍珠形状参数，提出基于最小外接圆圆度的形状特征参数提取方法，
将最小外接圆面积与边缘轮廓面积的比值作为单个珍珠图像的圆度值，以三个圆度值
中的最大值作为珍珠的形状类别参数；为了提取珍珠颜色信息，提出基于色调均值的
颜色特征参数提取方法，将RGB和HSV颜色空间进行转换，分离色调分量H，以珍
珠三面图像的色调均值作为珍珠的颜色类别参数。
（4）为了综合表征珍珠表面特征，提出基于加权的特征融合方法来融合各特征信
息。将单一特征的分类准确率作为分子，所有特征分类准确率之和作为分母，确定每
个特征在融合中所占权重值，将所有特征进行加权融合，实现全面评定珍珠品质。通
过“一对一”的方法，采用MATLAB的LIBSVM工具箱，选择径向基核函数，参数
c10?0.5
为，的支持向量机完成珍珠分类。
（5）搭建了具有视觉感知的珍珠分拣机器人实验平台，对机器人的运动轨迹进行
仿真分析，采用MATLAB标定工具箱获取相机标定参数，通过手眼标定确定了视觉系
统与机器人的位姿转换关系。对圆形紫色、椭圆黄色、扁圆白色三类珍珠通过不同特
征融合方法进行了对比分析。实验结果表明，本文方法的分类准确率和稳定性都有提
升，该方法可以达到93.3%的珍珠分类准确率；针对不同类别的珍珠进行了分拣实验，
该系统的分拣成功率为88%。
关键词：珍珠；多视角成像；多特征融合；支持向量机；机器人
论文类型：应用研究
I
目录
目录
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第章绪论
1.1研究背景与意义1
1.2国内外研究现状1
1.2.1机器视觉技术在目标识别分类领域的研究现状1
1.2.2珍珠自动识别分类的研究现状2
1.2.3视觉引导的分拣机器人技术研究现状3
1.3论文主要内容5
第2章珍珠分拣系统的方案设计7
2.1珍珠分级的国家标准7
2.2基于多特征融合的珍珠分拣系统的方案设计8
2.2.1设计方案8
2.2.2基于单目多视角成像的珍珠三视图成像方法8
2.2.3柔光灯箱的设计10
2.3系统的硬件选型13
2.3.1相机选型13
2.3.2镜头的选型15
2.3.3机器人的选型16
2.4本章小结17
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第章基于多特征融合的珍珠分类模型
3.1基于最小外接圆的珍珠形状识别方法19
3.1.1珍珠图像的预处理19