RU2699751C1 - Method of sorting objects by their colour characteristics - Google Patents

Method of sorting objects by their colour characteristics Download PDF

Info

Publication number
RU2699751C1
RU2699751C1 RU2019108157A RU2019108157A RU2699751C1 RU 2699751 C1 RU2699751 C1 RU 2699751C1 RU 2019108157 A RU2019108157 A RU 2019108157A RU 2019108157 A RU2019108157 A RU 2019108157A RU 2699751 C1 RU2699751 C1 RU 2699751C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
objects
sorting
color
image
class
Prior art date
Application number
RU2019108157A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Васильевич Бубырь
Леонид Васильевич Казаков
Григорий Борисович Козлов
Сергей Николаевич Куприянов
Владимир Ильич Лущенко
Геннадий Александрович Мигунов
Максим Константинович Устинов
Владимир Иосифович Цветков
Юрий Николаевич Бахвалов
Алексей Геннадьевич Потапов
Валерий Рафкатович Алексеев
Максим Владимирович Поповский
Екатерина Викторовна Царева
Александр Вячеславович Гинжул
Алексей Николаевич Осичев
Александр Викторович Местников
Юрий Константинович Окоемов
Людмила Ионовна Худова
Original Assignee
АО "ИЦ "Буревестник"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by АО "ИЦ "Буревестник" filed Critical АО "ИЦ "Буревестник"
Priority to RU2019108157A priority Critical patent/RU2699751C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2699751C1 publication Critical patent/RU2699751C1/en
Priority to PCT/RU2020/000006 priority patent/WO2020190169A1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07CPOSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/34Sorting according to other particular properties
    • B07C5/342Sorting according to other particular properties according to optical properties, e.g. colour
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07CPOSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/34Sorting according to other particular properties
    • B07C5/342Sorting according to other particular properties according to optical properties, e.g. colour
    • B07C5/3422Sorting according to other particular properties according to optical properties, e.g. colour using video scanning devices, e.g. TV-cameras
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07CPOSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/34Sorting according to other particular properties
    • B07C5/342Sorting according to other particular properties according to optical properties, e.g. colour
    • B07C5/3425Sorting according to other particular properties according to optical properties, e.g. colour of granular material, e.g. ore particles, grain

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Sorting Of Articles (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

FIELD: transportation.
SUBSTANCE: invention relates to methods of sorting different objects into a limited number of classes in accordance with their colour characteristics. Main application of invention is found in processes of sorting precious stones by their colour, first of all, diamond material. Method includes stages, at which transportation of a sequence of objects is carried out by a special device through a surveillance zone, lighting of each object passing the observation zone individually, recording reflected and / or transmitted electromagnetic radiation in the form of electric signals, conversion and processing of obtained signals into digital form, analysis of said information in computing device for compliance with predetermined system parameters determining object belonging to a certain class, making a decision and issuing a command to the actuator about movement of the object to the corresponding hopper – accumulator of objects of one of the classes according to the selected classification. Distinctive features of the method are preliminary obtaining statistically reliable classification model or rule for decision on belonging of object to this or that class, analysis of features of classes by their significance and effect on classifying rule and use of methodology of the theory of multidimensional approximation and interpolation.
EFFECT: provides optimum combination of high rate of execution of program implementation of algorithms for solving classification problem with simultaneous reduction of percentage of unclassified objects in their total number due to lower probability of identification errors compared to existing methods.
1 cl, 1 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к способам сортировки различных объектов на ограниченное количество классов в соответствии с их цветом. Основное применение изобретение находит для процессов сортировки драгоценных камней, прежде всего алмазов, по их цвету и для устройств, осуществляющих эти процессы.The invention relates to methods for sorting various objects into a limited number of classes in accordance with their color. The invention finds its main application for the processes of sorting precious stones, primarily diamonds, by their color and for devices carrying out these processes.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известные способы сортировки объектов по цвету и иным оптическим признакам основываются на следующих общих принципах: организация транспортирования последовательности объектов специальным устройством через зону наблюдения, освещение индивидуально каждого проходящего зону наблюдения объекта, регистрация отраженного или прошедшего через объект электромагнитного излучения в виде электрических сигналов, преобразование и обработка полученных сигналов в цифровую форму, анализ этой информации в вычислительном устройстве на предмет соответствия заранее установленной системе параметров, определяющих принадлежность объекта к определенному классу, принятие решения и выдача команды на исполнительный механизм о перемещении объекта в соответствующий бункер - накопитель объектов одного из классов по избранной классификации.Known methods for sorting objects by color and other optical characteristics are based on the following general principles: arranging transportation of a sequence of objects with a special device through the observation zone, lighting individually each object passing through the observation zone, registering electromagnetic radiation reflected or transmitted through the object in the form of electrical signals, conversion and processing the received signals in digital form, the analysis of this information in a computing device for the subject of correspondence to a predetermined system of parameters that determine whether an object belongs to a certain class, making a decision and issuing a command to the actuator to move the object to the appropriate bunker - a drive of objects of one of the classes according to the selected classification.

Так, известен способ сортировки объектов в соответствии с их оптическими свойствами (патент США 4,186,838, МПК В07С 5/342), в котором может осуществляться сортировка по характеристикам отраженного или прошедшего через объект излучения осветителя выбранного спектрального диапазона, то есть по цветовым характеристикам. Регистрация излучения осуществляется в процессе последовательного прохождения каждым объектом в фазе свободного падения через интегрирующую излучение объекта сферу. Устройствами для регистрации были выбраны фотоприемные устройства, как минимум два фотоэлектронных умножителя (ФЭУ) с соответствующими оптическими фильтрами, обеспечивающими необходимые цветозависимые сигналы для различения сортируемых объектов по цветовым признакам. Определение наборов (критериев отнесения к цветовому классу) уровней цветозависимых сигналов при осуществлении способа проводилось на образцовых коллекциях объектов заранее известной цветовой классификации. Недостатки способа проявляются при необходимости сортировки на большое число классов, нежели чем классы трех основных цветов, например. В этом случае критерии сортировки, основанные на пороговых (или интервальных) характеристиках сигналов дают существенные ошибки вследствие нестабильности во времени параметров электронных трактов регистрации и условий освещения объектов в интегрирующей сфере. В способе также ограничены возможности для учета крупности (физического размера) сортируемых объектов, от которой зависят уровни сигналов фотоприемных устройств.So, there is a known method of sorting objects according to their optical properties (US patent 4,186,838, IPC В07С 5/342), in which sorting can be performed according to the characteristics of the illuminator of the selected spectral range reflected or transmitted through the object, that is, by color characteristics. Registration of radiation is carried out in the process of successive passage by each object in the phase of free fall through the sphere integrating radiation of the object. The photodetector devices, at least two photoelectronic multipliers (PMTs) with the appropriate optical filters that provide the necessary color-dependent signals to distinguish the sorted objects by color, were selected as devices for registration. The determination of sets (criteria for assigning to the color class) of color-dependent signal levels during the implementation of the method was carried out on exemplary collections of objects of a previously known color classification. The disadvantages of the method are manifested when it is necessary to sort into a large number of classes, rather than classes of three primary colors, for example. In this case, the sorting criteria based on the threshold (or interval) characteristics of the signals give significant errors due to the instability in time of the parameters of the electronic recording paths and lighting conditions of objects in the integrating sphere. The method also has limited possibilities for taking into account the size (physical size) of sorted objects, on which the signal levels of photodetectors depend.

Известно устройство (патент США 4,951,825, МПК В07С 5/342) для автоматической сортировки по предустановленным классам зернистого материала, включая и алмазное сырье. В этом устройстве средством транспортирования объектов через зону освещения - наблюдения является роторный транспортер с вакуумированными посадочными местами для размещения объектов сортировки, причем регистрация излучения от объекта ведется фотоприемными устройствами в различных спектральных диапазонах, аналогично патентному источнику, описанному выше. Классификационное решение об отнесении объекта к тому или иному классу принимается вычислительным устройством также на основе системы предустановленных интервалов (уровней) сигналов фотоприемников в соответствующем спектральном диапазоне совместно с анализом погрешности определения границ этих интервалов или по критерию минимальной суммы отклонений при неопределенности отнесения объекта к предустановленному классу. Система или набор комбинаций уровней сигналов в спектральных каналах устройства может быть задан аналитически или получен эмпирически на основе изменений представительных коллекций цветовых объектов, классифицированных заранее. Для учета влияния крупности объектов сортировки используется дополнительные светодиодные источники излучения инфракрасного диапазона, при этом погрешности нестабильности параметров измерительных трактов по спектральным диапазонам компенсируются периодической калибровкой по стандартам белого и черного. В этом патентном источнике описан способ, позволяющий реализовать сортировку кристаллических объектов по ряду оптических характеристик и, в частности, по цвету. Этому способу, хотя и в меньшей мере, присущи уже упомянутые выше недостатки. Это ограниченное практически число классов сортировки (4 и один класс для не идентифицированных объектов), принципиально не устранимая погрешность вследствие ярких бликов или темных дефектов на поверхности объектов, ограниченное поле обзора отражающей (пропускающей) излучение поверхности, сложная конструкция и высокие требования к аппаратуре для реализации способа.A device is known (US patent 4,951,825, IPC B07C 5/342) for automatic sorting by predefined classes of granular material, including rough diamonds. In this device, the means of transporting objects through the lighting - observation zone is a rotary conveyor with evacuated seats for sorting objects, and radiation from the object is recorded by photodetector devices in different spectral ranges, similar to the patent source described above. The classification decision on assigning an object to a particular class is also made by the computing device on the basis of a system of predefined intervals (levels) of photodetector signals in the corresponding spectral range, together with an analysis of the error in determining the boundaries of these intervals or by the criterion of the minimum amount of deviations when the object is assigned to a predefined class. A system or a set of combinations of signal levels in the spectral channels of a device can be defined analytically or obtained empirically based on changes in representative collections of color objects classified in advance. To take into account the effect of the size of the sorting objects, additional LED sources of infrared radiation are used, while the errors in the instability of the parameters of the measuring paths in the spectral ranges are compensated by periodic calibration according to white and black standards. This patent source describes a method for sorting crystalline objects according to a number of optical characteristics and, in particular, by color. This method, although to a lesser extent, has the disadvantages already mentioned above. This is a practically limited number of sorting classes (4 and one class for unidentified objects), a fundamentally unavoidable error due to bright glare or dark defects on the surface of objects, a limited field of view of a surface reflecting (transmitting) radiation, a complex design and high requirements for equipment for implementation way.

Известен способ цветовой классификации объектов, являющийся одним из прототипов настоящего способа (патент РФ №2468345, МПК5 G01N 21/85, G01J 3/51). Способ обеспечивает возможность одновременной классификации сразу нескольких как неподвижных, так и движущихся объектов при произвольном их расположении в зоне анализа, адаптацию измерений к изменяющимся условиям идентификации объектов. Полученное с помощью многоэлементных матричных приемников излучения на основе приборов с эффектом переноса заряда (фотокамера с ПЗС-матрицей) цветное изображение объекта преобразовывают в три двумерных массива целых чисел, каждый из которых содержит информацию о пространственном распределении в изображении одного из трех цветов - красного, зеленого и синего. Эти двумерные массивы преобразуют в цветовое пространство HLS, сравнивают значение цветовой координаты с априорно известными значениями так называемых характеристических зон. Для несовпадающих по цветовой координате элементов проводят выравнивание цветовых координат по приведенному в источнике соотношению. Данное действие является, по сути, средством снижения числа элементов разложения изображения анализируемого объекта и сглаживания характеристики распределения цветовых координат объекта с целью сокращения объема обрабатываемой информации и упрощения классификационного критерия. Способ и устройство для его реализации ориентированы, прежде всего, на задачи сортировки объектов сильного цветового контраста с доминирующим преобладанием одного цвета. Для сортировки объектов слабовыраженных цветовых оттенков данный способ будет иметь ограниченное применение.There is a method of color classification of objects, which is one of the prototypes of the present method (RF patent No. 2468345, IPC 5 G01N 21/85, G01J 3/51). The method provides the possibility of simultaneous classification of several simultaneously both stationary and moving objects at their arbitrary location in the analysis zone, adaptation of measurements to changing conditions of identification of objects. The color image of an object obtained using multi-element matrix radiation detectors based on devices with a charge transfer effect (a camera with a CCD matrix) is converted into three two-dimensional arrays of integers, each of which contains information about the spatial distribution in the image of one of three colors - red, green and blue. These two-dimensional arrays are converted to the HLS color space, the value of the color coordinate is compared with the a priori known values of the so-called characteristic zones. For elements that do not coincide in the color coordinate, the color coordinates are aligned according to the ratio given in the source. This action is, in fact, a means of reducing the number of decomposition elements of the image of the analyzed object and smoothing the distribution characteristics of the color coordinates of the object in order to reduce the amount of processed information and simplify the classification criterion. The method and device for its implementation are focused primarily on the tasks of sorting objects of strong color contrast with a dominant predominance of one color. To sort objects of weakly expressed color shades, this method will have limited use.

Известно (Патент РФ 2424859, МПК В07С 5/342) другое устройство для сортировки кристаллов алмазов, имеющее узел поштучной подачи объектов и горизонтальный транспортирующий диск. В этой установке имеются средства освещения и наблюдения, управляющее вычислительное устройство и сортировочный узел для помещения кристаллов в бункеры в соответствии с классификационными критериями. В этом же патентном источнике описан способ цветовой сортировки (классификации) объектов, также являющийся прототипом настоящего изобретения. В качестве источника информации используется цифровое изображение (пиксельное представление) объекта сортировки в формате трех основных цветов фильтровой системы многоэлементного приемника излучения цифровой фотокамеры. Алгоритм компьютерной программы, осуществляющей обработку цифровых массивов изображения и выработку классификационного решения, включает по-пиксельный анализ полученного изображения с идентификацией принадлежности данного элемента разложения фону или анализируемому объекту, дефекту объекта или дифракционному блику на гранях кристалла. Последние исключаются из финальной обработки - получения интегральной цветовой характеристики объекта для принятия классификационного решения. Осуществление способа требует получения большого объема априорной информации, необходимой для обработки пиксельных массивов, при этом сам анализ, связанный с оценкой каждого отдельного элемента разложения в пиксельном массиве, является достаточно затратным по времени и ограничивает получение требуемых для обработки алмазного сырья производительностей.It is known (RF Patent 2424859, IPC V07C 5/342) another device for sorting crystals of diamonds, which has a unit for piece feeding objects and a horizontal conveying disk. In this installation, there are lighting and observation means, a control computing device and a sorting unit for placing crystals in bins in accordance with classification criteria. The same patent source describes a method for color sorting (classification) of objects, which is also a prototype of the present invention. As a source of information, a digital image (pixel representation) of the sorting object in the format of three primary colors of the filter system of a multi-element radiation detector of a digital camera is used. The algorithm of a computer program that processes digital image arrays and develops a classification solution includes pixel-by-pixel analysis of the resulting image with identification of the fact that this decomposition element belongs to the background or to the object being analyzed, an object defect, or a diffraction glare on the crystal faces. The latter are excluded from the final processing - obtaining the integral color characteristics of the object for making a classification decision. The implementation of the method requires the receipt of a large amount of a priori information necessary for processing pixel arrays, while the analysis itself associated with the evaluation of each individual decomposition element in the pixel array is quite time-consuming and limits the production of the productivity required for processing rough diamonds.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Целью предлагаемого технического решения является способ, обеспечивающий сочетание высокой производительности и эффективности процессов сортировки объектов по их цветовым признакам.The purpose of the proposed technical solution is a method that provides a combination of high performance and efficiency of the processes of sorting objects by their color characteristics.

Технический результат изобретения выражается в обеспечении высокой производительности способа сортировки объектов по цветовым классам с одновременным снижением доли ошибок классификации, выражающейся в числе объектов, подлежащих повторной или ручной переборке. Другим техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение гибкости подготовки оборудования, осуществляющего способ сортировки, к работе, повышение эффективности использования оборудования для сортировки и упрощение процесса настройки.The technical result of the invention is expressed in providing a high performance method for sorting objects by color classes while reducing the percentage of classification errors expressed in the number of objects to be re-sorted or manually sorted. Another technical result of the invention is the provision of flexibility in the preparation of equipment for sorting, to work, increasing the efficiency of using equipment for sorting and simplifying the configuration process.

Технический результат изобретения достигается тем, что в предлагаемом способе сортировки объектов в соответствии с их цветовыми характеристиками, включающем поштучную подачу объектов в зону освещения-наблюдения в фазе свободного падения, получение в излучении осветителей изображения объектов двумя электронными устройствами регистрации изображений, представляющими собой, например, двумерные матричные фотоприемники, преобразование этого изображения в электронный вид - файл данных одного из стандартных форматов пиксельного изображения цифровой камеры, передачу этого файла в вычислительное устройство, обработку этого файла с целью отнесения объекта на изображении к одному из предустановленных классов, формирование команды на исполнительное сортировочное устройство и помещение объекта в соответствующий его форме бункер-накопитель, дополнительно, на основе представительной выборки классифицированных (отсортированных) объектов по каждому цветовому классу, проводится получение изображения каждого объекта этой выборки в идентичных последующей сортировке условиях, обработка файла данных изображения с преобразованием каждого элемента разложения в векторное представление в цветовом пространстве, получение гистограмм распределения основных цветов элементов разложения выборки по классам сортировки, уточнение наиболее информативных признаков векторного представления с целью снижения размерности признакового пространства, проверка значимости каждого признака одним из известных критериев и построение численной модели классифицирующего решения на основе методологии многомерной аппроксимации и интерполяции, которая позволяет однозначно отнести совокупность векторных представлений в признаковом пространстве данного сортируемого объекта к предустановленному цветовому классу. Другими словами, способ включает два основных этапа: получение статистически достоверной модели (классифицирующего правила) на этапе машинного обучения с использованием представительной коллекции объектов, заранее отнесенных к тому или иному классу по цветовым характеристикам, и собственно последующую сортировку массива объектов с использованием полученной на первом этапе модели. Вычислительные процедуры способа реализуются в алгоритмах программ и программных библиотек, функционирующих в вычислительном устройстве, обрабатывающем цифровые массивы изображений объектов. Математический аппарат этих алгоритмов построен на основе теории случайных функций с использованием метода машинного обучения на основе алгоритма многомерной интерполяции и аппроксимации случайных функций (Т.А. Ширабакина, Ю.Н. Бахвалов, А.Н. Зуев, Изв. ВУЗов. «Приборостроение», том 48, 2005, №2, стр. 5-8; Ю.Н. Бахвалов, Л.Л. Малыгин, П.С. Черкасс, Метод машинного обучения на основе алгоритма многомерной интерполяции и аппроксимации случайных функций. Вестник Череповецкого государственного университета, том 2, 2012, №2, стр. 7-10). Для задачи классификации, являющейся основой предлагаемого способа, каждый элемент обучающей выборки или каждый объект представительной коллекции на этапе обучения воспринимается вычислительным устройством, как совокупность или вектор признаков, получаемых из его изображения обработкой пиксельного массива данных от цифровой камеры. В общем случае это могут быть координаты элемента разложения изображения в одном из цветовых представлений (пространств), их выборочные распределения и статистические характеристики, наличие или отсутствие тех или иных основных цветов или их комбинаций в классе, различные пороговые признаки и тому подобное. Таким образом, на этапе получения классифицирующей модели вся совокупность признаков или входной вектор признаков любого элемента представительной коллекции (обучающей выборки) сопоставляется с выходным вектором, имеющим единственный признак - предустановленный класс объектов, в соответствии с настоящим изобретением - это класс по цветовым характеристикам. Классифицирующая модель, получаемая на этапе обучения, оптимизируется исключением слабозначимых элементов обучающей выборки для сокращения времени выполнения вычислительных процедур при сортировке за счет сокращения числа слагаемых функции решающего правила.The technical result of the invention is achieved by the fact that in the proposed method for sorting objects in accordance with their color characteristics, which includes the piecewise supply of objects to the lighting-observation zone in the free fall phase, receiving images of objects in radiation from illuminators with two electronic image recording devices, which are, for example, two-dimensional matrix photodetectors, converting this image into electronic form - data file of one of the standard pixel image formats digital camera, transferring this file to a computing device, processing this file in order to assign the object in the image to one of the predefined classes, forming a command for the executive sorting device and placing the object in its corresponding storage hopper form, additionally, on the basis of a representative sample of classified (sorted) objects for each color class; image of each object of this sample is obtained in the conditions identical to the subsequent sorting processing the image data file with the conversion of each decomposition element into a vector representation in color space, obtaining histograms of the distribution of the primary colors of the elements of the decomposition of the sample by sorting class, clarifying the most informative signs of the vector representation in order to reduce the dimension of the attribute space, checking the significance of each sign with one of the known criteria and construction of a numerical model of a classifying solution based on the methodology of multidimensional approximation and interpolation, which allows you to unambiguously attribute the set of vector representations in the attribute space of a given sortable object to a predefined color class. In other words, the method includes two main stages: obtaining a statistically valid model (classifying rules) at the machine learning stage using a representative collection of objects assigned in advance to a particular class according to color characteristics, and actually subsequent sorting of an array of objects using the one obtained at the first stage models. The computational procedures of the method are implemented in the algorithms of programs and software libraries operating in a computing device that processes digital arrays of images of objects. The mathematical apparatus of these algorithms is built on the basis of the theory of random functions using the machine learning method based on the algorithm of multidimensional interpolation and approximation of random functions (T.A. Shirabakina, Yu.N. Bakhvalov, A.N. Zuev, Izv. VUZov. "Instrument Engineering" , Volume 48, 2005, No. 2, pp. 5-8; Yu.N. Bakhvalov, L. L. Malygin, P. S. Cherkass, Machine Learning Method Based on the Algorithm of Multidimensional Interpolation and Approximation of Random Functions.Vestnik of Cherepovets State University , Volume 2, 2012, No. 2, pp. 7-10). For the classification problem, which is the basis of the proposed method, each element of the training sample or each object of the representative collection at the training stage is perceived by the computing device as a set or vector of features obtained from its image by processing a pixel data array from a digital camera. In the general case, these can be the coordinates of the image decomposition element in one of the color representations (spaces), their selective distributions and statistical characteristics, the presence or absence of certain primary colors or their combinations in the class, various threshold features, and the like. Thus, at the stage of obtaining the classifying model, the entire set of features or the input feature vector of any element of the representative collection (training set) is compared with the output vector having the only feature - a predefined class of objects, in accordance with the present invention - this is a class according to color characteristics. The classifying model obtained at the training stage is optimized by eliminating the insignificant elements of the training set to reduce the execution time of computational procedures during sorting by reducing the number of terms of the function of the decision rule.

В результате первого этапа предлагаемого способа классифицирующая модель или классификатор сохраняется в файле данных и параметров настройки и функционирования компьютерной программы оптоэлектронной системы классификации и используется для сортировки объектов по цветовым классам из общей несортированной массы. На этом втором этапе совокупность признаков, полученных обработкой пиксельных массивов изображения объекта или, другими словами, входной вектор признаков сортируемого элемента, уже определяет значение функции - решающего правила классификатора. В свою очередь, значение функции сопоставляется с предустановленными значениями для классов сортировки, полученными на первом этапе предлагаемого способа, то есть на этапе обучения с представительной коллекцией элементов. Результат сопоставления - это классификационное решение об отнесении данного элемента к предустановленному классу по цветовым характеристикам.As a result of the first stage of the proposed method, the classification model or classifier is stored in the data and settings file and the functioning of the computer program of the optoelectronic classification system and is used to sort objects by color classes from the total unsorted mass. At this second stage, the set of features obtained by processing the pixel arrays of the image of the object or, in other words, the input feature vector of the sorted element, already determines the value of the function - the decisive rule of the classifier. In turn, the value of the function is compared with the predefined values for the sorting classes obtained at the first stage of the proposed method, that is, at the training stage with a representative collection of elements. The result of the comparison is a classification decision on assigning this element to a predefined class according to color characteristics.

Краткое описание обозначений фигуры 1.A brief description of the notation of figure 1.

На фигуре 1 приведена блок-схема устройства, поясняющая осуществление предлагаемого способа сортировки объектов по их цветовым характеристикам.The figure 1 shows a block diagram of a device explaining the implementation of the proposed method for sorting objects according to their color characteristics.

1 - устройство поштучной подачи объектов;1 - device piece feed objects;

2 - датчик входа объекта в зону освещения - наблюдения;2 - sensor entrance of the object into the lighting zone - observation;

3 - устройства регистрации изображений объектов (цифровые высокоскоростные камеры);3 - devices for recording images of objects (digital high-speed cameras);

4 - рассеиватель освещения объектов;4 - diffuser lighting objects;

5 - светодиодные осветители объектов;5 - LED illuminators of objects;

6 - датчик входа объекта в зону сортировки;6 - sensor input of the object into the sorting zone;

7 - принимающий узел - буферный барабан - промежуточный накопитель с ячейками;7 - receiving unit - buffer drum - intermediate drive with cells;

8 - бункер - накопитель по классам объектов;8 - bunker - drive for classes of objects;

9 - пневматические отсекатели объектов для перемещения в соответствующий их цвету бункер - накопитель.9 - pneumatic cut-offs of objects for moving into a hopper - drive corresponding to their color.

Предпочтительный вариант осуществления изобретенияPreferred Embodiment

Способ сортировки объектов по их цветовым характеристикам заключается в поштучной подаче объектов в зону освещения - наблюдения, которую объект проходит в фазе свободного падения, одновременным включением осветителей и обеих камер, формировании изображений объектов в виде цифровых массивов данных, передаче вычислительному устройству данных массивов и их обработке на предмет отнесения к предустановленным классам по цвету, прохождении зоны сортировки с промежуточными накопителями с ячейками и распределении объекта по бункерам-накопителям сообразно решению программного классификатора.The method of sorting objects according to their color characteristics consists in the unit-by-unit supply of objects to the lighting zone — the observation that the object passes in the free fall phase, simultaneously turning on the illuminators and both cameras, imaging objects in the form of digital data arrays, transferring data arrays to the computing device and processing them for assignment to predefined classes by color, passage of the sorting zone with intermediate drives with cells and distribution of the object to storage bins elyam according to the decision of the classifier software.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, состоит из подающего узла 1, включающего в себя вакуумный роторный подающий транспортер объектов и два вибропитателя, формирующие последовательность объектов, что обеспечивает равномерную, регулируемую и воспроизводимую подачу классифицируемых объектов в зону освещения-наблюдения по траектории свободного падения. На входе объекта в зону освещения-наблюдения установлен первый оптоэлектронный датчик входа объекта в зону 2 освещения - наблюдения, запускающий синхронизированный процесс съемки объекта каждой цифровой высокоскоростной камерой 3. Освещение объекта происходит в рассеивателе 4 многоэлементными светодиодными осветителями 5 объектов белого излучения. Устройство синхронизации (на фиг. 1 не показано) одновременно запускает светодиодные осветители и камеры, формирующие пиксельные файлы изображения объекта сортировки в зоне освещения - наблюдения. Файлы изображений от двух камер передаются в вычислительное устройство - персональный компьютер (на фиг. 1 не показан), где реализуются обработка изображений в цифровом виде и вычислительные процедуры предлагаемого способа.A device that implements the proposed method consists of a feed unit 1, which includes a vacuum rotary feed conveyor of objects and two vibratory feeders, forming a sequence of objects, which ensures a uniform, adjustable and reproducible flow of classified objects into the illumination-observation zone along the free fall path. At the entrance of the object to the lighting-observation zone, the first optoelectronic sensor for entering the object into the lighting zone 2, the observation, starts the synchronized process of shooting the object with each digital high-speed camera 3. The object is illuminated in the diffuser by 4 multi-element LED illuminators 5 objects of white radiation. The synchronization device (not shown in Fig. 1) simultaneously launches LED illuminators and cameras, forming pixel image files of the sorting object in the lighting - observation zone. Image files from two cameras are transmitted to a computing device — a personal computer (not shown in FIG. 1), where digital image processing and computational procedures of the proposed method are implemented.

Далее объект идентифицируется определенным цветовым классом или принимается решение о невозможности классифицировать цвет объекта. Пройдя зону освещения - наблюдения объект перед входом в зону отсечки регистрируется вторым оптоэлектронным датчиком 6 входа объекта в зону сортировки 7. Зона отсечки состоит из вращающегося буферного барабана -промежуточного накопителя 7 с ячейками, рядом пневматических отсекателей 9 и бункеров-накопителей 8 для отсортированных по форме объектов. После прохождения второго оптоэлектронного датчика 6 входа объекта в зону сортировки объект попадает в одну из ячеек буферного барабана 7, угловое положение которой в этот момент фиксируется вычислительным устройством и используется для последующего перемещения объекта с помощью отсекателя 9 в бункер-накопитель 8 соответствующего класса цвета.Further, the object is identified by a specific color class or a decision is made about the impossibility of classifying the color of the object. Having passed the lighting - observation zone, the object in front of the cut-off zone is registered by the second optoelectronic sensor 6 of the object entering the sorting zone 7. The cut-off zone consists of a rotating buffer drum-intermediate drive 7 with cells, a number of pneumatic cutoffs 9 and storage bins 8 for sorted by shape objects. After passing the second optoelectronic sensor 6 of the entrance of the object into the sorting zone, the object enters one of the cells of the buffer drum 7, the angular position of which at that moment is fixed by the computing device and is used for subsequent movement of the object using the cutter 9 into the storage hopper 8 of the corresponding color class.

Совокупность отличительных признаков описанного способа сортировки по цвету, включающее предварительное получение статистически достоверной классифицирующей модели, анализ признаков классов по их значимости и влиянию на классифицирующее правило и, в целом, использование методологии многомерной аппроксимации и интерполяции, обеспечивает оптимальное сочетание высокой скорости программной реализации алгоритмов решения задачи классификации с одновременным снижением доли неклассифицированных объектов в общем их количестве за счет меньшей вероятности ошибок идентификации по сравнению с известными способами. Классифицирующие модели при наличии представительных коллекций объектов легко создаются, сохраняются в виде специализированных компонент данных компьютерных программ и обеспечивают быструю перенастройку оборудования сортировки в процессе обработки больших объемов алмазного сырья по различным критериям цветовых характеристик.The set of distinguishing features of the described method for sorting by color, including the preliminary obtaining of a statistically reliable classifying model, the analysis of class attributes by their significance and influence on the classification rule, and, in general, using the multidimensional approximation and interpolation methodology, provides the optimal combination of high speed software implementation of problem solving algorithms classification with a simultaneous decrease in the share of unclassified objects in their total number due to enshey probability of identification errors as compared to the prior art. Classification models, in the presence of representative collections of objects, are easily created, saved as specialized components of these computer programs and provide quick reconfiguration of the sorting equipment during processing of large volumes of rough diamonds according to various criteria of color characteristics.

Промышленная применимость и примеры практической реализации способаIndustrial applicability and practical examples of the method

Примером практической реализации предлагаемого способа может служить установка сортировки сырья алмазов по цвету АСА-1Ц. Данные установки используется для сортировки алмазного сырья в промышленных условиях. Испытания установки при сортировке на 13 классов по цвету сырья показали производительность до 10 кристаллов в секунду. При этом доля не идентифицированных кристаллов для повторной сортировки была менее 3% весовых по отношению к исходному, несортированному массиву.An example of the practical implementation of the proposed method is the installation of sorting rough diamonds by color ASA-1C. These plants are used for sorting rough diamonds in industrial conditions. Tests of the installation when sorting into 13 classes according to the color of the raw materials showed a productivity of up to 10 crystals per second. The share of unidentified crystals for re-sorting was less than 3% by weight relative to the initial, unsorted array.

Claims (2)

1. Способ сортировки кристаллических объектов по их цветовым характеристикам, включающий поштучную подачу объектов в зону освещения - наблюдения, получение изображения объекта в отраженном освещении электронными устройствами регистрации изображения, преобразование этого изображения в электронный вид - файл данных одного из стандартных форматов пиксельного изображения цифровой камеры, передачу этого файла в вычислительное устройство, обработку этого файла с целью отнесения объекта на изображении к одному из предустановленных классов цвета и помещение этого объекта в соответствующий классу бункер-накопитель, отличающийся тем, что предварительно, на основе представительной выборки классифицированных (отсортированных) объектов по каждому цветовому классу, проводится получение изображения каждого объекта этой выборки в идентичных последующей сортировке условиях, обработка файла данных изображения с преобразованием каждого элемента разложения в векторное представление в цветовом пространстве, получение гистограмм распределения основных цветов элементов разложения выборки по классам сортировки, уточнение наиболее информативных признаков векторного представления с целью снижения размерности признакового пространства, проверка значимости каждого признака одним из известных критериев и построение численной модели классифицирующего решения на основе методологии многомерной аппроксимации и интерполяции, которая позволяет однозначно отнести совокупность векторных представлений в признаковом пространстве изображения данного сортируемого объекта к предустановленному цветовому классу.1. A method for sorting crystalline objects according to their color characteristics, including the piecewise supply of objects to the lighting zone — observation, obtaining an image of the object in reflected lighting by electronic image recording devices, converting this image into electronic form — a data file of one of the standard pixel formats of a digital camera, transferring this file to a computing device, processing this file in order to assign an object in an image to one of the predefined classes the colors and placement of this object in a storage bin corresponding to the class, characterized in that first, on the basis of a representative sample of classified (sorted) objects for each color class, an image is obtained of each object of this sample in conditions identical to the subsequent sorting, and the image data file is processed with transforming each decomposition element into a vector representation in the color space, obtaining histograms of the distribution of the primary colors of the decomposition elements selection of the sorting classes, refinement of the most informative features of the vector representation in order to reduce the dimension of the feature space, check the significance of each feature by one of the known criteria, and build a numerical model of the classification solution based on the multidimensional approximation and interpolation methodology, which allows you to unambiguously relate the set of vector representations in the feature the image space of this sortable object to a predefined color class. 2. Способ по п. 1, в котором представительная выборка классифицированных (отсортированных) кристаллических объектов каждого класса, отобранная методом экспертной оценки, может быть частью всего множества назначенных для сортировки объектов.2. The method according to claim 1, in which a representative sample of classified (sorted) crystalline objects of each class, selected by the expert assessment method, can be part of the whole set of objects assigned for sorting.
RU2019108157A 2019-03-21 2019-03-21 Method of sorting objects by their colour characteristics RU2699751C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019108157A RU2699751C1 (en) 2019-03-21 2019-03-21 Method of sorting objects by their colour characteristics
PCT/RU2020/000006 WO2020190169A1 (en) 2019-03-21 2020-01-10 Method for sorting objects according to their colour characteristics

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019108157A RU2699751C1 (en) 2019-03-21 2019-03-21 Method of sorting objects by their colour characteristics

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2699751C1 true RU2699751C1 (en) 2019-09-09

Family

ID=67851935

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019108157A RU2699751C1 (en) 2019-03-21 2019-03-21 Method of sorting objects by their colour characteristics

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2699751C1 (en)
WO (1) WO2020190169A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112858167A (en) * 2021-01-07 2021-05-28 上海奕瑞光电子科技股份有限公司 Multi-row dual-energy linear array detector scanning method, system, medium and device

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114403492B (en) * 2022-02-14 2023-03-21 河南中烟工业有限责任公司 Raw material tobacco leaf sorting method matched with cigarette formula
CN114603729B (en) * 2022-03-07 2024-03-12 宜昌南玻硅材料有限公司 Polycrystalline silicon block visual discrimination zone-matched knife and dividing area multi-line cutting method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5799105A (en) * 1992-03-06 1998-08-25 Agri-Tech, Inc. Method for calibrating a color sorting apparatus
RU2424859C1 (en) * 2010-05-24 2011-07-27 Учреждение Российской академии наук Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения РАН Device to sort objects to visual attributes
US20120055855A1 (en) * 2002-11-13 2012-03-08 Ackley Machine Corporation Laser system for pellet-shaped articles
RU2615625C1 (en) * 2016-02-01 2017-04-05 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Буревестник" (АО НПП "Буревестник") Method for sorting objects by shape and device for its implementation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5799105A (en) * 1992-03-06 1998-08-25 Agri-Tech, Inc. Method for calibrating a color sorting apparatus
US20120055855A1 (en) * 2002-11-13 2012-03-08 Ackley Machine Corporation Laser system for pellet-shaped articles
RU2424859C1 (en) * 2010-05-24 2011-07-27 Учреждение Российской академии наук Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения РАН Device to sort objects to visual attributes
RU2615625C1 (en) * 2016-02-01 2017-04-05 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Буревестник" (АО НПП "Буревестник") Method for sorting objects by shape and device for its implementation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112858167A (en) * 2021-01-07 2021-05-28 上海奕瑞光电子科技股份有限公司 Multi-row dual-energy linear array detector scanning method, system, medium and device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020190169A1 (en) 2020-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6152845B2 (en) Optical granular material sorter
JP6037125B2 (en) Optical granular material sorter
RU2699751C1 (en) Method of sorting objects by their colour characteristics
CN101234381B (en) Granular material sorting classifying method based on visual sense recognition
CN104070016B (en) A kind of little granule agricultural material quality detects and grading plant and method in real time
KR101926641B1 (en) Analysis system for screening organic and inorganic materials in construction waste and recycled aggregate production method using the same
CN103917305B (en) Utilize the somascope of alternately side lighting
JP6481263B2 (en) Preparation method of quality discrimination standard in granular material appearance quality discrimination device
CN104368540A (en) Double-wavelength automatic grain sorter based on near infrared technology
JP2010042326A (en) Optical cereal grain sorting apparatus
Halcro et al. The BELT and phenoSEED platforms: shape and colour phenotyping of seed samples
CN112474387B (en) Image recognition and automatic sorting device for imperfect grains of raw grains
CN101439335A (en) Multifunctional color selection method using colorful charge coupled device
AU2005305581A1 (en) An apparatus for and method of sorting objects using reflectance spectroscopy
CN207222383U (en) Plank sorting system
CN111801783A (en) Perturbed excavation for novel defect discovery
CN201357150Y (en) White melon seed color sorter
CN204486324U (en) A kind of colored two CCD ginning cotton seed look selects system
CA2086256C (en) Shape sorting
CN109829496A (en) A kind of physical measurement classification method and equipment
Liu et al. Intelligent bamboo part sorting system design via machine vision
RU2615625C1 (en) Method for sorting objects by shape and device for its implementation
WO2021149820A1 (en) Optical granular material discriminating device
RU2540489C1 (en) Method of mineral material dressability assessment by optic method and device for method implementation
WO2020032905A2 (en) An experiment assembly for evaluating equipment performance