机器视觉帮助柑橘包装商遵守PTI规定

农产品产业正在转向使用系统化的方式密切跟踪新鲜农产品的来源和去向。这个过程遇到的一大挑战就是，包装上用于提供农产品相关信息的各种包装设计和手工印章难以自动识别。

Sun Pacific公司是美国最大的柑橘类水果种植商、包装商和经销商，最近，其在多个包装工厂采用了Saber Engineering VR-3000视觉检测系统，以实施HarvestMark产品可追溯性计划(PTI)解决方案，从而成功克服了这一挑战。尽管存在包装箱位置和朝向各不相同、环境光线变化以及其他可变因素，但这些视觉检测系统利用康耐视强大的PatMax图案识别技术，仍然能够稳定地识别包装箱设计和手工印章。

保障新鲜农产品供应链的安全

美国农产品产业每年要处理约60亿箱农产品。极少数情况下，受染污的农产品也有可能会进入供应链。PTI的目的是确保能够比传统方法更快速、更准确地找到受污染农产品的来源。其最大的优势就是能够保证尽快将受污染的农产品从供应链中剔除，从而减少消费者面临的风险。同时，PTI还能够减少潜在的产品召回影响，并以比当前更快的速度帮助供应链恢复正常运行，因此具有大幅降低成本的潜力。

PTI采用全球贸易项目标识代码(GTIN)，可用于识别各个包装层次的交易项目，包括项目、包装箱和货盘。根据当前的最佳实践，品牌所有者会根据产品、子类型、大小、数量、原产地、种植商、包装商等，为每个可能的包装箱类型分配一个14位的GTIN代码。GTIN代码和批号是以人类可读的方式提供的，并以条码的形式印在每个包装箱上。这样，每个后续的处理商都必须能够读取和存储所收到的各个农产品包装箱上的GTIN代码和批号。一旦出现问题，这种方式便能够快速跟踪产品的各个处理步骤，直至产品的来源地。

PTI合规性难题

但农产品产业在PTI合规性方面面临着许多挑战。包装商通常要处理生产线上混合在一起的各种类型的包装。通常情况下，客户都有自己的包装箱设计，包装工厂需要将农产品包装到客户定制的各种包装箱中。包装线上的工人通常使用橡胶戳将产品、子类型、大小和数量等信息印在包装箱侧面。PTI合规性的最大挑战就是，包装商需要快速读取橡胶戳，以识别与包装设计相关的农产品，然后自动生成一个包含所有这些信息的人类可读格式和二维代码格式的标签，并粘贴到包装箱侧面。

Saber Engineering公司开发了一款独立式VR-3000系统，其能够利用先进的机器视觉技术区分各种包装和印章，并且准确率接近完美。VR-3000系统识别并验证集装箱类型、商品和大小等属性，然后将这些信息发送到HarvestMark数据库进行处理。向后、向前跟踪和生产数据均安全地储存在HarvestMark平台上，从而能够在供应链的任何位置提供供应链报告，并启用按需跟踪功能。

识别包装箱设计和印章

Saber Engineering公司的视觉解决方案采用自定义Visual Basic人机界面(HMI)，并集成康耐视VisionPro视觉工具，以识别包装设计和印章。所使用的主要工具是PatMax元件和特征定位工具，其利用先进的几何图案匹配技术可靠而准确地识别和定位图案。

图案匹配有时会非常困难，因为许多可见因素都可能会影响到物品在视觉系统中的呈现方式。传统图案匹配技术依靠像素网格分析流程，通常称为‘归一化相关法’。这种方法寻找物品的灰度模型或基准图像与图像各部分之间的统计学相似性，然后确定物品的X/Y轴位置。尽管这种方法在某些情况下非常有效，但当生产线上出现的物品经常性地发生变化时(如物品角度、尺寸和外形变化等)，这种方法寻找物品的能力及其读取物品的准确性就会受到限制。

然而，PatMax技术采用一系列不依赖于像素网格的边界曲线了解物品的几何形状，然后在图像中寻找相似的形状，这种技术不受特定灰度的限制。因此，不管物品的角度、大小和形状如何变化，这种技术都能够准确地找到物品，物品定位能力真正获得了根本性的改进。“我们尝试了市场上各种常见的图案识别工具，”Saber Engineering公司总裁Dennis Hopkins 说道，“PatMax是最好的，其他工具都相差甚远。”

正确的光源和相机角度也是视觉应用取得成功的一个重要因素，而这对于典型的包装工厂来说也是一个难题。环境光线会随着太阳和云层的位置而变化。而且，包装盒也不可能始终位于生产线上的准确位置，因此，它们离相机的距离可能比预期远，也可能比预期近，并且其朝向也可能会发生变化。在许多情况下，相机必须能够读取包装盒的多个侧面，例如，读取一个侧面上的手工印章，再读取另一个侧面上注明包装类型的图案。

VR-3000使用带120瓦LED频闪灯的以太网相机。“光线非常明亮，而且分布非常均匀，因此可以满足多种包装箱类型的照明需求。”Hopkins说道。该系统主要用于工业环境，配备一个手动曲柄，可提供32英寸的垂直调整范围。该系统通常可接受多达6英寸的对准误差，不会影响准确率。它包含离散型I/O，能够与可编程逻辑控制器(PLC)通信，还有一个以太网输出，可与打印机和HarvestMark系统通信。

学习识别新产品

包装商的生产线上会一直添加各种各样的新包装和印章。VR-3000系统使操作员能够非常方便地培训系统识别新的包装箱设计和印章：只需将一个包装箱放到相机前面，然后按下人机界面(HMI)上的“学习”按钮即可。然后，人机界面上会显示包装箱的图片，而且包装箱上有三个叠加的窗口，表示PatMax检测工具详细检查的区域。操作员调整工具，使其覆盖需要检测的区域。这些通常都是区分包装箱设计和印章的直观设计特征，表明农产品的子类型、尺寸和数量。Saber Engineering和HarvestMark安装新系统时，Saber在安装阶段对VR-3000进行了特别配置，以处理客户现有的所有包装箱和印章，同时由HarvestMark人员进行安装和培训。此外，Saber还为员工提供了有关如何添加额外包装箱和印章的培训，以备将来生产线变化之需。

Sun Pacific最近在其包装生产中启动了一项计划，以遵守PTI规定。该公司同时运行Saber Engineering和另一家供应商的自动化包装箱识别和标签解决方案两个月，以进行效果对比。两种解决方案的用途均是自动识别农产品包装箱上的图片、印章和标记，然后在此基础上确定以每小时3100箱的高速度在生产线上经过的包装盒的GTIN代码(全球贸易项目标识代码)。该解决方案将在包装线的高速度下，自动生成正确的标签，并将其张贴到包装盒上。

在效果对比中，VR-3000系统对客户包装盒和印章的读取率高于99.5%。只有那些印章缺失或受到严重损坏的包装盒无法读取。根据效果对比结果，Sun Pacific一共订购15套VR-3000系统，现已部署并运行于加利福尼亚中部和南部的多个包装厂房。“客户告诉我们，视觉系统的运行效果非常不错。”Hopkins总结道。