艾正茂，譚鶴群，2，萬鵬

1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江中下游農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070；2.長江經(jīng)濟(jì)帶大宗水生生物產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展教育部工程研究中心，武漢 430070

日本鯖（Scomber japonicus）在中國海洋漁業(yè)中占有相當(dāng)重要的位置，為海洋中上層的主要經(jīng)濟(jì)魚類之一。1990 年后，我國日本鯖年產(chǎn)量基本維持在30 萬t 左右［1］，日本鯖加工機(jī)械化裝備特別是前處理加工裝備的需求十分迫切。魚體定向整理是前處理加工的重要工序［2］，目前此工序主要由人工完成，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低等缺陷，在一定程度上制約了魚體自動(dòng)化加工的發(fā)展。因此，研究魚體定向整理方法和自動(dòng)化裝備具有重要意義。

魚體定向整理包括魚體頭尾定向整理和魚體腹背定向整理兩部分，其目的是使魚體在輸送過程中通過整理使其頭尾和腹背朝向特定的方向，以便利后續(xù)去鱗、剖切、去內(nèi)臟等前處理加工工序的執(zhí)行。魚體的機(jī)械化頭尾定向整理主要依據(jù)魚體頭尾厚度、重心位置、魚鱗排列方向的差異來實(shí)現(xiàn)［3］。例如，徐頌波等［4］根據(jù)魚體頭部朝前和魚體尾部朝前兩種不同姿態(tài)接觸壓輪時(shí)產(chǎn)生的不同彎曲形變量來完成魚體頭尾的判斷工作。Webster 等［5］利用魚體重心靠近頭部的原理，將魚放置在旋流中，最后魚體保持頭部一致向外排出。萬鵬等［6］利用魚體在摩擦帶上的順鱗和逆鱗摩擦系數(shù)的差異，通過往復(fù)振動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)魚體沿其逆鱗方向輸出。Pegoraro 等［7］利用魚體頭尾部分在輸送帶垂直方向上的高度差異，布置傳感器檢測輸送帶上魚體的頭尾朝向，結(jié)合相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)魚體頭尾定向。魚體的機(jī)械化腹背定向整理，主要依據(jù)魚體腹背形狀、腹背重心位置的差異來實(shí)現(xiàn)。Leander［8］設(shè)計(jì)了一種魚體腹背定向系統(tǒng)，利用腹背判斷機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)共同作用實(shí)現(xiàn)魚體腹背定向。萬鵬等［9］依據(jù)魚體的腹部與背部重心不在同一水平的特點(diǎn)，利用對輥裝置施加扭矩實(shí)現(xiàn)魚體的腹背定向。高星星等［10］利用漸變滑道對魚體腹背同時(shí)施加擠壓力，促使魚體向背部翻轉(zhuǎn)從而達(dá)到腹背定向的目的。綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者針對魚體定向整理方法進(jìn)行了較多研究并設(shè)計(jì)了一些裝置，但大多數(shù)裝置基本依靠純機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，工作環(huán)境嘈雜，效率較低，設(shè)備運(yùn)行成本高且只能用于固定的處理對象，普適性不強(qiáng)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，圖像處理和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)應(yīng)用逐漸成熟［11-13］。其中，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為圖像分類算法的重要方法之一，具有識(shí)別精度高、檢測速度快等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)駕駛、農(nóng)產(chǎn)品檢測、醫(yī)療判斷、工業(yè)檢查等領(lǐng)域［14-18］。其在魚的目標(biāo)檢測及種類識(shí)別等方面也有很好的應(yīng)用。吳建輝等［19］采用鄰域邊界算法對魚體的輪廓進(jìn)行提取，再利用魚體背部彎曲潛能算法，對4 種主要淡水魚的識(shí)別精度達(dá)到96%以上。顧?quán)嵠降龋?0］利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取魚體圖像特征，再結(jié)合SVM 算法形成混合分類模型，在F4K 數(shù)據(jù)集上取得了98.6%的準(zhǔn)確率。李均鵬等［21］基于InceptionV3 網(wǎng)絡(luò)模型，使用遷移學(xué)習(xí)的方法在特征提取器后接入Average Pooling 層和SoftMax 分類層，新的訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)對復(fù)雜場景海洋魚類識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到97.4%，比單純InceptionV3 網(wǎng)絡(luò)模型的識(shí)別準(zhǔn)確率提高了29.8%。丁順榮等［22］基于多特征相結(jié)合及粒子群優(yōu)化SVM 的魚類分類方法，在實(shí)際采集的數(shù)據(jù)集上的準(zhǔn)確率達(dá)到94.7%。陳英義等［23］基于改進(jìn)VGG16 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的魚類識(shí)別方法，針對魚類目標(biāo)很小、背景干擾很強(qiáng)的圖像，平均準(zhǔn)確率能達(dá)到97.66%。

目前機(jī)器視覺技術(shù)在魚體的定向整理上的應(yīng)用還僅停留在魚的種類識(shí)別階段，還未對相關(guān)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制模塊進(jìn)行研究。本研究針對上述魚體定向整理裝置存在的問題，以圖像處理和深度學(xué)習(xí)算法為核心設(shè)計(jì)了一種魚體自動(dòng)定向整理的裝置，并進(jìn)行了樣機(jī)試驗(yàn)，以期為魚體智能化定向整理裝置的設(shè)計(jì)提供參考。

1 材料與方法

1.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理

1）整體結(jié)構(gòu)。本研究設(shè)計(jì)的基于深度學(xué)習(xí)和圖像處理的日本鯖頭尾及腹背定向裝置整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。整機(jī)主要由一級輸送帶、擋板、二級輸送帶、圖像采集及處理系統(tǒng)、單片機(jī)控制系統(tǒng)、氣缸推桿裝置、W 型滑槽裝置等組成。一級輸送帶和擋板等組成魚體分離裝置，其功能是將落入一級輸送帶時(shí)呈堆疊狀態(tài)的魚體分隔開來，使其保持逐條向前輸送的狀態(tài)進(jìn)入二級輸送帶。兩級輸送帶之間的速度差可使魚體間距增大，便于后續(xù)的定向處理。圖像采集及處理系統(tǒng)的作用是當(dāng)魚體經(jīng)過相機(jī)下方時(shí)采集圖像發(fā)送至上位機(jī)儲(chǔ)存并處理。單片機(jī)控制系統(tǒng)完成與上位機(jī)信號通訊，并控制對應(yīng)的執(zhí)行元件。氣缸推桿機(jī)構(gòu)由3 個(gè)氣缸組成，其中1 號氣缸的功能是將尾部朝前的魚體推出剔除以完成魚體的頭尾篩分，2 號氣缸和3 號氣缸的功能是將魚體推至相應(yīng)限位板邊緣。

圖1 魚體定向裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the structure of the fish orientation device

2）工作原理。裝置的工作流程為：輸送帶穩(wěn)定運(yùn)行后，打開PC 端的處理軟件，接通Arduino 控制板。將魚送入喂料槽，經(jīng)一級輸送帶上的魚體分離裝置調(diào)整后，魚體逐條分離并保持平行于輸送帶的姿態(tài)進(jìn)入二級輸送帶，當(dāng)魚體觸發(fā)光電傳感器時(shí)，圖像采集系統(tǒng)拍攝魚體圖片并輸送至PC 端的處理軟件完成魚體的頭尾及腹背朝向的識(shí)別。以輸送帶前進(jìn)方向朝右為基準(zhǔn)，從俯視的角度，魚體平躺在輸送帶上，其姿態(tài)包括如下4種情況：頭部朝前背部朝上、頭部朝前腹部朝上、尾部朝前背部朝上以及尾部朝前腹部朝上。Arduino 控制板通過串口協(xié)議控制對應(yīng)引腳的氣缸推桿，當(dāng)魚體頭部朝前時(shí)，1 號氣缸推桿不動(dòng)作；當(dāng)魚體尾部朝前時(shí)，氣缸推桿將其推出剔除，確保魚體頭部朝向與輸送帶前進(jìn)方向一致，以完成魚體頭尾定向。當(dāng)魚體腹部朝上時(shí)，2 號氣缸推桿動(dòng)作將其推至上限位板邊緣；當(dāng)魚體背部向上時(shí)，3號氣缸推桿動(dòng)作將其推至下限位板邊緣，最后魚體在慣性作用下離開輸送帶進(jìn)入W 型滑槽完成腹背定向。

1.2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

1）魚體分離裝置。魚體分離裝置如圖2所示，其主要由限位板、擋板、絲桿、伺服電機(jī)、機(jī)架、草坪紋輸送帶等組成。其中，限位板間寬度約為魚體的寬度，擋板的下表面距離輸送帶的高度約為魚體的厚度。通過草坪紋輸送帶對魚體的摩擦力以及隔離擋板的阻力作用，可以保證落入輸送帶堆疊的魚體逐條分離，便于后續(xù)的魚體定向處理。

圖2 魚體分離裝置Fig.2 Fish separating device

2）圖像采集裝置。圖像采集裝置由輸送帶、光源、工業(yè)相機(jī)組成，如圖3 所示。選用UI-2210RE-CHQ 型面陣工業(yè)相機(jī)（IDS 公司，最高分辨率為600×480，幀率為75FPS）、配套鏡頭（IDS 公司，C 口，光圈范圍F1.4-F1.6），LED 條形光源，照明方式選擇暗場漫射照明。

圖3 圖像采集裝置Fig.3 Image acquisition device

3）腹背定向裝置。腹背定向裝置結(jié)構(gòu)如圖4 所示，主要由支撐機(jī)架和W 型滑槽組成?；鄄捎谜w流型設(shè)計(jì)，形狀近似為對稱的梯形。裝置整體寬度和輸送帶寬度相等，約為350 mm，斜面寬度略大于魚體寬度，傾角約為60°，槽底部寬度和深度略大于魚體的厚度和寬度。裝置位于輸送帶末端，魚體在慣性作用下落入斜面，滑入梯形槽中完成腹背定向。

圖4 腹背定向裝置Fig.4 Ventral-dorsal orientation device

4）控制裝置?？刂蒲b置硬件選型如表1 所示?？刂葡到y(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)對圖像采集、氣缸推桿裝置動(dòng)作等過程的控制，硬件連接圖如圖5所示。魚體到達(dá)拍照區(qū)域，觸發(fā)光電傳感器，控制裝置通過程序控制攝像頭對魚體姿態(tài)進(jìn)行圖像采集，PC 端通過魚體頭尾朝向識(shí)別算法和魚體腹背朝向識(shí)別算法對魚體姿態(tài)進(jìn)行判斷，判斷結(jié)果通過RS-485電纜輸出給Arduino控制器。當(dāng)魚體尾部朝前時(shí)，單片機(jī)引腳輸出高電平使繼電器得電，電磁閥動(dòng)作控制氣缸推桿動(dòng)作，將魚推出剔除；當(dāng)魚體頭部朝前，則繼續(xù)向前運(yùn)輸，以保證在對應(yīng)生產(chǎn)線上魚體姿態(tài)始終為頭部朝前，實(shí)現(xiàn)頭尾定向。隨后利用魚體腹背判斷結(jié)果，控制氣缸推桿將魚體推至限位板邊緣，使魚體腹部靠邊，最后魚體在慣性作用下滑入腹背定向裝置完成腹背定向。

圖5 控制系統(tǒng)硬件連接圖Fig.5 Hardware connection diagram of the control system

表1 控制器硬件選型與參數(shù)Table1 Hardware selection and parameters

1.3 基于機(jī)器視覺的魚體頭尾及腹背識(shí)別

1）圖像采集與處理。采集日本鯖4 種不同姿態(tài)下魚體圖像，如圖6A-D 所示，每種姿態(tài)各500 張，共2 000張。圖像分辨率為448像素×224像素，圖片格式為.png。為提高模型的泛化能力，對圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行預(yù)處理，調(diào)用Tensorflow2 算法工具庫對圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)增強(qiáng)，其中主要包括對魚體圖像進(jìn)行添加噪聲、角度旋轉(zhuǎn)、變換亮度和對比度等處理，經(jīng)數(shù)據(jù)增強(qiáng)后共得到3 000 張圖片。為對魚體頭尾姿態(tài)進(jìn)行識(shí)別，其實(shí)質(zhì)是對魚體頭部朝前或尾部朝前的圖像進(jìn)行分類，因此，將每張圖片分割為224 像素×224像素的2張圖片，如圖6E-F所示。其中“頭部”和“尾部”圖片各3 000 張，共6 000 張。最后將數(shù)據(jù)集按照6∶2∶2比例分為訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測試集。制作后的數(shù)據(jù)集如表2所示。

表2 魚體姿態(tài)數(shù)據(jù)集Table 2 Fish posture data set

圖6 魚體圖像采集Fig.6 Fish image capture

2）基于Resnet-18的魚體頭尾朝向識(shí)別。相較于傳統(tǒng)的其他分類網(wǎng)絡(luò)，Resnet 通過引入殘差模塊解決了網(wǎng)絡(luò)加深導(dǎo)致特征丟失，進(jìn)而引起的梯度彌散或梯度爆炸等問題［24］，其模型的復(fù)雜度降低，所需參數(shù)量也大幅下降，模型更易訓(xùn)練且泛化性更強(qiáng)?？紤]到設(shè)備后續(xù)的工程化應(yīng)用，該網(wǎng)絡(luò)模型未來可用于嵌入式設(shè)備。因此，本研究選取殘差網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中含參數(shù)量較少的Resnet-18輕量網(wǎng)絡(luò)作為魚體頭部和尾部的分類模型，以利于在維持高準(zhǔn)確率的同時(shí)提升分類及檢測速度。本研究使用224像素×224像素魚體圖片作為Resnet-18模型輸入。首先對圖片進(jìn)行卷積，卷積核大小為7×7，卷積核個(gè)數(shù)為64，激活函數(shù)為ReLU，步長為2。經(jīng)池化后得到的56×56×64特征圖輸入到一系列的殘差單元塊中，其中包括8個(gè)3×3 的殘差塊，卷積核的數(shù)量分別為64、128、256、512，得到大小為7×7×512 的特征圖。再通過全局平均池化使特征變?yōu)橐痪S特征。輸出特征矩陣變?yōu)?×1×512，然后輸入到全連接層Fc，最后由Softmax分類器輸出2個(gè)類別的對應(yīng)概率值，從而給出種類識(shí)別結(jié)果。

Resnet-18在制作的魚體頭尾朝向分類數(shù)據(jù)集上進(jìn)行訓(xùn)練。上位機(jī)軟件運(yùn)行環(huán)境為：基于Python3 編程語言的Tensorflow2 深度學(xué)習(xí)框架，操作系統(tǒng)為Windows10 64 位專業(yè)版，CPU 為AMD Ryzen R5 1400，GPU 為內(nèi)存4GB 的NVIDIA 顯卡（GTX1050 Ti），基礎(chǔ)環(huán)境配置為Anaconda3、PyCharm。在模型訓(xùn)練過程中選擇Adam 優(yōu)化器對模型進(jìn)行優(yōu)化，初始學(xué)習(xí)率設(shè)為0.001，動(dòng)量為0.9，權(quán)重衰減為0.000 1，批大小為16，迭代次數(shù)為50。訓(xùn)練結(jié)果如圖7 所示。訓(xùn)練后的模型在驗(yàn)證集的識(shí)別準(zhǔn)確率為99.5%。

圖7 Resnet-18損失值和準(zhǔn)確率曲線Fig.7 Resnet-18 loss value and accuracy curve

3）基于圖像處理的魚體腹背朝向識(shí)別。針對日本鯖樣本明顯的腹背顏色差異，本研究通過圖像處理的方式分割采集圖像中的魚體區(qū)域，對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，分別提取魚體腹部和背部的顏色特征值，比較其灰度值大小從而判斷魚體腹背方向。魚體腹背朝向沿輸送帶前進(jìn)方向分別為魚體背部朝上和魚體腹部朝上2 種。此處以腹部朝上的魚體為例（圖8A），其處理過程如圖8所示。

對圖像進(jìn)行灰度化處理，對于像素點(diǎn)中的3個(gè)顏色分量值R、G、B，采用加權(quán)平均的灰度化公式（式1）計(jì)算出該點(diǎn)的灰度值代替原始的像素值，得到該圖像的灰度圖。

式（1）中，Gray 為灰度值，R、G、B分別為各顏色分量值。

為解決實(shí)際生產(chǎn)加工中輸送帶上水污漬對準(zhǔn)確分割圖像中的目標(biāo)區(qū)域造成的影響，須對圖像進(jìn)行濾波降噪。根據(jù)濾波公式（式2），采用不同的濾波器g(x，y)可實(shí)現(xiàn)不同的濾波效果。經(jīng)過圖像預(yù)處理，當(dāng)使用5×5卷積核的高斯濾波時(shí)，其降噪效果較好，如圖8B所示。

式（2）中，f（x，y）為點(diǎn)（x，y）原像素值，g（x，y）為濾波器，n、m為卷積核長寬，N、M為圖片長寬的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)。

以Sobel 算子（Sobel operator）［25］計(jì)算x，y方向上的梯度后，在x方向上減去y方向上的梯度，留下具有高水平梯度和低垂直梯度的圖像區(qū)域，如圖8C所示。

在數(shù)字圖像處理中，二值圖像占有非常重要的地位。調(diào)用OpenCV 庫函數(shù)中全局二值化的方法對每幅圖像計(jì)算單一的閾值。其計(jì)算公式（式3）如下。

式（3）中，dst（x，y）為點(diǎn)（x，y）二值化后的像素值，maxval為最大像素值，src（x，y）為點(diǎn)（x，y）原始像素值，thresh 為分割閾值。當(dāng)灰度級大于閾值時(shí)，像素置為255，否則置為0。經(jīng)過圖像預(yù)處理發(fā)現(xiàn)，分割閾值的大小會(huì)影響目標(biāo)區(qū)域分割框的大小，當(dāng)分割閾值（thresh）大小取15時(shí)，在完整保留魚體腹部和背部信息的同時(shí)，分割邊界與魚體上下邊緣最為接近，利于后續(xù)較準(zhǔn)確獲取魚體腹部與背部像素值，效果較好，如圖8D所示。

為更好尋找圖像邊緣，通過圖像形態(tài)學(xué)處理（包括膨脹、腐蝕、開運(yùn)算和閉運(yùn)算）填補(bǔ)圖像內(nèi)部空缺，去除外部多余的雜點(diǎn)。本研究選取ELLIPSE 卷積核［26］，首先對圖像進(jìn)行閉運(yùn)算操作并在此基礎(chǔ)上依次執(zhí)行4 次形態(tài)學(xué)腐蝕與膨脹，效果如圖8E 所示。調(diào)用OpenCV 庫函數(shù)分割目標(biāo)區(qū)域，截取采樣框的最小外接矩形，如圖8F 所示。根據(jù)外接矩形的4 個(gè)點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)截取目標(biāo)區(qū)域如圖8G所示。

圖8 圖像處理流程圖Fig.8 Image processing flow chart

為驗(yàn)證此方法的準(zhǔn)確性，從上述采集圖片中隨機(jī)選擇30 張圖片提取魚體腹部與背部的灰度平均值，結(jié)果如圖9 所示。由圖9 可知，在隨機(jī)選擇的30張魚體圖片中，圖像處理算法所提取的腹部灰度值均大于背部灰度值，即此方法判斷準(zhǔn)確率為100%。

圖9 魚體腹背灰度值對比圖Fig.9 Comparison of gray values on the ventral and dorsal sides of the fish

1.4 樣機(jī)試驗(yàn)

1）試驗(yàn)材料與設(shè)備。為驗(yàn)證基于深度學(xué)習(xí)與圖像處理技術(shù)的日本鯖頭尾及腹背定向整理裝置的作業(yè)效果，于2021 年7 月在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工科基地實(shí)驗(yàn)室開展了樣機(jī)試驗(yàn)。以網(wǎng)上購買的30條冷凍日本鯖作為試驗(yàn)材料，質(zhì)量為498.2～593.4 g、長度分布在36.9～40.3 cm、寬度分布在6.78～7.32 cm、厚度分布在4.67～5.26 cm。為避免魚體表面附著的冰晶以及魚體僵硬造成形變過大對試驗(yàn)的影響，試驗(yàn)前將冷凍日本鯖置于0～4 ℃水中解凍30 min，用干毛巾擦拭后備用。

2）試驗(yàn)方法與評價(jià)指標(biāo)。將調(diào)整后魚體頭部向前，背部向上的姿態(tài)定義為定向整理成功。啟動(dòng)試驗(yàn)裝置，魚體定向整理成功的數(shù)量通過試驗(yàn)觀察統(tǒng)計(jì)得到，魚體定向整理成功率計(jì)算公式如下（式4）。

式（4）中，S1為魚體定向整理成功率，%；N0為試驗(yàn)魚體總尾數(shù)；N1為魚體定向整理成功的尾數(shù)。

識(shí)別成功率指魚體頭尾和腹背朝向識(shí)別準(zhǔn)確的概率，計(jì)算公式如下（式5）。

式（5）中，S2為魚體姿態(tài)識(shí)別成功率，%；N2為魚體姿態(tài)識(shí)別正確的尾數(shù)。

算法識(shí)別時(shí)間為采集圖像到魚體頭尾及腹背識(shí)別完成所需的時(shí)間；整理時(shí)間為圖像采集完成到魚體定向排列完成所需要的總時(shí)間，包括圖像采集時(shí)間、算法識(shí)別時(shí)間和控制板驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)所需要的時(shí)間。

2 結(jié)果與分析

試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。由表3 可知，魚體頭尾朝向的識(shí)別成功率93.3%，魚體腹背朝向的識(shí)別成功率100.0%，魚體頭尾及腹背定向整理的總成功率為93.3%。即當(dāng)網(wǎng)絡(luò)模型能準(zhǔn)確識(shí)別魚體姿態(tài)時(shí)，調(diào)整機(jī)構(gòu)能依照指令實(shí)現(xiàn)定向整理的功能。算法識(shí)別時(shí)間的均值為0.038 s，調(diào)整時(shí)間的均值為3.725 s，其中，魚體頭部朝前時(shí)的調(diào)整時(shí)間均值為3.48 s，魚體尾部朝前時(shí)的調(diào)整時(shí)間均值為3.97 s。魚體頭部朝前和魚體尾部朝前時(shí)的調(diào)整時(shí)間相差較大，這是因?yàn)樾枰獙⑽膊砍暗聂~體通過氣缸推出剔除，而頭部朝前的魚體則直接進(jìn)入后續(xù)的腹背調(diào)整裝置，因此尾部朝前時(shí)的調(diào)整時(shí)間比頭部朝前的長。

表3 魚體頭尾定向試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of fish head-to-tail orientation tests

3 討 論

本研究基于實(shí)際生產(chǎn)加工喂料方式設(shè)計(jì)了一種簡易的魚體分離裝置，利用草坪紋輸送帶對魚體表面的摩擦作用，在擋板的作用下實(shí)現(xiàn)魚體的逐條分離。依據(jù)魚體在輸送帶上向前運(yùn)輸時(shí)存在頭部朝前和尾部朝前2種狀態(tài)，將完整的魚體圖片分為“頭部”和“尾部”構(gòu)建數(shù)據(jù)集，Resnet-18 網(wǎng)絡(luò)模型在該數(shù)據(jù)集上的準(zhǔn)確率達(dá)到了99.50%。針對日本鯖腹背顏色差異明顯的特點(diǎn)，通過網(wǎng)格劃分經(jīng)圖像處理得到的魚體區(qū)域后，比較魚體腹背各取3 個(gè)點(diǎn)的灰度平均值，可以有效判斷魚體腹背朝向，成功率達(dá)到100%。通過樣機(jī)進(jìn)行魚體頭尾及腹背定整理試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，魚體定向整理成功率為93.3%，算法的判斷時(shí)間為0.038 s，平均每尾魚的定向整理時(shí)間為3.725 s，理論上魚體定向整理的效率可達(dá)到15～16尾/min。該裝置運(yùn)用機(jī)器視覺技術(shù)，通過傳統(tǒng)圖像處理和深度學(xué)習(xí)方法，識(shí)別魚體在生產(chǎn)線上的姿態(tài)信息，應(yīng)用Arduino 控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)魚體的頭尾及腹背定向整理。對比于國內(nèi)外同類設(shè)備，所采用的基于機(jī)器視覺的裝置設(shè)計(jì)能極大簡化純機(jī)械裝置的復(fù)雜度，降低了使用及維護(hù)成本，優(yōu)化工作環(huán)境。同時(shí)本裝置采用Arduino 控制板作為核心控制器，成本低，操作簡單，易于維護(hù)。目前，本研究僅以日本鯖為試驗(yàn)對象，針對復(fù)雜多樣的魚體種類，此方法存在一定局限性，后續(xù)還可以就不同顏色和外形的魚體進(jìn)一步研究。