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農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)正在轉(zhuǎn)向使用系統(tǒng)化的方式密切跟蹤新鮮農(nóng)產(chǎn)品的來源和去向。這個(gè)過程遇到的一大挑戰(zhàn)就是，包裝上用于提供農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)信息的各種包裝設(shè)計(jì)和手工印章難以自動(dòng)識(shí)別。
Sun Pacific公司是美國最大的柑橘類水果種植商、包裝商和經(jīng)銷商，最近，其在多個(gè)包裝工廠采用了Saber Engineering VR-3000視覺檢測(cè)系統(tǒng)，以實(shí)施HarvestMark產(chǎn)品可追溯性計(jì)劃（PTI）解決方案，從而成功克服了這一挑戰(zhàn)。盡管存在包裝箱位置和朝向各不相同、環(huán)境光線變化以及其他可變因素，但這些視覺檢測(cè)系統(tǒng)利用康耐視強(qiáng)大的PatMax圖案識(shí)別技術(shù)，仍然能夠穩(wěn)定地識(shí)別包裝箱設(shè)計(jì)和手工印章。
保障新鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的安全
美國農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)每年要處理約60億箱農(nóng)產(chǎn)品。極少數(shù)情況下，受染污的農(nóng)產(chǎn)品也有可能會(huì)進(jìn)入供應(yīng)鏈。PTI的目的是確保能夠比傳統(tǒng)方法更快速、更準(zhǔn)確地找到受污染農(nóng)產(chǎn)品的來源。其最大的優(yōu)勢(shì)就是能夠保證盡快將受污染的農(nóng)產(chǎn)品從供應(yīng)鏈中剔除，從而減少消費(fèi)者面臨的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，PTI還能夠減少潛在的產(chǎn)品召回影響，并以比當(dāng)前更快的速度幫助供應(yīng)鏈恢復(fù)正常運(yùn)行，因此具有大幅降低成本的潛力。
PTI采用全球貿(mào)易項(xiàng)目標(biāo)識(shí)代碼（GTIN），可用于識(shí)別各個(gè)包裝層次的交易項(xiàng)目，包括項(xiàng)目、包裝箱和貨盤。根據(jù)當(dāng)前的最佳實(shí)踐，品牌所有者會(huì)根據(jù)產(chǎn)品、子類型、大小、數(shù)量、原產(chǎn)地、種植商、包裝商等，為每個(gè)可能的包裝箱類型分配一個(gè)14位的GTIN代碼。GTIN代碼和批號(hào)是以人類可讀的方式提供的，并以條碼的形式印在每個(gè)包裝箱上。這樣，每個(gè)后續(xù)的處理商都必須能夠讀取和存儲(chǔ)所收到的各個(gè)農(nóng)產(chǎn)品包裝箱上的GTIN代碼和批號(hào)。一旦出現(xiàn)問題，這種方式便能夠快速跟蹤產(chǎn)品的各個(gè)處理步驟，直至產(chǎn)品的來源地。
PTI合規(guī)性難題
但農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)在PTI合規(guī)性方面面臨著許多挑戰(zhàn)。包裝商通常要處理生產(chǎn)線上混合在一起的各種類型的包裝。通常情況下，客戶都有自己的包裝箱設(shè)計(jì)，包裝工廠需要將農(nóng)產(chǎn)品包裝到客戶定制的各種包裝箱中。包裝線上的工人通常使用橡膠戳將產(chǎn)品、子類型、大小和數(shù)量等信息印在包裝箱側(cè)面。PTI合規(guī)性的最大挑戰(zhàn)就是，包裝商需要快速讀取橡膠戳，以識(shí)別與包裝設(shè)計(jì)相關(guān)的農(nóng)產(chǎn)品，然后自動(dòng)生成一個(gè)包含所有這些信息的人類可讀格式和二維代碼格式的標(biāo)簽，并粘貼到包裝箱側(cè)面。
Saber Engineering公司開發(fā)了一款獨(dú)立式VR-3000系統(tǒng)，其能夠利用先進(jìn)的機(jī)器視覺技術(shù)區(qū)分各種包裝和印章，并且準(zhǔn)確率接近完美。VR-3000系統(tǒng)識(shí)別并驗(yàn)證集裝箱類型、商品和大小等屬性，然后將這些信息發(fā)送到HarvestMark數(shù)據(jù)庫進(jìn)行處理。向后、向前跟蹤和生產(chǎn)數(shù)據(jù)均安全地儲(chǔ)存在HarvestMark平臺(tái)上，從而能夠在供應(yīng)鏈的任何位置提供供應(yīng)鏈報(bào)告，并啟用按需跟蹤功能。
識(shí)別包裝箱設(shè)計(jì)和印章
Saber Engineering公司的視覺解決方案采用自定義Visual Basic人機(jī)界面（HMI），并集成康耐視VisionPro視覺工具，以識(shí)別包裝設(shè)計(jì)和印章。所使用的主要工具是PatMax元件和特征定位工具，其利用先進(jìn)的幾何圖案匹配技術(shù)可靠而準(zhǔn)確地識(shí)別和定位圖案。
圖案匹配有時(shí)會(huì)非常困難，因?yàn)樵S多可見因素都可能會(huì)影響到物品在視覺系統(tǒng)中的呈現(xiàn)方式。傳統(tǒng)圖案匹配技術(shù)依靠像素網(wǎng)格分析流程，通常稱為‘歸一化相關(guān)法’。這種方法尋找物品的灰度模型或基準(zhǔn)圖像與圖像各部分之間的統(tǒng)計(jì)學(xué)相似性，然后確定物品的X/Y軸位置。盡管這種方法在某些情況下非常有效，但當(dāng)生產(chǎn)線上出現(xiàn)的物品經(jīng)常性地發(fā)生變化時(shí)（如物品角度、尺寸和外形變化等），這種方法尋找物品的能力及其讀取物品的準(zhǔn)確性就會(huì)受到限制。
然而，PatMax技術(shù)采用一系列不依賴于像素網(wǎng)格的邊界曲線了解物品的幾何形狀，然后在圖像中尋找相似的形狀，這種技術(shù)不受特定灰度的限制。因此，不管物品的角度、大小和形狀如何變化，這種技術(shù)都能夠準(zhǔn)確地找到物品，物品定位能力真正獲得了根本性的改進(jìn)。“我們嘗試了市場(chǎng)上各種常見的圖案識(shí)別工具，”Saber Engineering公司總裁Dennis Hopkins 說道，“PatMax是最好的，其他工具都相差甚遠(yuǎn)。”
正確的光源和相機(jī)角度也是視覺應(yīng)用取得成功的一個(gè)重要因素，而這對(duì)于典型的包裝工廠來說也是一個(gè)難題。環(huán)境光線會(huì)隨著太陽和云層的位置而變化。而且，包裝盒也不可能始終位于生產(chǎn)線上的準(zhǔn)確位置，因此，它們離相機(jī)的距離可能比預(yù)期遠(yuǎn)，也可能比預(yù)期近，并且其朝向也可能會(huì)發(fā)生變化。在許多情況下，相機(jī)必須能夠讀取包裝盒的多個(gè)側(cè)面，例如，讀取一個(gè)側(cè)面上的手工印章，再讀取另一個(gè)側(cè)面上注明包裝類型的圖案。
VR-3000使用帶120瓦LED頻閃燈的以太網(wǎng)相機(jī)。“光線非常明亮，而且分布非常均勻，因此可以滿足多種包裝箱類型的照明需求。”Hopkins說道。該系統(tǒng)主要用于工業(yè)環(huán)境，配備一個(gè)手動(dòng)曲柄，可提供32英寸的垂直調(diào)整范圍。該系統(tǒng)通常可接受多達(dá)6英寸的對(duì)準(zhǔn)誤差，不會(huì)影響準(zhǔn)確率。它包含離散型I/O，能夠與可編程邏輯控制器（PLC）通信，還有一個(gè)以太網(wǎng)輸出，可與打印機(jī)和HarvestMark系統(tǒng)通信。
學(xué)習(xí)識(shí)別新產(chǎn)品
包裝商的生產(chǎn)線上會(huì)一直添加各種各樣的新包裝和印章。VR-3000系統(tǒng)使操作員能夠非常方便地培訓(xùn)系統(tǒng)識(shí)別新的包裝箱設(shè)計(jì)和印章：只需將一個(gè)包裝箱放到相機(jī)前面，然后按下人機(jī)界面（HMI）上的“學(xué)習(xí)”按鈕即可。然后，人機(jī)界面上會(huì)顯示包裝箱的圖片，而且包裝箱上有三個(gè)疊加的窗口，表示PatMax檢測(cè)工具詳細(xì)檢查的區(qū)域。操作員調(diào)整工具，使其覆蓋需要檢測(cè)的區(qū)域。這些通常都是區(qū)分包裝箱設(shè)計(jì)和印章的直觀設(shè)計(jì)特征，表明農(nóng)產(chǎn)品的子類型、尺寸和數(shù)量。Saber Engineering和HarvestMark安裝新系統(tǒng)時(shí)，Saber在安裝階段對(duì)VR-3000進(jìn)行了特別配置，以處理客戶現(xiàn)有的所有包裝箱和印章，同時(shí)由HarvestMark人員進(jìn)行安裝和培訓(xùn)。此外，Saber還為員工提供了有關(guān)如何添加額外包裝箱和印章的培訓(xùn)，以備將來生產(chǎn)線變化之需。
Sun Pacific最近在其包裝生產(chǎn)中啟動(dòng)了一項(xiàng)計(jì)劃，以遵守PTI規(guī)定。該公司同時(shí)運(yùn)行Saber Engineering和另一家供應(yīng)商的自動(dòng)化包裝箱識(shí)別和標(biāo)簽解決方案兩個(gè)月，以進(jìn)行效果對(duì)比。兩種解決方案的用途均是自動(dòng)識(shí)別農(nóng)產(chǎn)品包裝箱上的圖片、印章和標(biāo)記，然后在此基礎(chǔ)上確定以每小時(shí)3100箱的高速度在生產(chǎn)線上經(jīng)過的包裝盒的GTIN代碼（全球貿(mào)易項(xiàng)目標(biāo)識(shí)代碼）。該解決方案將在包裝線的高速度下，自動(dòng)生成正確的標(biāo)簽，并將其張貼到包裝盒上。
在效果對(duì)比中，VR-3000系統(tǒng)對(duì)客戶包裝盒和印章的讀取率高于99.5%。只有那些印章缺失或受到嚴(yán)重?fù)p壞的包裝盒無法讀取。根據(jù)效果對(duì)比結(jié)果，Sun Pacific一共訂購15套VR-3000系統(tǒng)，現(xiàn)已部署并運(yùn)行于加利福尼亞中部和南部的多個(gè)包裝廠房。“客戶告訴我們，視覺系統(tǒng)的運(yùn)行效果非常不錯(cuò)。”Hopkins總結(jié)道。
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