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• 關鍵詞： 機器視覺 包裝 PTI
• 摘要：農產品產業正在轉向使用系統化的方式密切跟蹤新鮮農產品的來源和去向。這個過程遇到的一大挑戰就是，包裝上用于提供農產品相關信息的各種包裝設計和手工印章難以自動識別。本文介紹Saber Engineering VR-3000視覺檢測系統，利用這一系統實施HarvestMark產品可追溯性計劃（PTI）解決方案，從而成功克服了這一挑戰。

農產品產業正在轉向使用系統化的方式密切跟蹤新鮮農產品的來源和去向。這個過程遇到的一大挑戰就是，包裝上用于提供農產品相關信息的各種包裝設計和手工印章難以自動識別。

Sun Pacific公司是美國最大的柑橘類水果種植商、包裝商和經銷商，最近，其在多個包裝工廠采用了Saber Engineering VR-3000視覺檢測系統，以實施HarvestMark產品可追溯性計劃（PTI）解決方案，從而成功克服了這一挑戰。盡管存在包裝箱位置和朝向各不相同、環境光線變化以及其他可變因素，但這些視覺檢測系統利用康耐視強大的PatMax圖案識別技術，仍然能夠穩定地識別包裝箱設計和手工印章。

保障新鮮農產品供應鏈的安全

美國農產品產業每年要處理約60億箱農產品。極少數情況下，受染污的農產品也有可能會進入供應鏈。PTI的目的是確保能夠比傳統方法更快速、更準確地找到受污染農產品的來源。其最大的優勢就是能夠保證盡快將受污染的農產品從供應鏈中剔除，從而減少消費者面臨的風險。同時，PTI還能夠減少潛在的產品召回影響，并以比當前更快的速度幫助供應鏈恢復正常運行，因此具有大幅降低成本的潛力。

PTI采用全球貿易項目標識代碼（GTIN），可用于識別各個包裝層次的交易項目，包括項目、包裝箱和貨盤。根據當前的最佳實踐，品牌所有者會根據產品、子類型、大小、數量、原產地、種植商、包裝商等，為每個可能的包裝箱類型分配一個14位的GTIN代碼。GTIN代碼和批號是以人類可讀的方式提供的，并以條碼的形式印在每個包裝箱上。這樣，每個后續的處理商都必須能夠讀取和存儲所收到的各個農產品包裝箱上的GTIN代碼和批號。一旦出現問題，這種方式便能夠快速跟蹤產品的各個處理步驟，直至產品的來源地。

PTI合規性難題

但農產品產業在PTI合規性方面面臨著許多挑戰。包裝商通常要處理生產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計，包裝工廠需要將農產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品、子類型、大小和數量等信息印在包裝箱側面。PTI合規性的最大挑戰就是，包裝商需要快速讀取橡膠戳，以識別與包裝設計相關的農產品，然后自動生成一個包含所有這些信息的人類可讀格式和二維代碼格式的標簽，并粘貼到包裝箱側面。

Saber Engineering公司開發了一款獨立式VR-3000系統，其能夠利用先進的機器視覺技術區分各種包裝和印章，并且準確率接近完美。VR-3000系統識別并驗證集裝箱類型、商品和大小等屬性，然后將這些信息發送到HarvestMark數據庫進行處理。向后、向前跟蹤和生產數據均安全地儲存在HarvestMark平臺上，從而能夠在供應鏈的任何位置提供供應鏈報告，并啟用按需跟蹤功能。

識別包裝箱設計和印章

Saber Engineering公司的視覺解決方案采用自定義Visual Basic人機界面（HMI），并集成康耐視VisionPro視覺工具，以識別包裝設計和印章。所使用的主要工具是PatMax元件和特征定位工具，其利用先進的幾何圖案匹配技術可靠而準確地識別和定位圖案。

圖案匹配有時會非常困難，因為許多可見因素都可能會影響到物品在視覺系統中的呈現方式。傳統圖案匹配技術依靠像素網格分析流程，通常稱為‘歸一化相關法’。這種方法尋找物品的灰度模型或基準圖像與圖像各部分之間的統計學相似性，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，但當生產線上出現的物品經常性地發生變化時（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確性就會受到限制。

然而，PatMax技術采用一系列不依賴于像素網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，這種技術都能夠準確地找到物品，物品定位能力真正獲得了根本性的改進。“我們嘗試了市場上各種常見的圖案識別工具，”Saber Engineering公司總裁Dennis Hopkins 說道，“PatMax是最好的，其他工具都相差甚遠。”

正確的光源和相機角度也是視覺應用取得成功的一個重要因素，而這對于典型的包裝工廠來說也是一個難題。環境光線會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線上的準確位置，因此，它們離相機的距離可能比預期遠，也可能比預期近，并且其朝向也可能會發生變化。在許多情況下，相機必須能夠讀取包裝盒的多個側面，例如，讀取一個側面上的手工印章，再讀取另一個側面上注明包裝類型的圖案。

VR-3000使用帶120瓦LED頻閃燈的以太網相機。“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。該系統主要用于工業環境，配備一個手動曲柄，可提供32英寸的垂直調整范圍。該系統通常可接受多達6英寸的對準誤差，不會影響準確率。它包含離散型I/O，能夠與可編程邏輯控制器（PLC）通信，還有一個以太網輸出，可與打印機和HarvestMark系統通信。

學習識別新產品

包裝商的生產線上會一直添加各種各樣的新包裝和印章。VR-3000系統使操作員能夠非常方便地培訓系統識別新的包裝箱設計和印章：只需將一個包裝箱放到相機前面，然后按下人機界面（HMI）上的“學習”按鈕即可。然后，人機界面上會顯示包裝箱的圖片，而且包裝箱上有三個疊加的窗口，表示PatMax檢測工具詳細檢查的區域。操作員調整工具，使其覆蓋需要檢測的區域。這些通常都是區分包裝箱設計和印章的直觀設計特征，表明農產品的子類型、尺寸和數量。Saber Engineering和HarvestMark安裝新系統時，Saber在安裝階段對VR-3000進行了特別配置，以處理客戶現有的所有包裝箱和印章，同時由HarvestMark人員進行安裝和培訓。此外，Saber還為員工提供了有關如何添加額外包裝箱和印章的培訓，以備將來生產線變化之需。

Sun Pacific最近在其包裝生產中啟動了一項計劃，以遵守PTI規定。該公司同時運行Saber Engineering和另一家供應商的自動化包裝箱識別和標簽解決方案兩個月，以進行效果對比。兩種解決方案的用途均是自動識別農產品包裝箱上的圖片、印章和標記，然后在此基礎上確定以每小時3100箱的高速度在生產線上經過的包裝盒的GTIN代碼（全球貿易項目標識代碼）。該解決方案將在包裝線的高速度下，自動生成正確的標簽，并將其張貼到包裝盒上。

在效果對比中，VR-3000系統對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重損壞的包裝盒無法讀取。根據效果對比結果，Sun Pacific一共訂購15套VR-3000系統，現已部署并運行于加利福尼亞中部和南部的多個包裝廠房。“客戶告訴我們，視覺系統的運行效果非常不錯。”Hopkins總結道。