农产品产业正在转向使用系统化的方式紧密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关于农产品信息的各种包装设计和手工印章难以自动识别。Sun Pacific，美国最大的柑橘类水果种植商、包装商和经销商，最近在其多个包装工厂中使用了 Saber Engineering VR-3000 视觉检测系统以实施 HarvestMark 产品跟踪项目 (PTI) 解决方案。这些视觉检测系统利用 Cognex PatMax® 模式识别技术能够稳定地识别包装箱设计和各种包装箱位置和朝向、不同环境光线和其他变量下的手工印章。

保护新鲜农产品供应链

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会进入供应链。PTI 比传统方法可更快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从供应链中去除受污染的农产品，从而减少消费者面临的风险。PTI 还能够减少潜在的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能。

PTI 使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、包装箱和货板。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、来源地、种植商、包装商等为每个可能的包装箱类型分配一个 14 位 GTIN。GTIN 和批号是以人类可读的方式提供的，并以条形码的形式印在每个包装箱上。这样每个后续的处理商都需要能够读取和存储收到的各个农产品包装箱上的 GTIN 和批号。出现问题时，这种方式便能够快速跟踪产品的各个处理步骤，直到来源地。

PTI 合规性难题

但农产品产业在 PTI 合规方面面临着挑战。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。通常客户都有自己的包装箱设计，而农产品将在包装工厂包装为各种不同的客户包装箱。包装线上的工人通常使用橡胶戳将产品、子类型、大小和数量等印在包装箱侧面。PTI 合规性的最大挑战就是包装商需要自动读取橡胶戳并识别与包装设计相关的农产品，然后自动生成包含所有这些信息的人类可读格式和 2D 条码格式的标签并粘贴到包装箱侧面。

Saber Engineering 开发了独立的 VR-3000 系统，能够利用先进的机器视频技术区分各种包装和印章并有接近完美的准确率。VR-3000 识别并验证集装箱类型、商品和大小等类型的属性，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。

识别包装箱设计和印章

Saber Engineering 使用集成 Cognex VisionPro® 视觉工具的定制 Visual Basic 人机界面识别包装设计和印章。使用的主要工具是 PatMax 零件和特征定位工具，它使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，因为许多变量都能影响到物体在视觉系统中的显示方式。传统图案匹配技术以通常被称作正规化相关性的像素网格分析流程为基础。这种方法寻找某物体的灰度级别或基准图像与图像各部分之间的统计学相似性，然后确定物体的 X/Y 位置。这种方法尽管在某些情况下非常有效，但当生产线的外观经常性地发生变化时（如物体角度、尺寸和外形变化），寻找物体的能力及其准确性就会受到限制。

另外 PatMax 技术采用一系列不依赖于像素网格的边界曲线获取物体的几何形状，然后在图像中寻找相似的形状，这种技术不受特定灰度级别的限制。这样，不管物体角度、大小和形状如何变化都能准确地找到该物体，使得这种方法的工作能力得到根本性的提高。“我们尝试了各种常见的图案识别工具。”Saber Engineering 总裁 Dennis Hopkins 说，“PatMax 是最好的，其他的都相差甚远。”

正确的照明和相机角度也是视觉应用成功的重要因素，而这对于典型的包装工厂也是个难题。环境光线会随着太阳和云影而变化。包装盒不会位于生产线上的准确位置，所以它们离相机的距离可能比预期远也可能近，且其朝向也会发生变化。在许多情况下相机需要读取包装盒的多个侧面，例如读取一面的手工印章，再读取另一面表示包装类型的图案。在这种情况下，相机需要以一定的角度朝向包装盒，然后才能读取多个侧面。

VR-3000 使用带 120 瓦 LED 闪光灯的网络摄像头。“灯非常亮而且分布非常好，可以适应多种包装箱类型。”Hopkins 说。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。该系统通常可接受 6 英寸的对准误差而不会影响准确率。它有一个独立的 I/O 可以与可编程逻辑控制器 (PLC) 通信，以及一个能与打印机和 HarvestMark 系统通信的网络输出口。

学习识别新产品

包装商的生产线上一直有各种各样的新包装和印章。VR-3000 使操作员能够非常方便地训练系统识别新包装箱设计和印章：只需将一个包装箱放到相机前，然后按人机界面 (HMI) 上的“学习”即可。HMI 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的直观设计特征和表示农产品子类型、尺寸和数量的印章。Saber Engineering 和 HarvestMark 安装新系统时，Saber 配置 VR-3000 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 为新客户的指定员工提供了关于如何添加额外的包装箱的培训，以备将来生产线变化之需。

Sun Pacific 最近在其包装生产中实施了一个项目以遵守 PTI 规定。公司并列运行 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以进行对比。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，然后确定以每小时 3100 箱速度在生产线上下行的包装盒的 GTIN（全球贸易项目标识代码）。该解决方案将自动生成正确的标签并以填充线速度将其应用到包装盒上。

在对比中，VR-3000 对客户包装盒和印章的读取率高于 99.5%。只有那些印章丢失或受到严重损坏的包装盒无法读取。根据对比结果，Sun Pacific 订购了共 15 个 VR-3000 系统，现在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运行得非常不错。”Hopkins 总结道。