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        基于機(jī)器視覺的核桃仁大小自動(dòng)分級(jí)技術(shù)

        2016-11-28 16:26:33申愛敏霍曉靜王文娣王紅霞
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2016年9期
        關(guān)鍵詞:機(jī)器視覺核桃仁

        申愛敏+霍曉靜+王文娣+王紅霞

        摘要:為了改善我國核桃仁外觀品質(zhì)人工檢測(cè)速度慢、精度低、費(fèi)時(shí)費(fèi)力的現(xiàn)狀,提出1種基于機(jī)器視覺和圖像處理技術(shù)的核桃仁大小檢測(cè)方法。構(gòu)建圖像采集系統(tǒng)以獲得與背景顏色對(duì)比度明顯的待檢核桃仁圖像;通過灰度變換、中值濾波,降低了圖像處理計(jì)算數(shù)據(jù)量,提高了圖像信息的可讀性;通過閾值分割和區(qū)域填充,得到了清晰完整的核桃仁區(qū)域分割圖;使用像素統(tǒng)計(jì)法計(jì)算核桃仁像素面積;提出1種自適應(yīng)平均算法對(duì)樣本學(xué)習(xí)訓(xùn)練,進(jìn)而計(jì)算出大小分級(jí)閾值;以Lab Windows/CVI 2012為開發(fā)平臺(tái),借助其圖像采集和圖像處理函數(shù),設(shè)計(jì)配套的核桃仁大小自動(dòng)分級(jí)軟件。結(jié)果表明,該方法在實(shí)驗(yàn)室條件下可實(shí)現(xiàn)核桃仁大小分級(jí),分級(jí)正確率達(dá)90.0%以上。

        關(guān)鍵詞:核桃仁;大小分級(jí);自適應(yīng)平均算法;機(jī)器視覺

        中圖分類號(hào):S126;TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A

        文章編號(hào):1002-1302(2016)09-0383-03

        核桃是世界四大堅(jiān)果類之首,也是我國主要栽培的果樹種類之一[1]。核桃仁富含蛋白質(zhì)、氨基酸、油脂以及多種其他營養(yǎng)物質(zhì),核桃加工而成的高級(jí)食用植物油營養(yǎng)豐富,常食核桃仁及其油產(chǎn)品,具有潤肺強(qiáng)腎、預(yù)防冠心病、降低血脂的功效 [1-2]。核桃貿(mào)易主要有核桃仁和帶殼核桃2種,近年來,隨著生活水平的提高,人們對(duì)核桃仁產(chǎn)品的需求量和品質(zhì)要求也越來越高。在核桃仁貿(mào)易中,不同大小核桃仁的銷售價(jià)格和用途也不同,大仁可經(jīng)包裝后直接銷售,小仁可用于制作糕點(diǎn)、瑪仁糖等,碎仁可用于榨油[2]。因此,對(duì)核桃仁進(jìn)行大小分級(jí)是核桃仁產(chǎn)品生產(chǎn)過程中十分必要的環(huán)節(jié),對(duì)提高核桃仁的經(jīng)濟(jì)價(jià)值具有十分重要的意義。

        目前,國內(nèi)對(duì)核桃大小分級(jí)的研究主要以帶殼核桃大小分級(jí)為主[3-7],對(duì)核桃仁分級(jí)技術(shù)的研究仍處于起步階段[8],因此,我國核桃仁大小分級(jí)仍主要靠人工進(jìn)行分揀,這種方法不僅過程繁瑣、效率低下,同時(shí)還容易受人的主觀因素影響,不能保證分級(jí)的客觀性和標(biāo)準(zhǔn)化。機(jī)器視覺技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)與分級(jí)中的應(yīng)用已非常廣泛,涉及的研究對(duì)象包括玉米[9]、花生[10]、黃花梨[11]、橄欖[12]、檳榔[13]等,不僅實(shí)現(xiàn)了無損檢測(cè)與分級(jí),還提高了檢測(cè)與分級(jí)的速度和效率,避免人為因素的影響,使分級(jí)結(jié)果更加客觀、精準(zhǔn)。

        本研究在實(shí)驗(yàn)室條件下研究1種基于機(jī)器視覺的核桃仁大小分級(jí)技術(shù),可為進(jìn)一步研究核桃仁的實(shí)時(shí)在線外觀品質(zhì)檢測(cè)和分級(jí)技術(shù)提供新的思路和基礎(chǔ)條件,對(duì)提高我國核桃仁貿(mào)易水平有著重要的意義。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        本試驗(yàn)所用核桃仁樣本為2014年保定市種植的香玲核桃。

        1.2 圖像采集系統(tǒng)構(gòu)建

        圖像采集硬件系統(tǒng)如圖1所示。為避免暴露狀態(tài)下周圍自然光源對(duì)采集圖像的影響,本試驗(yàn)在特制的密閉光照箱中進(jìn)行圖像采集,箱內(nèi)設(shè)有與相機(jī)鏡頭上下垂直相對(duì)的載物臺(tái),載物臺(tái)正中間設(shè)有1個(gè)標(biāo)志點(diǎn),以保證核桃仁每次的放置位置一致,調(diào)節(jié)相機(jī)物距和焦距使采集圖像清晰后,固定載物臺(tái)與相機(jī)的距離。箱內(nèi)壁為黑色,箱底及載物臺(tái)為藍(lán)色,可使采集到的核桃仁圖像背景為藍(lán)色,便于后期圖像處理;光源為環(huán)形低角度LED工業(yè)光源,其光線均衡,可使采集到的核桃仁圖像無陰影;相機(jī)為MV-GX3300C,計(jì)算機(jī)為ThinkVision E2323,配置i7處理器、2T內(nèi)存硬盤。

        1.3 核桃仁圖像處理

        為了消除和抑制圖像中的無用信息,增強(qiáng)有用信息的可檢測(cè)性,提高檢測(cè)速度和精度,進(jìn)行圖像檢測(cè)前須先進(jìn)行圖像處理。針對(duì)核桃仁外觀顏色及其輪廓的特殊性,結(jié)合核桃仁大小分級(jí)要求進(jìn)行圖像處理算法設(shè)計(jì)[14-15]。

        對(duì)于核桃仁的大小檢測(cè)而言,圖像的色彩信息并不影響所需提取的大小特征,反而會(huì)影響圖像處理的速度,故在對(duì)圖像進(jìn)行分析處理之前先進(jìn)行灰度變換,得到的灰度圖像如圖2-a所示;采用5×5的中值濾波器對(duì)灰度變換后的核桃仁圖像進(jìn)行濾波,如圖2-b所示;采用基于聚類統(tǒng)計(jì)技術(shù)的自動(dòng)閾值法進(jìn)行圖像二值化分割,得到閾值為128,分割結(jié)果如圖2-c所示;采用八向連通算法進(jìn)行小孔填充,填充后得到完整的核桃仁區(qū)域,如圖2-d所示。

        1.4 核桃仁圖像特征提取

        圖像特征是分析圖像信息的基本屬性,主要包括幾何特征、形狀特征、顏色特征、紋理特征等。鑒于核桃仁邊緣輪廓的不規(guī)則性以及大小分級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)要求,本研究主要對(duì)核桃仁圖像的幾何特征進(jìn)行分析,并選擇核桃仁圖像面積這一幾何特征作為大小分級(jí)的特征參數(shù)值。面積計(jì)算方法有很多種,常見的有最小外接矩形法、形狀擬合法、像素計(jì)數(shù)法等[16]。

        由于不同大小等級(jí)核桃仁輪廓的不規(guī)則性和隨機(jī)性,使用外接矩形法和形狀擬合法都會(huì)對(duì)分級(jí)結(jié)果造成很大的誤差。以大三角仁為例,使用最小外接矩形法進(jìn)行面積計(jì)算,則大三角仁與整半仁所得到的最小外接矩形可能是大小相同的,如圖3所示,這會(huì)造成嚴(yán)重的誤判現(xiàn)象。由于核桃仁的輪廓嚴(yán)重不規(guī)則,且核桃仁個(gè)體間輪廓差異較大,故形狀擬合法也不適用。而像素計(jì)數(shù)法則不受待測(cè)對(duì)象輪廓的影響,統(tǒng)計(jì)待測(cè)對(duì)象區(qū)域內(nèi)部(包括邊界上)的像素?cái)?shù)即可。因此,本研究采用像素計(jì)數(shù)法來計(jì)算核桃仁面積,計(jì)算公式:

        2 算法與實(shí)現(xiàn)

        2.1 核桃仁大小分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

        LY/T 1922—2010《核桃仁》[17]中對(duì)核桃仁大小等級(jí)進(jìn)行了定義:核桃仁的整半顆粒(一半子葉)稱為半仁,如仁粒缺損,短缺部分不足整半顆粒1/4的仍為半仁;半仁短缺部分約達(dá)整半顆粒1/4以上,但未超過3/8的仁粒稱為大三角仁;縱分的半仁稱為四分仁,如仁粒缺損,余下部分不小于縱分半仁

        粒3/4的仍作為四分仁;小于或不符合四分仁的仁粒稱為碎仁。

        2.2 分級(jí)模型的構(gòu)建

        由核桃仁分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)定義可知,各大小等級(jí)的閾值都可用整半仁面積乘以相應(yīng)的系數(shù)來表示。設(shè)整半仁面積為S0,則核桃仁大小分級(jí)的具體過程:先對(duì)同一品種的多個(gè)經(jīng)圖像處理后的核桃整半仁樣本圖像進(jìn)行面積計(jì)算,通過樣本學(xué)習(xí)訓(xùn)練得到此品種核桃整半仁面積S0,設(shè)待檢測(cè)核桃仁面積為S,核桃仁大小等級(jí)(degree)為D,則以整半仁面積S0作為分級(jí)特征參數(shù),參考核桃仁分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的大小分級(jí)模型如下:

        2.3 閾值選取算法設(shè)計(jì)

        核桃的品種不同,核桃整半仁大小就會(huì)不同,即使是同一品種,由于生長狀況的不同,其整半仁大小也不盡相同,因此S0的取值是影響分級(jí)效果的關(guān)鍵因素,為了得到合理的整半仁面積S0,提出1種對(duì)多個(gè)同品種核桃整半仁樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練的自適應(yīng)閾值選取算法。

        首先,隨機(jī)選取N(N≥20)個(gè)樣本,各樣本間相互獨(dú)立,假設(shè)樣本像素面積Si(i=1,2,…,N)服從正態(tài)分布。統(tǒng)計(jì)N個(gè)樣本的像素面積后,若直接求其平均值作為整半仁面積S0進(jìn)行分級(jí),雖有計(jì)算量小、簡單易行的優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)也存在誤判率高的缺點(diǎn)。為了降低誤判率,提出1種自適應(yīng)平均算法進(jìn)行閾值選取,具體計(jì)算過程如下:

        2.4 軟件實(shí)現(xiàn)

        以Lab Windows/CVI 2012為軟件開發(fā)平臺(tái),借助其圖像采集和圖像處理函數(shù),設(shè)計(jì)開發(fā)核桃仁大小自動(dòng)分級(jí)軟件系統(tǒng),軟件界面如圖4所示。對(duì)某品種核桃仁進(jìn)行大小檢測(cè)分級(jí)之前,須先對(duì)N(N≥10)個(gè)此品種核桃整半仁樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練,系統(tǒng)中設(shè)有相應(yīng)的學(xué)習(xí)訓(xùn)練模塊,將整半仁樣本圖像導(dǎo)入后,軟件會(huì)對(duì)其進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練,并輸出學(xué)習(xí)結(jié)果,即此品種核桃整半仁面積S0,可將學(xué)習(xí)結(jié)果存儲(chǔ)在訓(xùn)練庫中,參數(shù)設(shè)置中的“品種”選項(xiàng)會(huì)列出已學(xué)習(xí)訓(xùn)練過的核桃品種,選擇相應(yīng)品種即可直接進(jìn)行大小分級(jí)。

        3 結(jié)果與分析

        根據(jù)核桃仁分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),在專家指導(dǎo)下人工選取20粒整半仁,用于學(xué)習(xí)訓(xùn)練和構(gòu)建模型,另外選取半仁、大三角仁、四分仁、碎仁各30粒共120粒核桃仁樣本,并對(duì)每個(gè)樣本進(jìn)行編號(hào),用于分級(jí)測(cè)試,驗(yàn)證機(jī)器視覺技術(shù)的分級(jí)準(zhǔn)確率。

        為了驗(yàn)證改進(jìn)后學(xué)習(xí)訓(xùn)練算法的可行性,進(jìn)行直接計(jì)算平均值法與改進(jìn)后算法的對(duì)比分級(jí)試驗(yàn)。首先,用所構(gòu)建的圖像采集系統(tǒng)對(duì)隨機(jī)選取的20個(gè)香玲核桃整半仁樣本進(jìn)行圖像采集,并將其輸入系統(tǒng)中進(jìn)行圖像處理,得到各樣本的像素面積;然后,分別使用直接平均算法和自適應(yīng)平均算法對(duì)處理后的樣本圖像進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練,得到S0分別為1 332 151、126 368像素;最后分別將1 332 151、126 368像素作為S0,按照公式(1)對(duì)選取的120粒核桃仁樣本進(jìn)行分級(jí),結(jié)果如表1所示。對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明:(1)使用自適應(yīng)平均法得出閾值的分級(jí)正確率明顯提高,與直接平均算法相比,半仁、大三角仁、四分仁、碎仁的分級(jí)正確率分別提高了3.3、0.0、13.3、6.6百分點(diǎn),表明用自適應(yīng)平均法進(jìn)行核桃仁樣本分級(jí)閾值是高效可行的;(2)所提出的基于機(jī)器視覺的核桃仁大小分級(jí)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室條件下的分級(jí)正確率可達(dá)90.0%及以上。

        4 結(jié)論

        本研究提出了1種基于機(jī)器視覺的核桃仁大小分級(jí)技術(shù),通過設(shè)計(jì)圖像處理算法步驟,得到了清晰完整的核桃仁區(qū)域圖像;使用像素統(tǒng)計(jì)法得到了核桃仁的像素面積,并將其作為特征參數(shù)進(jìn)行大小分級(jí);提出1種自適應(yīng)平均算法來進(jìn)行分級(jí)閾值選取,使得分級(jí)閾值的選取更加科學(xué),避免了人工閾值選取的主觀性和隨機(jī)性,提高了分級(jí)的準(zhǔn)確率;設(shè)計(jì)開發(fā)了核桃仁大小自動(dòng)分級(jí)軟件,提高了分級(jí)效率;提出的基于機(jī)器視覺的核桃仁大小分級(jí)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室條件下分級(jí)正確率可達(dá)90.0%及以上。綜上可知,將機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用到核桃仁大小分級(jí)中是可行的。在今后的研究中,可進(jìn)一步對(duì)此技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化,以提高其分級(jí)精度和效率,將其發(fā)展為實(shí)時(shí)在線分級(jí)系統(tǒng)并投入到實(shí)際應(yīng)用中,以提高我國核桃仁出口貿(mào)易量,增強(qiáng)我國的綜合國力。

        參考文獻(xiàn):

        [1]李 敏,劉 媛,孫 翠,等. 核桃營養(yǎng)價(jià)值研究進(jìn)展[J]. 中國糧油學(xué)報(bào),2009,24(6):166-170.

        [2]黃黎慧,黃 群,孫術(shù)國,等. 核桃的營養(yǎng)保健功能與開發(fā)利用[J]. 糧食科技與經(jīng)濟(jì),2009,34(4):48-50.

        [3]李 莉. 基于虛擬儀器技術(shù)的核桃品質(zhì)綜合測(cè)評(píng)系統(tǒng)[D]. 保定:河北農(nóng)業(yè)大學(xué),2004.

        [4]張慶磊. 核桃品質(zhì)的無損檢測(cè)技術(shù)研究[D]. 鎮(zhèn)江:江蘇大學(xué),2010.

        [5]戚淑葉,張振偉,趙 昆,等. 太赫茲時(shí)域光譜無損檢測(cè)核桃品質(zhì)的研究[J]. 光譜學(xué)與光譜分析,2012,32(12):3390-3393.

        [6]何 鑫,史建新. 6FG-900型核桃分級(jí)機(jī)的原理與試驗(yàn)[J]. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,33(3):268-271.

        [7]買合木江,劉 奎,朱占江,等. 6FG-3000型滾杠式青核桃分級(jí)機(jī)的設(shè)計(jì)[J]. 新疆農(nóng)機(jī)化,2013(4):20-22.

        [8]新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所. 核桃仁分級(jí)機(jī):中國,201110406022.4[P]. 2011-12-08.

        [9]鄭小東,王 杰. 機(jī)器視覺在玉米籽粒品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用研究[J]. 中國糧油學(xué)報(bào),2013,28(4):124-128.

        [10]熊利榮,任奕林,肖任勤. 基于機(jī)器視覺的花生大小檢驗(yàn)[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,46(3):464-465.

        [11]應(yīng)義斌,景寒松,馬俊福,等. 機(jī)器視覺技術(shù)在黃花梨尺寸和果面缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),1999,15(1):197-200.

        [12]Guzmán E,Baeten V,Pierna J A F,et al. Infrared machine vision system for the automatic detection of olive fruit quality[J]. Talanta,2013,116:894-898.

        [13]Huang K Y. Detection and classification of areca nuts with machine vision[J]. Computers and Mathematics with Applications,2012,64(5):739-746.

        [14]Horn B K P. Robot vision[M]. Massachusetts:The MIT Press,1986.

        [15]Gonzalez R C,Woods R E,阮秋琦,等. 數(shù)字圖像處理[M]. 3版. 北京:電子工業(yè)出版社,2010.

        [16]鄧海霞. 基于機(jī)器視覺的群體禽蛋大小檢測(cè)方法研究[D]. 武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué),2006.

        [17]國家林業(yè)局. LY/T 1922—2010 核桃仁[S].2010.

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