數(shù)字圖像處理技術(shù)在果蔬分級檢測中的應(yīng)用_吳少霜.pdf

F U J I A N N O N G J I 福 建 農(nóng) 機(jī) 第 3 期 2 0 2 1 數(shù) 字 圖 像 處 理 技 術(shù) 在 果 蔬 分 級 檢 測 中 的 應(yīng) 用 吳 少 霜 趙 純 朱 亞 男 袁 盛 彬 陳 學(xué) 永 福 建 農(nóng) 林 大 學(xué) 機(jī) 電 工 程 學(xué) 院 福 建 福 州 350108 摘 要 果 蔬 采 摘 后 的 分 級 檢 測 是 商 品 化 處 理 中 的 一 項 重 要 技 術(shù) 傳 統(tǒng) 的 果 蔬 分 級 檢 測 主 要 由 人 工 完 成 效 率 低 誤 判 率 高 而 在 分 級 檢 測 中 引 入 數(shù) 字 圖 像 處 理 技 術(shù) 可 提 高 分 檢 效 率 減 小 誤 判 率 減 少 果 蔬 表 面 損 傷 文 章 對 數(shù) 字 圖 像 處 理 技 術(shù) 在 果 蔬 分 級 檢 測 中 應(yīng) 用 的 國 內(nèi) 外 研 究 現(xiàn) 狀 進(jìn) 行 了 研 究 分 析 主 要 對 數(shù) 字 圖 像 處 理 技 術(shù) 果 蔬 圖 像 特 征 提 取 以 及 分 類 器 進(jìn) 行 分 析 對 果 蔬 圖 像 特 征 提 取 方 法 進(jìn) 行 較 為 詳 細(xì) 的 分 析 說 明 并 在 此 基 礎(chǔ) 上 闡 述 了 數(shù) 字 圖 像 處 理 技 術(shù) 在 果 蔬 分 級 檢 測 中 存 在 的 問 題 以 及 技 術(shù) 發(fā) 展 趨 勢 為 后 續(xù) 該 領(lǐng) 域 的 研 究 提 供 參 考 關(guān) 鍵 詞 圖 像 處 理 特 征 提 取 分 級 檢 測 果 蔬 中 圖 分 類 號 TP212 14 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識 碼 A 文 章 編 號 1004 3969 2021 03 030 07 ApplicationofDigitalImageProcessingTechnologyinFruitandVegetable GradingDetection WU Shaoshuang ZHAO Chun ZHUYanan YUAN Shengbin CHEN Xueyong FujianAgriculture and Forestry University Fouzhou Fujian 350108 China Abstract The grading detection of fruits and vegetables after picking is an important technology in commercial processing The traditional grading detection of fruits and vegetables is mainly done by manual work which has low efficiency and high misjudgment rate The introduction of digital image processing technology in classification detection can improve the efficiency of classification detection reduce the rate of misjudgment and reduce the surface damage of fruits and vegetables In the paper the research status of the application of digital image processing technology in fruit and vegetable classification detection at home and abroad is studied and analyzed The digital image processing technology fruit and vegetable image feature extraction and classifier are mainly analyzed The fruit and vegetable image feature extraction method is analyzed in detail On this basis the existing problems of digital image processing technology in fruit and vegetable classification detection and the follow up technology development trend are described which provides a reference for the follow up research in this field Keywords Image processing Feature extraction Grading detection Fruits and vegetables 作 者 簡 介 吳 少 霜 1 9 9 7 男 碩 士 研 究 生 主 要 研 究 方 向 為 圖 像 識 別 與 處 理 通 訊 作 者 陳 學(xué) 永 1 9 7 0 男 博 士 教 授 主 要 研 究 方 向 為 現(xiàn) 代 農(nóng) 業(yè) 裝 備 和 機(jī) 器 視 覺 我 國 是 世 界 水 果 蔬 菜 生 產(chǎn) 大 國 但 出 口 貿(mào) 易 額 并 不 高 影 響 出 口 的 關(guān) 鍵 原 因 在 于 果 蔬 采 摘 后 的 商 品 化 處 理 技 術(shù) 較 為 落 后 導(dǎo) 致 果 蔬 外 觀 質(zhì) 量 雜 亂 降 低 了 國 際 競 爭 力 1 最 初 的 分 級 檢 測 多 數(shù) 是 依 靠 人 工 測 量 和 感 官 判 斷 來 完 成 不 僅 要 耗 費 大 量 的 勞 動 力 而 且 由 于 工 人 經(jīng) 驗 的 不 同 導(dǎo) 致 分 級 結(jié) 果 存 在 差 異 2 而 機(jī) 械 式 的 分 級 系 統(tǒng) 會 使 一 些 果 蔬 出 現(xiàn) 較 為 嚴(yán) 重 的 碰 撞 摩 擦 等 損 傷 分 級 效 果 并 不 理 想 數(shù) 字 圖 像 處 理 技 術(shù) 形 成 于 2 0 世 紀(jì) 6 0 年 代 早 期 3 是 利 用 計 算 機(jī) 對 圖 像 信 息 進(jìn) 行 處 理 獲 取 圖 像 信 息 及 數(shù) 據(jù) 的 一 種 技 術(shù) 其 借 助 計 算 機(jī) 強 大 的 運 算 能 力 運 用 去 噪 特 征 提 取 圖 像 增 強 等 技 術(shù) 對 以 數(shù) 字 形 式 存 儲 的 圖 像 進(jìn) 行 加 工 處 理 4 具 有 信 息 量 大 傳 輸 速 度 快 可 靠 性 高 應(yīng) 用 范 圍 廣 等 優(yōu) 點 5 隨 著 農(nóng) 業(yè) 信 息 化 的 發(fā) 展 數(shù) 字 圖 像 處 理 技 術(shù) 逐 漸 應(yīng) 用 于 農(nóng) 業(yè) 領(lǐng) 域 尤 其 在 果 蔬 分 級 與 檢 測 方 面 已 經(jīng) 逐 步 成 為 近 年 30F U J I A N N O N G J I 福 建 農(nóng) 機(jī) 第 3 期 2 0 2 1 來 研 究 的 熱 點 對 提 高 農(nóng) 業(yè) 經(jīng) 濟(jì) 效 益 有 著 重 大 意 義 1 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 主 要 過 程 數(shù) 字 圖 像 處 理 技 術(shù) 的 一 般 過 程 主 要 包 括 圖 像 采 集 圖 像 預(yù) 處 理 圖 像 特 征 提 取 圖 像 結(jié) 果 分 類 等 步 驟 6 而 在 果 蔬 分 級 檢 測 中 圖 像 采 集 和 圖 像 預(yù) 處 理 是 前 期 必 不 可 少 的 部 分 1 1 圖 像 采 集 圖 像 采 集 是 指 對 目 標(biāo) 圖 像 信 息 的 獲 取 好 的 分 檢 效 果 離 不 開 高 質(zhì) 量 的 圖 像 信 息 7 高 質(zhì) 量 的 圖 像 與 光 源 的 角 度 和 高 度 8 相 機(jī) 的 角 度 和 安 裝 位 置 鏡 頭 的 選 型 和 安 裝 位 置 等 因 素 都 密 切 相 關(guān) 9 目 前 圖 像 采 集 系 統(tǒng) 大 體 可 概 括 為 以 下 兩 類 開 放 式 采 集 系 統(tǒng) 以 及 封 閉 式 采 集 系 統(tǒng) 1 1 1 開 放 式 采 集 系 統(tǒng) 開 放 式 采 集 系 統(tǒng) 是 采 用 單 一 的 相 機(jī) 并 且 在 無 遮 擋 的 情 況 下 對 目 標(biāo) 圖 像 進(jìn) 行 采 集 通 過 調(diào) 整 不 同 的 采 集 背 景 或 目 標(biāo) 位 置 來 獲 取 最 為 合 適 的 圖 像 結(jié) 構(gòu) 較 為 簡 單 其 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 如 圖 1 所 示 G A N B O L D O T G O N T S E T S E G 等 1 0 在 對 紅 棗 分 級 檢 測 時 分 別 將 多 個 大 小 規(guī) 格 型 號 相 近 的 紅 棗 置 于 不 同 顏 色 的 卡 紙 上 通 過 攝 像 機(jī) 分 別 對 紅 棗 圖 像 進(jìn) 行 采 集 并 對 圖 像 編 號 以 得 到 最 為 合 適 提 取 紅 棗 的 背 景 對 比 結(jié) 果 發(fā) 現(xiàn) 白 色 背 景 提 取 效 果 最 佳 杜 云 等 1 1 在 對 蘋 果 分 級 時 利 用 特 定 的 機(jī) 械 裝 置 使 蘋 果 在 輸 送 過 程 中 進(jìn) 行 翻 滾 從 而 使 相 機(jī) 獲 取 每 個 蘋 果 5 幅 不 同 姿 態(tài) 的 圖 像 此 多 方 位 的 5 幅 圖 像 包 含 蘋 果 的 所 有 表 面 以 此 更 精 細(xì) 地 進(jìn) 行 分 級 檢 測 此 類 采 集 系 統(tǒng) 一 般 對 周 圍 環(huán) 境 要 求 較 高 圖 像 質(zhì) 量 容 易 受 到 外 界 環(huán) 境 的 干 擾 圖 像 信 息 中 噪 聲 干 擾 較 大 4 3 2 1 5 圖 圖 1 1 開 放 式 采 集 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 開 放 式 采 集 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 F i g 1 S t r u c t u r e d i a g r a m o f o p e n a c q u i s i t i o n s y s t e m 1 果 蔬 2 光 源 3 工 業(yè) 相 機(jī) 4 相 機(jī) 支 架 5 P C 1 1 2 封 閉 式 采 集 系 統(tǒng) 封 閉 式 采 集 系 統(tǒng) 是 建 立 一 個 封 閉 的 黑 箱 隔 絕 外 部 環(huán) 境 將 攝 像 頭 以 及 光 源 等 部 分 置 于 箱 體 內(nèi) 在 箱 體 內(nèi) 部 對 目 標(biāo) 進(jìn) 行 圖 像 采 集 其 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 如 圖 2 所 示 結(jié) 構(gòu) 較 為 復(fù) 雜 但 圖 像 質(zhì) 量 較 高 如 I f m a l i n d a 等 1 2 在 對 柑 橘 分 級 檢 測 中 采 集 圖 像 時 設(shè) 計 一 個 密 封 的 黑 箱 箱 內(nèi) 提 供 受 控 和 一 致 的 照 明 可 以 達(dá) 到 采 集 圖 像 的 理 想 狀 況 陳 卓 等 1 3 在 對 蘋 果 進(jìn) 行 分 級 時 為 防 止 外 部 環(huán) 境 光 源 的 影 響 采 用 底 面 為 黑 色 背 景 布 的 封 閉 光 箱 得 到 的 目 標(biāo) 圖 像 與 背 景 布 差 距 明 顯 且 無 干 擾 此 類 系 統(tǒng) 一 般 是 為 了 防 止 外 部 光 源 以 及 外 界 環(huán) 境 中 一 些 雜 物 對 圖 像 的 干 擾 因 此 需 要 與 外 界 環(huán) 境 隔 離 并 在 內(nèi) 部 提 供 一 個 穩(wěn) 定 的 光 源 以 獲 取 高 質(zhì) 量 的 圖 像 1 2 3 5 6 4 圖 圖 2 2 封 閉 式 采 集 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 封 閉 式 采 集 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 F i g 2 S t r u c t u r e d i a g r a m o f c l o s e d a c q u i s i t i o n s y s t e m 1 P C 2 網(wǎng) 線 3 光 源 4 相 機(jī) 5 封 閉 箱 體 6 背 景 臺 1 2 圖 像 預(yù) 處 理 圖 像 預(yù) 處 理 是 對 圖 像 進(jìn) 行 優(yōu) 化 消 除 圖 像 中 無 關(guān) 的 信 息 提 取 有 用 的 真 實 信 息 包 括 去 噪 修 復(fù) 分 割 等 如 通 過 圖 像 濾 波 以 及 形 態(tài) 學(xué) 處 理 等 1 4 1 5 多 種 方 法 達(dá) 到 去 除 圖 像 噪 聲 和 修 復(fù) 圖 像 的 效 果 再 通 過 一 定 的 方 法 分 割 圖 像 提 取 出 感 興 趣 區(qū) 域 1 2 1 濾 波 及 形 態(tài) 學(xué) 處 理 圖 像 濾 波 及 形 態(tài) 學(xué) 處 理 是 圖 像 去 噪 和 修 復(fù) 圖 像 的 常 用 方 法 通 過 這 兩 種 方 法 或 兩 種 方 法 的 綜 合 應(yīng) 用 可 得 到 較 為 滿 意 的 目 標(biāo) 圖 像 為 后 續(xù) 的 圖 像 分 割 奠 定 基 礎(chǔ) 申 愛 敏 1 6 在 對 核 桃 仁 分 級 時 采 用 5 5 的 中 值 濾 波 器 作 為 圖 像 去 噪 算 法 其 效 果 如 圖 3 所 示 杜 云 等 1 7 在 對 大 蒜 蒜 種 品 質(zhì) 進(jìn) 行 分 級 檢 測 時 采 用 形 態(tài) 學(xué) 處 理 技 術(shù) 中 開 運 算 的 方 法 對 二 值 化 預(yù) 處 理 圖 像 去 噪 通 過 腐 蝕 算 子 和 膨 脹 算 子 處 理 消 除 背 景 圖 像 中 31 F U J I A N N O N G J I 福 建 農(nóng) 機(jī) 第 3 期 2 0 2 1 蒜 皮 的 干 擾 其 結(jié) 果 如 圖 4 所 示 結(jié) 果 顯 示 滿 足 要 求 a 原 始 灰 度 圖 像 b 中 值 濾 波 后 圖 像 圖 圖 3 3 核 桃 仁 圖 像 處 理 核 桃 仁 圖 像 處 理 F i g 3 W a l n u t k e r n e l i m a g e p r o c e s s i n g 1 2 2 圖 像 分 割 圖 像 分 割 是 采 用 一 定 的 方 法 從 圖 像 中 提 取 出 感 興 趣 區(qū) 域 從 而 將 目 標(biāo) 與 背 景 完 全 區(qū) 分 開 不 同 的 目 標(biāo) 圖 像 可 采 用 不 同 的 分 割 方 法 盧 丹 王 麗 麗 等 1 8 在 對 雙 孢 蘑 菇 進(jìn) 行 分 級 時 結(jié) 合 全 局 閾 值 分 割 法 與 尋 找 最 大 熵 閾 值 分 割 法 對 采 集 好 的 圖 片 運 用 分 水 嶺 算 法 去 除 陰 影 部 分 結(jié) 果 如 圖 5 所 示 經(jīng) 試 驗 驗 證 該 方 法 分 級 效 果 較 好 王 宇 杰 1 9 在 對 蘋 果 進(jìn) 行 分 級 檢 測 時 根 據(jù) 蘋 果 圖 像 R 通 道 和 B 通 道 的 特 點 不 同 使 用 兩 通 道 之 差 R B 和 閾 值 T 之 間 的 大 小 關(guān) 系 來 區(qū) 分 蘋 果 和 背 景 試 驗 結(jié) 果 證 明 所 述 圖 像 分 割 法 可 以 確 保 蘋 果 的 分 割 效 果 圖 圖 4 4 形 態(tài) 學(xué) 預(yù) 處 理 后 的 形 態(tài) 學(xué) 預(yù) 處 理 后 的 圖 圖 5 5 分 割 后 的 雙 孢 蘑 菇 分 割 后 的 雙 孢 蘑 菇 大 蒜 圖 像 大 蒜 圖 像 圖 像 圖 像 F i g 4 G a r l i c i m a g e p r e p r o c e s s e d F i g 5 S e g m e n t e d i m a g e o f b y m o r p h o l o g y A g a r i c u s b i s p o r u s 1 3 圖 像 特 征 提 取 在 果 蔬 分 級 檢 測 中 主 要 依 照 果 蔬 的 尺 寸 形 態(tài) 色 澤 等 2 0 2 6 特 征 來 進(jìn) 行 分 級 檢 測 圖 像 處 理 技 術(shù) 中 通 過 運 用 一 定 的 方 法 來 提 取 這 些 特 征 之 后 按 照 分 級 檢 測 標(biāo) 準(zhǔn) 來 完 成 目 標(biāo) 的 分 級 檢 測 1 3 1 尺 寸 特 征 提 取 尺 寸 特 征 是 指 果 蔬 的 外 觀 尺 寸 是 目 前 果 蔬 分 級 的 主 要 特 征 包 含 長 寬 直 徑 面 積 周 長 等 規(guī) 格 參 數(shù) 張 展 碩 等 2 7 在 對 娃 娃 菜 進(jìn) 行 品 質(zhì) 檢 測 時 對 分 割 之 后 的 圖 像 進(jìn) 行 輪 廓 識 別 求 出 其 最 小 外 接 矩 形 來 獲 取 長 寬 特 征 如 圖 6 所 示 譚 博 等 2 8 在 對 蜜 柑 大 小 分 級 時 利 用 可 靠 的 邊 界 信 息 來 求 取 質(zhì) 心 再 利 用 質(zhì) 心 對 圖 像 進(jìn) 行 不 斷 分 割 找 到 分 割 后 形 成 區(qū) 域 的 最 大 半 徑 最 終 以 此 作 為 蜜 柑 的 分 級 特 征 結(jié) 果 顯 示 分 級 準(zhǔn) 確 率 高 達(dá) 9 6 2 5 王 偉 等 2 9 在 對 藍(lán) 莓 果 實 分 級 檢 測 時 對 預(yù) 處 理 后 的 圖 像 邊 緣 像 素 點 集 進(jìn) 行 橢 圓 擬 合 如 圖 7 所 示 再 應(yīng) 用 最 小 二 乘 法 確 定 藍(lán) 莓 果 實 的 實 際 值 與 計 算 機(jī) 測 量 值 之 間 的 關(guān) 系 求 取 出 藍(lán) 莓 果 實 直 徑 結(jié) 果 顯 示 誤 差 低 于 3 1 李 健 航 等 3 0 在 針 對 藍(lán) 莓 大 小 分 級 時 對 藍(lán) 莓 果 實 區(qū) 域 進(jìn) 行 近 似 圓 擬 合 如 圖 8 所 示 通 過 計 算 擬 合 圓 內(nèi) 的 像 素 點 數(shù) 量 以 及 擬 合 圓 周 上 像 素 點 數(shù) 量 來 確 定 藍(lán) 莓 果 實 的 面 積 和 周 長 準(zhǔn) a 樣 品 圖 像 b 分 割 區(qū) 域 圖 像 c 樣 品 輪 廓 識 別 圖 像 圖 圖 6 6 娃 娃 菜 樣 品 尺 寸 識 別 娃 娃 菜 樣 品 尺 寸 識 別 F i g 6 S a m p l e s i z e i d e n t i f i c a t i o n o f b a b y c a b b a g e 圖 圖 7 7 藍(lán) 莓 橢 圓 擬 合 藍(lán) 莓 橢 圓 擬 合 圖 圖 8 8 藍(lán) 莓 最 小 二 乘 擬 合 圓 藍(lán) 莓 最 小 二 乘 擬 合 圓 F i g 7 B l u e b e r r y e l l i p s e f i t t i n g F i g 8 B l u e b e r r y l e a s t s q u a r e f i t t i n g c i r c l e 32F U J I A N N O N G J I 福 建 農(nóng) 機(jī) 第 3 期 2 0 2 1 確 率 達(dá) 到 9 8 9 3 劉 小 文 3 1 在 對 干 制 駿 棗 分 級 時 利 用 干 制 駿 棗 輪 廓 上 兩 點 之 間 的 最 大 距 離 算 法 測 算 出 干 制 駿 棗 的 縱 經(jīng) 之 后 采 用 最 小 二 乘 法 對 縱 經(jīng) 的 真 實 值 和 檢 測 的 像 素 值 進(jìn) 行 直 線 擬 合 從 而 實 現(xiàn) 干 制 駿 棗 的 大 小 分 級 1 3 2 形 態(tài) 特 征 提 取 形 態(tài) 特 征 是 指 果 蔬 的 外 形 輪 廓 是 果 蔬 分 級 中 另 外 一 個 重 要 特 征 一 般 用 于 外 形 不 規(guī) 則 的 果 蔬 X u L i m i n g 等 3 2 在 對 草 莓 分 級 時 通 過 添 加 草 莓 輪 廓 與 花 萼 輪 廓 獲 得 花 萼 和 水 果 之 間 的 連 接 曲 線 連 接 曲 線 中 心 與 水 果 重 力 中 心 形 成 草 莓 的 最 大 軸 方 向 之 后 從 最 大 軸 兩 邊 逐 漸 提 取 線 序 列 并 計 算 出 這 些 線 序 列 之 間 的 差 異 來 表 示 草 莓 的 形 狀 如 圖 9 所 示 其 結(jié) 果 顯 示 符 合 要 求 M A M o m i n 等 3 3 在 對 芒 果 進(jìn) 行 分 級 檢 測 時 通 過 計 算 二 值 化 圖 像 中 物 體 邊 界 內(nèi) 的 像 素 數(shù) 來 確 定 投 影 面 積 之 后 通 過 整 體 填 充 創(chuàng) 建 蒙 版 圖 像 再 通 過 連 接 蒙 版 圖 像 中 物 體 輪 廓 的 邊 界 像 素 來 確 定 其 周 長 以 此 來 獲 取 芒 果 的 形 態(tài) 特 征 汪 威 等 3 4 在 對 香 菇 分 級 檢 測 時 為 了 檢 測 香 菇 的 破 損 度 將 香 菇 菌 褶 區(qū) 域 的 圖 像 進(jìn) 行 凸 包 性 轉(zhuǎn) 換 即 將 二 維 平 面 上 的 點 集 最 外 層 的 點 連 接 起 來 構(gòu) 成 凸 多 邊 形 之 后 擬 合 出 香 菇 凸 包 曲 線 輪 廓 如 圖 1 0 所 示 可 方 便 地 計 算 破 損 區(qū) 域 面 積 進(jìn) 行 破 損 程 度 檢 測 V 4 V 3 V 2 V 1 V 5 V 6 V 7 L 7 L 6 L 5 L 1 L 2 L 3 L 4 圖 圖 9 9 線 序 列 草 莓 特 征 線 序 列 草 莓 特 征 圖 圖 1 0 1 0 破 損 香 菇 輪 廓 和 破 損 香 菇 輪 廓 和 提 取 提 取 凸 包 轉(zhuǎn) 換 后 的 輪 廓 凸 包 轉(zhuǎn) 換 后 的 輪 廓 F i g 9 S t r a w b e r r y f e a t u r e F i g 1 0 B r o k e n m u s h r o o m c o n t o u r a n d e x t r a c t i o n f r o m l i n e s e q u e n c e c o n v e x h u l l t r a n s f o r m e d c o n t o u r 1 3 3 色 澤 特 征 提 取 色 澤 特 征 主 要 應(yīng) 用 在 果 蔬 的 表 面 缺 陷 檢 測 以 及 果 蔬 的 成 熟 度 檢 測 中 通 過 對 比 不 同 區(qū) 域 的 色 差 來 進(jìn) 行 檢 測 識 別 I r e r i D a v i d 等 3 5 在 對 西 紅 柿 表 面 缺 陷 進(jìn) 行 檢 測 時 根 據(jù) 感 興 趣 區(qū) 域 的 平 均 g r 值 與 果 柄 部 位 的 g r 值 之 間 的 差 別 采 用 灰 度 直 方 圖 進(jìn) 行 閾 值 分 割 對 西 紅 柿 的 果 柄 部 位 進(jìn) 行 檢 測 過 濾 將 圖 像 從 R G B 轉(zhuǎn) 換 為 L A B 后 再 從 每 個 圖 像 的 各 像 素 點 提 取 L A 和 B 空 間 的 強 度 值 并 標(biāo) 記 為 缺 陷 或 健 康 像 素 以 此 來 進(jìn) 行 果 面 缺 陷 檢 測 如 圖 1 1 所 示 O s a m a A A l h a s h i 等 3 6 在 對 蘋 果 和 橘 子 進(jìn) 行 表 面 缺 陷 檢 測 時 通 過 目 標(biāo) 圖 像 的 色 調(diào) 直 方 圖 如 圖 1 2 所 示 灰 度 值 的 不 同 來 確 定 目 標(biāo) 表 面 的 缺 陷 達(dá) 到 缺 陷 檢 測 的 效 果 S U S H A 等 3 7 在 對 草 莓 進(jìn) 行 缺 陷 檢 測 時 將 采 集 到 的 帶 有 缺 陷 草 莓 的 彩 色 圖 像 中 紅 綠 藍(lán) 三 個 通 道 分 量 分 圖 圖 1 1 1 1 西 紅 柿 缺 陷 檢 測 西 紅 柿 缺 陷 檢 測 F i g 1 1 T o m a t o d e f e c t d e t e c t i o n a 無 缺 陷 b 有 缺 陷 圖 圖 1 2 1 2 蘋 果 灰 度 直 方 圖 蘋 果 灰 度 直 方 圖 F i g 1 2 A p p l e g r a y h i s t o g r a m 33 F U J I A N N O N G J I 福 建 農(nóng) 機(jī) 第 3 期 2 0 2 1 別 顯 示 出 來 得 到 紅 綠 藍(lán) 三 種 顏 色 的 蒙 版 通 過 對 比 發(fā) 現(xiàn) 紅 色 分 量 感 興 趣 區(qū) 域 與 背 景 區(qū) 別 較 為 明 顯 之 后 通 過 調(diào) 整 紅 色 蒙 版 的 閾 值 使 其 缺 陷 顯 示 為 黑 色 來 區(qū) 分 圖 像 中 草 莓 的 缺 陷 部 位 綜 上 所 述 針 對 不 同 果 蔬 種 類 以 及 不 同 的 分 級 檢 測 要 求 可 以 采 用 不 同 的 特 征 提 取 辦 法 例 如 在 對 芒 果 進(jìn) 行 分 級 時 同 一 批 次 芒 果 的 成 熟 度 大 小 均 勻 程 度 都 不 盡 相 同 可 提 取 其 形 態(tài) 特 征 以 檢 測 芒 果 外 形 輪 廓 的 均 勻 性 也 可 通 過 提 取 芒 果 的 色 澤 特 征 對 其 成 熟 度 進(jìn) 行 判 別 因 此 在 對 果 蔬 特 征 提 取 時 要 結(jié) 合 果 蔬 本 身 的 特 點 以 及 分 級 檢 測 的 要 求 靈 活 運 用 特 征 提 取 方 法 由 于 果 蔬 種 類 繁 多 外 形 和 特 征 各 不 相 同 目 前 對 于 果 蔬 的 分 級 檢 測 沒 有 統(tǒng) 一 的 方 法 要 根 據(jù) 具 體 目 標(biāo) 具 體 處 理 1 4 圖 像 結(jié) 果 分 類 一 般 通 過 選 取 適 合 的 分 類 器 對 圖 像 結(jié) 果 進(jìn) 行 分 類 分 類 器 是 將 提 取 出 的 特 征 按 照 某 一 規(guī) 則 進(jìn) 行 分 類 的 模 型 分 類 器 的 選 擇 以 及 算 法 的 設(shè) 計 會 直 接 影 響 到 果 蔬 分 檢 的 精 確 度 學(xué) 者 們 為 了 提 高 分 級 的 精 確 度 也 進(jìn) 行 了 大 量 研 究 S i m r a n d e e p K a u r 1 等 3 8 在 對 球 形 水 果 分 級 時 設(shè) 計 算 法 提 取 水 果 的 外 部 特 征 最 后 利 用 支 持 向 量 機(jī) S V M 將 蘋 果 分 為 兩 類 準(zhǔn) 確 率 為 1 0 0 張 琛 3 9 對 蘋 果 外 觀 品 質(zhì) 分 級 時 首 先 利 用 灰 度 共 生 矩 陣 提 取 特 征 后 運 用 支 持 向 量 機(jī) S V M 對 蘋 果 表 面 缺 陷 進(jìn) 行 檢 測 結(jié) 果 顯 示 檢 測 準(zhǔn) 確 率 為 9 0 之 后 又 利 用 M b o i l e N e t 卷 積 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 框 架 對 蘋 果 表 面 缺 陷 進(jìn) 行 識 別 準(zhǔn) 確 率 達(dá) 9 7 3 通 過 對 比 發(fā) 現(xiàn) 卷 積 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 分 類 器 較 支 持 向 量 機(jī) 有 較 為 明 顯 的 優(yōu) 勢 梁 丹 等 4 0 在 對 雞 蛋 分 級 與 檢 測 時 以 雞 蛋 透 射 圖 顏 色 信 息 的 變 化 與 哈 夫 單 位 值 之 間 的 關(guān) 系 建 立 B P 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 分 類 器 對 雞 蛋 的 新 鮮 程 度 進(jìn) 行 分 級 試 驗 結(jié) 果 表 明 對 不 同 新 鮮 度 等 級 的 雞 蛋 品 質(zhì) 識 別 正 確 率 達(dá) 9 7 4 8 綜 上 所 述 分 類 器 總 體 可 分 為 支 持 向 量 機(jī) S V M B P 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 深 度 學(xué) 習(xí) 等 幾 類 其 余 分 類 器 通 常 是 這 幾 類 的 結(jié) 合 或 衍 生 根 據(jù) 分 類 特 點 來 看 支 持 向 量 機(jī) S V M 一 般 用 于 二 分 類 情 況 較 為 依 賴 訓(xùn) 練 樣 本 數(shù) 量 B P 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 在 分 類 上 目 前 應(yīng) 用 較 為 廣 泛 但 是 檢 測 的 速 度 以 及 精 確 度 方 面 有 一 定 的 缺 陷 深 度 學(xué) 習(xí) 及 其 相 關(guān) 衍 生 分 類 器 對 于 復(fù) 雜 的 分 類 對 象 有 一 定 的 優(yōu) 勢 但 其 模 型 結(jié) 構(gòu) 也 相 對 復(fù) 雜 需 要 一 定 的 算 力 支 撐 2 存 在 問 題 數(shù) 字 圖 像 處 理 技 術(shù) 在 果 蔬 分 級 檢 測 中 的 應(yīng) 用 是 近 年 來 研 究 的 熱 點 相 比 傳 統(tǒng) 的 分 級 檢 測 方 法 具 有 一 定 的 優(yōu) 勢 但 也 存 在 一 些 問 題 1 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 方 法 由 于 受 到 相 機(jī) 拍 攝 角 度 果 蔬 在 輸 送 過 程 中 位 置 的 滾 動 以 及 分 級 要 求 的 復(fù) 雜 度 等 影 響 相 比 于 人 工 分 級 檢 測 而 言 其 分 級 準(zhǔn) 確 率 有 所 下 降 存 在 準(zhǔn) 確 率 不 足 的 問 題 2 在 缺 陷 檢 測 中 由 于 果 蔬 數(shù) 量 龐 大 相 互 之 間 存 在 交 叉 重 疊 扎 堆 的 現(xiàn) 象 數(shù) 字 圖 像 處 理 技 術(shù) 對 此 不 能 有 效 地 識 別 需 要 將 目 標(biāo) 規(guī) 整 排 列 步 驟 較 為 繁 瑣 在 排 列 中 也 會 存 在 損 傷 果 蔬 的 問 題 3 目 前 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 方 法 大 多 數(shù) 適 用 于 一 些 外 型 比 較 規(guī) 則 的 果 蔬 而 對 于 外 型 比 較 復(fù) 雜 的 果 蔬 應(yīng) 用 較 少 例 如 生 姜 紅 薯 等 4 在 實 際 生 產(chǎn) 中 果 蔬 分 揀 數(shù) 量 龐 大 增 添 設(shè) 備 數(shù) 量 又 會 增 加 成 本 因 此 數(shù) 字 圖 像 處 理 技 術(shù) 在 分 級 檢 測 效 率 上 還 需 進(jìn) 一 步 提 高 3 技 術(shù) 展 望 隨 著 數(shù) 字 圖 像 處 理 技 術(shù) 朝 著 動 態(tài) 多 維 更 高 分 辨 率 更 快 傳 輸 速 率 的 方 向 發(fā) 展 其 在 果 蔬 分 級 檢 測 中 的 應(yīng) 用 也 越 來 越 廣 泛 數(shù) 字 圖 像 處 理 技 術(shù) 在 現(xiàn) 代 果 蔬 分 級 檢 測 中 的 應(yīng) 用 潛 力 是 巨 大 的 其 發(fā) 展 趨 勢 主 要 包 括 1 三 維 特 征 提 取 針 對 果 蔬 重 疊 扎 堆 現(xiàn) 象 以 及 分 級 檢 測 要 求 利 用 3 D 視 覺 技 術(shù) 提 取 果 蔬 三 維 立 體 特 征 通 過 模 型 特 征 點 云 對 比 等 方 法 進(jìn) 行 分 級 檢 測 達(dá) 到 便 捷 又 高 效 的 目 的 2 算 法 智 能 化 為 了 適 應(yīng) 大 多 數(shù) 果 蔬 的 分 級 檢 測 需 要 提 出 一 種 對 于 不 同 種 類 果 蔬 以 及 在 不 同 的 運 作 環(huán) 境 下 能 夠 自 適 應(yīng) 調(diào) 節(jié) 參 數(shù) 自 適 應(yīng) 提 取 分 級 特 征 34F U J I A N N O N G J I 福 建 農(nóng) 機(jī) 第 3 期 2 0 2 1 的 算 法 并 結(jié) 合 深 度 學(xué) 習(xí) 框 架 達(dá) 到 同 種 算 法 對 不 同 目 標(biāo) 的 智 能 分 級 檢 測 3 多 模 塊 聯(lián) 合 分 檢 目 前 的 圖 像 處 理 技 術(shù) 僅 針 對 果 蔬 的 外 形 尺 寸 及 顏 色 特 征 來 進(jìn) 行 分 級 檢 測 未 來 可 將 圖 像 處 理 技 術(shù) 與 其 他 技 術(shù) 結(jié) 合 針 對 果 蔬 的 口 感 元 素 含 量 營 養(yǎng) 價 值 新 鮮 程 度 等 特 征 進(jìn) 行 多 元 分 級 檢 測 進(jìn) 一 步 可 結(jié) 合 互 聯(lián) 網(wǎng) 和 大 數(shù) 據(jù) 對 分 級 檢 測 后 的 目 標(biāo) 進(jìn) 行 質(zhì) 量 以 及 價 格 的 評 估 進(jìn) 而 評 估 出 經(jīng) 濟(jì) 效 益 等 相 信 在 不 久 的 將 來 數(shù) 字 圖 像 處 理 技 術(shù) 會 更 加 成 熟 在 農(nóng) 業(yè) 應(yīng) 用 中 開 拓 更 加 廣 闊 的 發(fā) 展 前 景 參 考 文 獻(xiàn) 1 朱 黎 輝 基 于 機(jī) 器 視 覺 的 球 形 果 蔬 自 動 化 分 級 技 術(shù) 研 究 D 成 都 四 川 師 范 大 學(xué) 2 0 1 5 2 郭 文 川 王 轉(zhuǎn) 衛(wèi) 朱 新 華 機(jī) 器 視 覺 技 術(shù) 在 果 蔬 的 識 別 和 分 級 中 的 應(yīng) 用 J 糧 油 加 工 與 食 品 機(jī) 械 2 0 0 2 5 3 2 3 3 3 劉 直 芳 王 運 瓊 朱 敏 數(shù) 字 圖 像 處 理 與 分 析 M 北 京 清 華 大 學(xué) 出 版 社 2 0 0 6 4 岳 亞 偉 薛 曉 琴 胡 欣 宇 數(shù) 字 圖 像 處 理 與 P y t h o n 實 現(xiàn) M 北 京 人 民 郵 電 出 版 社 2 0 2 0 3 4 5 陳 健 美 宋 余 慶 朱 峰 數(shù) 字 圖 像 處 理 與 分 析 M 鎮(zhèn) 江 江 蘇 大 學(xué) 出 版 社 2 0 1 5 3 6 郭 敬 峰 計 算 機(jī) 數(shù) 字 圖 像 處 理 技 術(shù) 的 研 究 現(xiàn) 狀 和 發(fā) 展 方 向 J 電 腦 迷 2 0 1 8 1 2 1 2 0 7 劉 文 耀 數(shù) 字 圖 像 采 集 與 處 理 M 北 京 電 子 工 業(yè) 出 版 社 2 0 0 7 8 D P r i j a t n a M M u h a e m i n R P W u l a n d a r i e t a l A S t u d y o f L i g h t L e v e l E f f e c t o n t h e A c c u r a c y o f I m a g e P r o c e s s i n g b a s e d T o m a t o G r a d i n g J E a r t h a n d E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e 2 0 1 8 1 4 7 1 0 0 5 0 1 2 9 沈 浩 基 于 機(jī) 器 視 覺 的 A O I 圖 像 采 集 系 統(tǒng) 設(shè) 計 J 自 動 化 應(yīng) 用 2 0 2 1 1 5 3 5 4 1 0 G A N B O L D O T G O N T S E T S E G 于 鴻 彬 李 志 鵬 等 基 于 圖 像 處 理 的 紅 棗 分 級 檢 測 方 法 設(shè) 計 J 安 徽 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 2 0 2 0 4 8 5 2 0 6 2 1 0 1 1 杜 云 鄭 羽 綸 張 效 瑋 基 于 圖 像 處 理 的 蘋 果 大 小 分 級 研 究 J 河 北 工 業(yè) 科 技 2 0 1 9 3 6 6 4 1 0 4 1 4 1 2 I f m a l i n d a A n d a s u r y a n i I P u t r i D e s i g n o f o r a n g e g r a d i n g s y s t e m b a s e d o n r e a l t i m e i m a g e p r o c e s s i n g J E a r t h a n d E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e 2 0 2 1 1 0 1 2 0 7 8 1 3 陳 卓 方 紀(jì) 昊 王 太 良 等 基 于 機(jī) 器 視 覺 的 蘋 果 分 級 方 法 研 究 J 機(jī) 電 信 息 2 0 1 8 3 0 1 5 6 1 5 7 1 4 魏 瑩 高 斯 濾 波 O p e n M P 并 行 化 J 通 訊 世 界 2 0 1 5 1 0 1 9 4 1 9 5 1 5 張 旭 明 徐 濱 士 董 世 運 用 于 圖 像 處 理 的 自 適 應(yīng) 中 值 濾 波 J 計 算 機(jī) 輔 助 設(shè) 計 與 圖 形 學(xué) 學(xué) 報 2 0 0 5 1 7 2 2 9 5 2 9 9 1 6 申 愛 敏 霍 曉 靜 王 文 娣 等 基 于 機(jī) 器 視 覺 的 核 桃 仁 大 小 自 動 分 級 技 術(shù) J 江 蘇 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 2 0 1 6 4 4 9 3 8 3 3 8 5 1 7 杜 云 曹 世 佳 賈 科 進(jìn) 等 基 于 圖 像 處 理 的 大 蒜 蒜 種 品 質(zhì) 無 損 分 級 方 法 研 究 J 河 北 工 業(yè) 科 技 2 0 1 8 3 5 5 3 1 7 3 2 1 1 8