一種基于計算機視覺的水果外形分級方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種利用計算機技術實現水果自動檢測技術，具體涉及一種基于計算 機視覺的水果外形分級方法。
【背景技術】
[0002] 我國是一個水果生產大國，但國內水果價格低、"賣果難"的問題經常出現。而且我 國水果以本國消費為主，參與國際貿易的比例一直很低，其中一個重要原因就是采摘后商 品化處理落后，外觀質量較差，導致水果的市場競爭力比較弱。快速、準確的實現水果外形 分級是提高經濟效益、增強產業國際競爭力的一項重要措施。
[0003] 傳統的水果外形分級方法依靠熟練工人的經驗、目測或者簡單的機械裝置來實現 水果分級，很難保證結果的準確性和有效性，無法在流水線推廣使用，不能滿足市場的要 求。隨著計算機技術和圖像處理技術的迅速發展，國內外研究人員已經開始將計算機視覺 理論應用于農業生產及農業現代化方面。然而，現有的水果分級方法中，針對外形分級的方 法較少，速度較慢，實用性不夠廣泛。
[0004] 因此，研究便捷、快速、準確的水果外形分級方法，對減輕工作勞動強度，提高工作 效率和準確性具有重要意義。

【發明內容】

[0005] 為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提出一種基于計算機視覺的水 果外形分級方法，利用計算機技術及圖像處理技術，在較短的時間內可以準確判斷水果大 小、圓形度等，以便后續確定水果等級，降低工人勞動強度，提高生產效率。
[0006] 為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是： 一種基于計算機視覺的水果外形分級方法，包括以下步驟： 步驟1 :將要分級的水果排列、拍照，得到分級前的原始圖像； 步驟2 :將步驟1獲取到的原始彩色圖像轉換為256色灰度圖像； 步驟3 :使用濾波窗口對256色灰度圖像進行增強處理，以消除細小的紋理細節以及噪 聲像素； 步驟4:選取合適的閾值，將步驟3得到的圖像轉換為只有黑和白兩種顏色的二值圖 像； 步驟5 :對二值圖像進行連通域標記，得到單個水果的輪廓并計算單個水果的周長和 面積； 步驟6 :根據周長和面積計算水果圓形度； 步驟7 :通過大量樣本訓練，觀察不同等級水果的周長、面積及圓形度分布規律，得到 衡量水果外形等級的閾值； 步驟：8:輸出外形分級結果。
[0007] 所述的原始彩色圖像轉換為灰度圖像這一步驟采用最大值法，即各個色彩分量# =(?=萬=max(Τζ6；功，以保證得到亮度較大的灰度圖像。
[0008] 所述的圖像增強處理是將步驟2得到的256色灰度圖像進行濾波，以減少灰塵及 光照等干擾引起的噪聲，起到增強水果截面特征的作用；具體方法是：從圖像的左上角第 一個像素開始，利用濾波窗口進行逐個像素的從左到右、從上到下的掃描，用窗口中各點的 灰度值的中值來代替窗口中心點像素的灰度值。
[0009] 所述的濾波窗口為5X5像素。
[0010] 所述的合適的閾值是通過灰度圖像的直方圖，閾值選取在兩個波峰之間。
[0011] 所述的連通域標記是為區分每一個水果個體，為后續計算圓形度做準備。
[0012] 所述二值圖像標記，是為了將每一個水果個體區分開，以便進行后續圓形度計算； 由于圖像中目標像素比較集中，采用圖段法對圖像進行標記；所述的圖段，指的是二值圖像 中任意一行中連續的目標像素的序列，圖段之間被背景像素或行邊界分隔；為此，本步驟需 要以下兩個步驟： 1) 為掃描到的每一個圖段分配一個臨時標記，同時尋找是否存在與此圖段存在鄰接關 系的圖段，記錄并解析所有等價標記； 2) 用等價標記中的最小值替換所有與之等價的標記； 在進行連通域標記過程中，我們需要對目標二值圖像進行兩次從上到下、從左到右的 掃描，如圖2所示，在第一次掃描過程中，對于尋找到的每一個圖段，需要檢查上一行中已 經掃描過的圖段，并進行以下處理： a、 如果上一行中沒有與當前圖段形成鄰接關系的圖段，給當前圖段分配一個臨時標 記； b、 如果上一行中有一個圖段當前圖段形成鄰接關系，將當前圖段的標記為上一行中的 圖段的標記； c、 如果上一行中有多個圖段與當前圖段形成鄰接關系，將當前圖段標記為與之形成鄰 接關系的任意圖段的標記，同時記錄這些等價標記； 對圖段賦以標記后，我們需要對等價標記進行處理，以便確定哪些標記屬于同一個連 通域，具體操作如下： 對每一個新標記A創建一個等價標記集5；使得={/?};如果兩個標記集af 、 Af5Χκ)屬于等價標記，合并兩個集合，
.，其中，r是?和κ 中的較小值； 第一次掃描完成后，所有的位于等價標記集5Xa)之中的標記是等價標記，a是這些標 記的代表標記； 第二次掃描的任務是標記替換，用代表標記替換等價標記集中的所有標記； 得到每一個水果個體后，需要尋找每一個水果個體的輪廓，輪廓所有的像素之和就是 每一個水果個體的周長，輪廓中所有目標像素就是水果面積。
[0013]所述的圓形度計算公式為其中6?圓形度，J為對象面積，/為對象周 長。
[0014] 與現有技術相比，本發明可以準確、快速、實時的對水果進行外形分級，實現無損 檢測。由于本發明采用計算機技術及圖像處理技術，在較短的時間內可以準確給出給定樣 本中的大小、圓形度等外觀信息，從而降低工人勞動強度和出錯率，提高生產效率。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明方法處理流程圖。
[0016] 圖2為本發明標記連通域時所用圖段及鄰接關系示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖對本發明的實施方式作進一步詳細說明。 實施例
[0018] 本發明為一種基于計算機視覺的水果外形分級方法，以臍橙為例作為被測對象， 包括如下步驟： 步驟1，將要分級的臍橙排列、使用〇財目機拍照，得到分級前的原始圖像，為了和臍橙 個體顏色區分明顯，可以選用白色的背景； 步驟2,由于相機獲取的原始圖像為彩色圖像，為了后續處理方便，需要將原始的 彩色圖像轉換為256色灰度圖像，本發明中采用最大值法將步驟1獲取到的原始的彩色圖 像轉換為8位256色灰度圖像，即各個色彩分量#=f=萬=maxU功，以保證得到 亮度較大的灰度圖像； 步驟3,使用大小為5X5像素的濾波窗口對256色灰度圖像進行增強處理，以消除細 小的紋理細節以及噪聲像素，所述圖像增強處理是將步驟2得到的256色灰度圖像進行濾 波，以減少灰塵及光照等干擾引起的噪聲，起到增強水果截面特征的作用，具體方法是：從 圖像的左上角第一個像素開始，利用濾波窗口進行逐個像素的從左到右、從上到下的掃描， 用窗口中各點的灰度值的中值來代替窗口中心點像素的灰度值，為了避免臍橙表面的斑點 干擾，將此步驟重復操作兩次； 步驟4,選取合適的閾值，將步驟3得到的圖像轉換為只有黑和白兩種顏色的二值圖 像，以便于后續的臍橙個體標記、參數計算。由于圖像內容較為單一，只有臍橙和白色的背 景，所以可以利用灰度圖像的直方圖，選取波峰之間的灰度值作為二值化的閾值。對于表面 不太光滑的臍橙，可以利用數學形態學的方法選取2X2像素的特征塊對二值化后的圖像 進行先腐蝕、后膨脹操作，以便于得到邊界光滑的二值圖像。
[0019] 步驟5,對二值圖像進行連通域標記，得到單個臍橙的輪廓并計算單個臍橙的周長 和面積。所述二值圖像標記，是為了將每一個臍橙個體區分開，以便進行后續圓形度