基于機(jī)器視覺(jué)哈密瓜外部品質(zhì)與成熟度分析研究.pdf

1、新疆哈密瓜享有瓜中之王的美譽(yù)，深受人們的喜愛(ài)，產(chǎn)品暢銷國(guó)內(nèi)外。目前，種植面積和產(chǎn)量逐年增加，給當(dāng)?shù)貛?lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。但是，新疆哈密瓜品質(zhì)檢測(cè)、分級(jí)方法比較落后，主要靠人工檢測(cè)和分級(jí)，這種方式的弊端是主觀性太強(qiáng)，而且容易疲勞，直接導(dǎo)致檢測(cè)和分級(jí)的效率低、精度低。
　　因此，本文主要以新疆哈密瓜為研究對(duì)象，基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)搭建在線圖像采集系統(tǒng)和田間采集系統(tǒng)，綜合應(yīng)用生物物料學(xué)、光學(xué)、圖像處理和模式識(shí)別技術(shù)，研究新疆哈密瓜不同成熟期的

2、外部特征變化規(guī)律，并基于外部特征（形態(tài)特征、紋理特征、顏色特征）預(yù)測(cè)哈密瓜成熟等級(jí)。為今后在線哈密瓜分級(jí)以及田間哈密瓜成熟度等級(jí)快速無(wú)損鑒定設(shè)備的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。
　　主要研究結(jié)論如下:
　　1)哈密瓜RGB圖像采集系統(tǒng)構(gòu)建與參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。構(gòu)建田間靜態(tài)RGB圖像采集系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)室在線RGB圖像采集系統(tǒng)。根據(jù)哈密瓜個(gè)體特征，通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)確定攝像機(jī)、鏡頭、光源、觸發(fā)器、光源和光源箱尺寸和安裝參數(shù)，并獲得最佳采集參數(shù)。
　　2)哈

3、密瓜圖像預(yù)處理、分割和主要特征提取。對(duì)比不同背景哈密瓜圖像的質(zhì)量，確定哈密瓜背景為黑色卡紙;裁切原始哈密瓜圖像，去除多余背景;采用同態(tài)濾波算法校正圖像，減小光照不均勻影響;采用多種分割方法對(duì)比，確定使用R-B波段差圖像實(shí)現(xiàn)閾值分割，形態(tài)學(xué)方法去除果梗區(qū)域，以最終二值圖像獲取哈密瓜尺寸、形態(tài)特征;基于最終二值圖像對(duì)哈密瓜B分量圖像做掩模，提取其整體和感興趣區(qū)域的灰度共生矩陣紋理特征;哈密瓜RGB圖像進(jìn)行HSV空間變換，以最終二值圖像對(duì)哈密

4、瓜H分量圖像做掩模，提取其整體和感興趣區(qū)域在0-359°區(qū)間，以10°為間隔的累積色度頻度信息，作為哈密瓜色度特征。
　　3)研究不同成熟期田間哈密瓜幾何特征和光學(xué)特征變化規(guī)律，并確定最佳特征。對(duì)處于成熟期的30個(gè)田間哈密瓜樣本采集28天圖像，選取可用的611幅樣本圖像，分析哈密瓜整體和感興趣區(qū)域（果梗、花萼和中部3個(gè)不同位置）的幾何、光學(xué)特征變化規(guī)律。結(jié)果表明:不同成熟期哈密瓜，周長(zhǎng)、面積、長(zhǎng)軸長(zhǎng)度和短軸長(zhǎng)度幾何特征變化較明顯，

5、其前期增長(zhǎng)較快，后期變化較小;基于灰度共生矩陣的4種紋理特征變化明顯;色度頻度分布曲線向色相減小方向移動(dòng)，變化范圍在60-100°之間;分析不同特征與成熟度等級(jí)相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)面積、周長(zhǎng)、果型指數(shù)三個(gè)幾何特征，能量、熵、對(duì)比度、均勻性四個(gè)紋理特征，60°、70°、90°和100°的四個(gè)色調(diào)累積頻度特征與哈密瓜成熟度相關(guān)性最高，能夠用于哈密瓜成熟等級(jí)的鑒定。
　　4)田間哈密瓜成熟等級(jí)預(yù)測(cè)研究。以上述21個(gè)特征做主成分分析，使用前7個(gè)主