基于机器视觉南疆红枣颜色分级方法研究

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本论文南疆的骏枣和灰枣为试验样本,结合国标GB/T5835-2009红枣外观检测分级方法,运用机器视觉检测技术和数字图像处理技术,进行图像采集、预处理和分析,提取红枣的颜色、纹理和缺陷特征结合BP神经网络方法。探索开展了南疆红枣的外部品质的定量化分级研究。主要运用matlab编写的图像预处理算法对采集的红枣图像进行处理,提取红枣的颜色特征参数为BP神经网络输入层,实现红枣品质分级;利用RGB模型和HSI模型,分别提取红枣图像中提取红体均值(R)、绿体均值(G)和蓝体均值(B)以及它们的均方差σ R、σ G、σ B共6种颜色特征变量;再将图像从RGB到HSI颜色空间转换,然后从HIS颜色空间中,提取色度均值(H)、亮度均值(I)和饱和度均值(S)以及它们的各自的均方差σ H、σ S、σ I共6个颜色特征变量,总计12个颜色特征变量作为BP神经网络的输入层,实现红枣颜色分级;针对纹理,采用统计的方法,均值、标准差、平滑度、三阶矩、一致性和熵直方图统计特征作为6个指标,实现红枣纹理检测;红枣缺陷检测问题,通过获取红枣图片,对原始图像进行预处理,然后进行图像分割、特征提取和图像识别,先求得缺陷部分的像素个数S1,之后求得红枣部分像素S2,两者比值k=S1/S2是试验判断缺陷红枣的依据,实现缺陷剔除。实验得出的研究成果如下:(1)红枣缺陷检测,按照国标GB/T5835-2009规定病虫、浆头和破头不得超过5%。试验按照判断为表面完好红枣,判断为缺陷枣。根据缺陷面积与红枣表面面积比值来判断表面完好的红枣准确高达91.33%,判断表面有缺陷的红枣准确率为89.33%。(2)红枣纹理分级,取300张红枣图片作为学习集,60张用作测试集。将提取的均值、标准差、平滑度、三阶矩、一致性和熵6个纹理特征作为输入层节点数,即InPoint=6。鉴定的红枣分为3个等级,即输出层节点为3(OutPoint=3),则中间层节点为MidPoint=(InPoint+OutPoint)/2=4.5,经计算MidPoint=4与MidPoint=5分级的准确率相同,我们取MidPoint=4,学习率η=0.01,最大训练次数5000次,最小均方误差为0.01。试验发现:一级红枣识别率为97.8%,二级红枣识别率为80%,三级红枣识别率为95.6%。(3)红枣颜色分级,采用RGB颜色模型和HSI颜色模型通过分级时,将红枣分为特级、一级、二级、三级和等外,特级红枣识别率为96%,一级红枣识别率为80%,二级红枣识别率为84%,三级红枣识别率为94%,等外红枣识别率为98%。
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