基于计算机视觉技术的秀珍菇外观品质在线分选研究

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目前国内食用菌分选技术落后,主要依靠人工完成。由于人工作业的效率低,且分类精度因工作人员的疲劳程度而标准不一,很难达到分选标准的要求。因此,研制新型机械化设备代替人工分选已成为该行业发展的必然趋势。本研究采用计算机视觉技术对秀珍菇外观质量进行检测和分选,并在此基础上,设计了一套秀珍菇在线分选系统。研究的主要内容如下:   1.秀珍菇动态图像实时采集系统研制。组建一个由旋转工作台、摄像头、图像采集卡、计算机等设备组成的秀珍菇动态图像实时采集装置;选择合适的光源和背景,优化光源照射条件、摄像头拍摄位置等,保证能够采集到清晰的图像以便后续处理;设计了秀珍菇图像在线采集及处理软件系统,采用多线程技术设计整个软件流程,使图像的采集、处理和机器动作紧密结合在一起,以便于秀珍菇图像的快速采集和分析。   2.秀珍菇分选研究。采集秀珍菇的动态图像,通过贝叶斯转换、白平衡和伽马校正转换为需要的彩色图像;通过背景去除得到秀珍菇的二值图像;对二值图像进行平滑降噪以提高图像质量;针对秀珍菇特有的形状特征进行了分割;然后,提取菌盖的最大费雷特径作为秀珍菇的大小特征;提取菌盖有效区域内的平均饱和度值作为秀珍菇的颜色特征;提取分形维数、菌盖偏心率、菌柄弯曲度和相对位移等四个参数来描述秀珍菇的整菇、菌盖和菌柄的形状特征,最后,采用模式识别方法对提取的秀珍菇外观特征进行识别,实现了基于秀珍菇外观品质的分级。选取7个等级共245个秀珍菇,总体识别正确率为85.3%。   3.图像处理及识别算法的研究。由于秀珍菇菌柄和菌盖衔接处没有出现明显的不连续性,且形状不规则,利用传统的图像分割算法很难将这两者分割开来。在图像分割过程中,提出了基于轮廓拐点和基于骨架的分割方法,成功实现了秀珍菇菌柄和菌盖的分割,为后续特征的有效提取和最后实现分级打下了基础。   4.秀珍菇在线分选系统的设计:在秀珍菇动态实时采集装置的基础上,设计了一套基于计算机视觉的秀珍菇在线分选系统。整体结构设计包括输送系统、计算机视觉系统、气动分选系统以及电气控制系统四大部分。输送系统包括进料机构和传输机构,保证秀珍菇传送到视觉检测区;计算机视觉系统对动态的秀珍菇进行实时拍摄、检测和定位;气动分选系统采用高压气流对已定位的秀珍菇进行分选;控制系统实现整个系统的协调运行。   研究结果表明,计算机视觉技术可快速、高效地区分不同外观等级的秀珍菇,研究结果为实现秀珍菇外观的机械化分级以代替人工检测提供了理论基础和技术支持。
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