基于機(jī)器視覺哈密瓜外部品質(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，產(chǎn)品暢銷國內(nèi)外。目前，種植面積和產(chǎn)量逐年增加，給當(dāng)?shù)貛砜捎^的經(jīng)濟(jì)效益。但是，新疆哈密瓜品質(zhì)檢測、分級方法比較落后，主要靠人工檢測和分級，這種方式的弊端是主觀性太強(qiáng)，而且容易疲勞，直接導(dǎo)致檢測和分級的效率低、精度低。
　　因此，本文主要以新疆哈密瓜為研究對象，基于機(jī)器視覺技術(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)測哈密瓜成熟等級。為今后在線哈密瓜分級以及田間哈密瓜成熟度等級快速無損鑒定設(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)化實驗。構(gòu)建田間靜態(tài)RGB圖像采集系統(tǒng)和實驗室在線RGB圖像采集系統(tǒng)。根據(jù)哈密瓜個體特征，通過預(yù)實驗確定攝像機(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比，確定使用R-B波段差圖像實現(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。對處于成熟期的30個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、面積、長軸長度和短軸長度幾何特征變化較明顯，

5、其前期增長較快，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，變化范圍在60-100°之間;分析不同特征與成熟度等級相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)面積、周長、果型指數(shù)三個幾何特征，能量、熵、對比度、均勻性四個紋理特征，60°、70°、90°和100°的四個色調(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的鑒定。
　　4)田間哈密瓜成熟等級預(yù)測研究。以上述21個特征做主成分分析，使用前7個主