專利名稱：一種基于計算機視覺的淡干海參復水可視化監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請是一種在淡干海參深加工過程中采用計算機視覺進行監(jiān)控的方法，是現(xiàn)代 信息處理技術(shù)與海產(chǎn)品深加工的結(jié)合。
背景技術(shù)：
由于海參的本身特性，活體不能長時間的保存，需要將活體海參制成淡干海參，在 需食用時進行復水得到食材。2003年我國海參產(chǎn)量達到了 5萬噸，其中80%會做成淡干海 參。因此，如何有效地對淡干海參進行復水非常重要。目前我國淡干海參復水主要依靠人工，而淡干海參的復水過程需要較長時間，三 種溫度水中復水時間總和大約需要40小時，特別是在50°C水中復水，是整個海參復水的關(guān) 鍵部分，淡干海參在50°C水中復水成功的標準是其長度增大到原來的2 2. 5倍，體積增大 到約為復水開始時體積的10倍，此時的海參具有較好的口感，適宜食用。在50°C水中復水 時，判斷復水成功的難度很大，需要經(jīng)驗豐富的工人長時間觀察監(jiān)視，判別海參的體型變化 狀況，工人的勞動強度較大。因此海參復水的自動監(jiān)控系統(tǒng)的研制不僅可以減少企業(yè)的勞 動力使用，降低工人的勞動強度，同時也可以提高海參復水的質(zhì)量，對海洋珍品產(chǎn)業(yè)的開發(fā) 有積極的意義。計算機視覺主要研究如何使用計算機來模擬人的視覺功能，通過采集目標物體的 圖像來還原現(xiàn)實世界模型，以用于實際檢測、測量或控制。在國外，計算機視覺技術(shù)在水產(chǎn)品加工方面已經(jīng)得到了相當廣泛的應用，比如三 文魚片上的黑點檢測，其特點是檢測成功率高、速度快，可以節(jié)省大量人力資源。在我國，在水產(chǎn)品深加工方面應用較少，在農(nóng)業(yè)上有了較多的應用，主要有一些水 果的成熟度監(jiān)測和大小分級，基于計算機視覺的海參復水自動監(jiān)控系統(tǒng)的研究成功可填補 計算機視覺在水產(chǎn)品深加工方面的技術(shù)空白。

發(fā)明內(nèi)容
本申請的目的是研究一種監(jiān)控淡干海參復水過程的方法，在海參復水過程中引進 計算機視覺技術(shù)，利用計算機信息處理技術(shù)對海參體型變化進行實時監(jiān)控。淡干海參在食用前需要在100°C、50°C、4°C等三種不同溫度的水中進行復水。 100°C水中復水時間為60分鐘，目的是軟化淡干海參，增加其吸水性能；4°C水中復水的時 間約1200分鐘，目的是提高海參的彈性，增加口感；成功的關(guān)鍵部分是50°C水中的復水，體 型變化是判斷淡干海參50°C水中復水成功的主要標準。通過采集海參目標圖像，使用圖像 處理技術(shù)獲取海參體型變化數(shù)據(jù)，結(jié)合復水中海參重量、彈性等技術(shù)參數(shù)，建立海參復水過 程中體型與復水效果的數(shù)學模型，以海參復水的實時體型為參數(shù)，繪制體型變化與復水時 間的關(guān)系曲線。在海參復水達到成功標準前后，其曲線的變化趨向與橫坐標軸平行，曲線斜 率趨近于0。根據(jù)海參個體的不同，其復水所需時間也有較大差別。依據(jù)體型變化曲線，可 以準確地確定海參復水成功與否，有效減少海參復水過度以及個體之間復水不均衡狀況的發(fā)生，縮短復水時間，節(jié)約各種資源。具體來說，本申請采用的技術(shù)方案為，一種基于計算機視覺的淡干海參復水自動 監(jiān)控方法，包括以下步驟步驟一，將預處理后的淡干海參進行復水；步驟二，采集復水圖 像，實時記錄所述淡干海參的體型數(shù)據(jù)，并形成一以實時所述淡干海參體型面積和復水時 間構(gòu)成的所述淡干海參復水軌跡曲線；步驟三，對所述軌跡曲線進行曲線擬合，并計算所述 擬合曲線的切線斜率；步驟四，判斷所述擬合曲線的切線斜率是否滿足復水標準，如果滿足 則結(jié)束，若不滿足轉(zhuǎn)入步驟二。比較好的是，所述步驟一中，所述預處理是將所述淡干海參經(jīng)過100°C沸水煮，所 述復水的溫度按照各階段的復水要求進行調(diào)整。比較好的是，所述步驟三中，所述曲線擬合采用3次曲線方程為f (x) = pl*x"3+p2*x"2+p3*x+p4所述3次曲線方程的切線斜率方程為f ‘(χ) = al*x"2+a2*x"2+a3其中，χ表示所述軌跡曲線的橫坐標，pi、p2、p3、p4表示曲線方程的系數(shù)，是根據(jù) 所述淡干海參復水軌跡曲線的離散點通過最小二乘法計算得出，al、a2、a3是切線斜率方程 的系數(shù)。比較好的是，所述步驟一中的復水溫度為50°C，上下溫度變化范圍士2°C。比較好的是，所述步驟四中，在滿足所述復水標準后，進一步包括將所述淡干海參 轉(zhuǎn)移至4°C水中繼續(xù)復水。比較好的是，所述步驟二中，所述采集圖像的頻率包括1張/分鐘。使用本申請的方法，1)通過海參復水的計算機視覺監(jiān)控，實現(xiàn)淡干海參復水的精 確化、無人化；2)提高淡干海參復水效率，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本；3)克服傳統(tǒng)淡干海參復水 過程中需要人工干預、海參復水后質(zhì)量差別較大的缺點；4)減少企業(yè)的勞動力使用，降低 工人的勞動強度；5)將計算機視覺技術(shù)應用于水產(chǎn)品加工，提升海參加工的技術(shù)含量。本申請應用于實際生產(chǎn)后，可以改變現(xiàn)有的海參復水加工方式、拓寬原有的技術(shù) 領(lǐng)域，縮短國內(nèi)外海珍品加工技術(shù)的差距，對我國水產(chǎn)加工業(yè)的發(fā)展具有積極的意義。


下面，參照附圖，對于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員而言，從對本申請方法的詳細描述 中，本申請的上述和其他目的、特征和優(yōu)點將顯而易見。圖1示出了本申請方法在實際應用中的具體實例；圖2示出了本申請的基于計算機視覺的淡干海參復水流程圖。
具體實施例方式請具體參照附圖1，附圖1示出了本申請方法在實際應用中的具體實例，圖示為一 幅二維坐標圖，本圖為海參復水成功后的擬合坐標圖，橫坐標表示海參復水時間，單位是分 鐘，橫坐標是復水過程中的海參圖像像素數(shù)量，表示海參復水面積。參照附圖2，附圖2示出了本申請的基于計算機視覺的淡干海參復水流程圖，隨后 對本申請中實例進行說明。
實施步驟1 將經(jīng)過100°C沸水煮過的淡干海參轉(zhuǎn)移至復水槽中，溫度調(diào)節(jié)至50°C，上下溫度變化范圍士2°C ；實施步驟2 在復水的過程中，使用計算機視覺系統(tǒng)按照一分鐘采集一張復水圖 像，并處理得到復水海參實時體型數(shù)據(jù)。復水的水溫控制在50士2°C。通過攝像機攝取海參 復水實時圖像，利用計算視覺技術(shù)計算圖像中目標海參體型的大小并進行記錄。以實時體型面積為縱坐標，以復水時間為橫坐標，由這些數(shù)據(jù)構(gòu)成了一系列的反 應實時體型數(shù)據(jù)的離散的點。在本實例中，面積表示為經(jīng)由攝像機采取到的海參圖像的象 素數(shù)，橫坐標表示為復水時間，用分鐘表示。圖1中可以看到很多的離散點，這些點表示了 實際復水過程中復水海參體型的變化軌跡。實施步驟3 對上述步驟2中得到的數(shù)據(jù)進行曲線擬合，并計算擬合曲線的切線斜 率。在復水過程中每分鐘對記錄的離散點進行曲線擬合，曲線擬合采用3次曲線方程，方程 的系數(shù)依據(jù)海參復水過程中的離散點通過最小二乘法計算得出。對得到的3次曲線方程求 導得到2次的斜率方程；具體實施實例說明，如上述步驟進行海參復水，在復水成功時擬合的曲線方程 為f(x) = pl*x"3+p2*x"2+p3*x+p4pi = 1. 3437e-005p2 = -0. 051293p3 = 62. 505p4 = 4845. 2此時曲線方程的切線斜率方程為f ‘(χ) = al*x"2+a2*x"2+a3al = 4. 0311e_005a2 = -0· 102586a3 = 62. 505上述公式即由圖1中的這些離散點，在計算機中擬合出的3次曲線方程。其中，pi、 p2、p3、p4表示曲線方程的系數(shù)，al、a2、a3是切線斜率方程系數(shù)，根據(jù)此擬合曲線方程，根 據(jù)曲線的切線斜率可以表示曲線在切線點與水平橫坐標的平行度關(guān)系，因此可以用來表示 海參體型變化的趨勢。實施步驟4 對得到斜率進行判斷，是否達到復水成功標準，生產(chǎn)中廠家可以通過 計算機預定等手段實現(xiàn)這里的復水標準，若成功轉(zhuǎn)向步驟5，若沒則轉(zhuǎn)向步驟2 ；本實例中， 通過檢測，在復水時間為1000分鐘時，海參復水成功。通過數(shù)據(jù)分析，方程中對應復水時間 為1000分鐘時的曲線切線斜率為0.025。經(jīng)由多組經(jīng)驗數(shù)據(jù)得出的平均斜率，即可作為視 覺監(jiān)控中判別海參復水完成的依據(jù)。實施步驟5 結(jié)束該可視化監(jiān)控流程，提示將50°C水復水成功的淡干海參轉(zhuǎn)移至 4°C水中繼續(xù)復水。在實際生產(chǎn)中，當海參的體型曲線達到判別值時，即可由計算機控制將海參轉(zhuǎn)到 下一道程序，繼續(xù)生產(chǎn)，從而實現(xiàn)高效率自動化生產(chǎn)。說明，本實例中海參復水采取先用100°C沸水煮后溫水浸泡的工藝。根據(jù)工藝的不同，操作步驟和技術(shù)要求會略有不同，而本申請中的可視化監(jiān)控同樣適用于其他工藝下的 復水過程。本申請?zhí)钛a國內(nèi)海參復水可視化監(jiān)控的空白，改變目前靠人工經(jīng)驗判別，技術(shù)落 后的局面，提高了海參復水的效率和產(chǎn)品穩(wěn)定性，提高自動化程度，促進了我國海珍品加工 業(yè)的發(fā)展。以上實施實例僅供說明本申請之用，而非對本申請的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本申請的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化，因此所有等同 的技術(shù)方案也應該屬于本申請的范疇應由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
一種基于計算機視覺的淡干海參復水自動監(jiān)控方法，包括以下步驟步驟一，將預處理后的淡干海參進行復水；步驟二，采集復水圖像，實時記錄所述淡干海參的體型數(shù)據(jù)，并形成一以實時所述淡干海參體型面積和復水時間構(gòu)成的所述淡干海參復水軌跡曲線；步驟三，對所述軌跡曲線進行曲線擬合，并計算所述擬合曲線的切線斜率；步驟四，判斷所述擬合曲線的切線斜率是否滿足復水標準，如果滿足則結(jié)束，若不滿足轉(zhuǎn)入步驟二。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于計算機視覺的淡干海參復水自動監(jiān)控方法，其特征在 于，所述步驟一中，所述預處理是將所述淡干海參經(jīng)過100°C沸水煮，復水溫度按照各階段 的復水要求進行調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于計算機視覺的淡干海參復水自動監(jiān)控方法，其特征在 于，所述步驟三中，所述曲線擬合采用3次曲線方程為<formula>formula see original document page 2</formula> (1) 所述3次曲線方程的切線斜率方程為 <formula>formula see original document page 2</formula>(2)其中，χ表示所述軌跡曲線的橫坐標，pl、p2、p3、p4表示曲線方程的系數(shù)，是根據(jù)所述 淡干海參復水軌跡曲線的離散點通過最小二乘法計算得出，al、a2、a3是切線斜率方程的系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于計算機視覺的淡干海參復水自動監(jiān)控方法，其特征在 于，所述步驟一中的復水溫度為50士2°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于計算機視覺的淡干海參復水自動監(jiān)控方法，其特征在 于，所述步驟四中，在滿足所述復水標準后，進一步包括將所述淡干海參轉(zhuǎn)移至4°C水中繼 續(xù)復水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于計算機視覺的淡干海參復水自動監(jiān)控方法，其特征在 于，所述步驟二中，所述采集圖像的頻率包括1張/分鐘。
全文摘要
本申請公開了一種基于計算機視覺的淡干海參復水自動監(jiān)控方法，包括以下步驟步驟一，將預處理后的淡干海參進行復水；步驟二，采集復水圖像，實時記錄所述淡干海參的體型數(shù)據(jù)，并形成一以實時所述淡干海參體型面積和復水時間構(gòu)成的所述淡干海參復水軌跡曲線；步驟三，對所述軌跡曲線進行曲線擬合，并計算所述擬合曲線的切線斜率；步驟四，判斷所述擬合曲線的切線斜率是否滿足復水標準，如果滿足則結(jié)束，若不滿足轉(zhuǎn)入步驟二。本申請使用攝像機實時采集海參復水的圖像，傳輸給計算機對圖像進行分析處理，通過擬合海參復水體型變化的模擬曲線，以此判斷海參復水是否達到復水要求。
文檔編號A23L1/333GK101822392SQ200910047140
公開日2010年9月8日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者徐文其, 徐皓, 林蔚, 沈建, 王超群, 薛長湖, 鄭曉偉 申請人:中國水產(chǎn)科學研究院漁業(yè)機械儀器研究所