本發(fā)明涉及一種測(cè)定方法及其設(shè)備，特別是一種整精米率批量測(cè)定方法及其設(shè)備。

背景技術(shù)：

隨著計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的發(fā)展，其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域上已得到廣泛的應(yīng)用(mccarthyandhancocketal.,2010；sakamotoandgitelsonetal.,2012；leeandlee,2013)，在大米品質(zhì)的研究上也越來越多，包括米粒幾何特征(emadzadehandrazavietal.,2010；mebatsionandpaliwaletal.,2012；bornhorstandkostlanetal.,2013)、裂紋分析(lanandfangetal.,2002；shimizuandhaqueetal.,2008；linandchenetal.,2012)、堊白分析(yoshiokaandiwataetal.,2007；sunandliuetal.,2014)、透明度分析(fangandhuetal.,2015)等。

對(duì)于利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)進(jìn)行大米整精米率檢測(cè)的研究也有一定的進(jìn)展，yadav,b.k.等人(yadavandjindal,2001)通過提取二維圖像中整精米和破碎米的長(zhǎng)度、周長(zhǎng)、投影面積等特征參數(shù)，建立整精米率的定量估算模型，最小rmse為1.1％。；vandalen(vandalen,2004)利用平臺(tái)掃描和圖像分析技術(shù)檢測(cè)整精米和破碎米，結(jié)果表明，該方法在保證精度的同時(shí)比人工檢測(cè)縮短了大量時(shí)間。

然而缺少對(duì)整精米檢測(cè)方法系統(tǒng)的描述，如批量化設(shè)備的構(gòu)建、高效整精米檢測(cè)方法的描述。這些現(xiàn)有技術(shù)仍然處于理論研究階段，很多都是在理想情況下進(jìn)行精米率計(jì)算，而實(shí)際生產(chǎn)或測(cè)量過程中，無法將米粒排列整齊或者平鋪均勻，因此需要一種能夠?qū)嶋H運(yùn)用的整精米率批量測(cè)定方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種整精米率批量測(cè)定方法及其設(shè)備，它能夠在生產(chǎn)中快速準(zhǔn)確地獲取整精米率。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種整精米率批量測(cè)定方法，其特征在于包含以下步驟：

步驟一：圖像獲取，將米粒通過振動(dòng)器均勻散落在傳送帶上，相機(jī)在正上方拍照獲取米粒初始圖像；

步驟二：圖像預(yù)處理，將米粒從背景中提取出來，并進(jìn)行去噪和平滑處理；

步驟三：分離粘連米粒，利用凹點(diǎn)檢測(cè)和凹點(diǎn)匹配分離粘連米粒；

步驟四：識(shí)別整精米，利用最小外接矩形法計(jì)算粒長(zhǎng)，從而識(shí)別整精米；

步驟五：計(jì)算整精米率：利用整精米率公式hry＝s_hr/s_total×100％計(jì)算整精米率。

進(jìn)一步地，所述步驟一中傳送帶采用黑色皮帶。

進(jìn)一步地，所述步驟一中相機(jī)垂直放置在傳送帶正上方30cm處，傳送帶勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，每隔5s拍攝一次。

進(jìn)一步地，所述步驟二具體為，通過自適應(yīng)閾值分割法將米粒從黑色背景中提取出來，對(duì)圖像中所有連通區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，噪聲的連通區(qū)域像素?cái)?shù)遠(yuǎn)小于米粒像素?cái)?shù)，設(shè)置合適的閾值將噪聲點(diǎn)去除，最后，采用3*3像素模板對(duì)圖像進(jìn)行中值濾波實(shí)現(xiàn)米粒邊緣的平滑處理。

進(jìn)一步地，所述步驟三中凸點(diǎn)檢測(cè)具體為，設(shè)置合適的模板，選取坐標(biāo)值最小的米粒邊緣像素點(diǎn)，以該點(diǎn)為中心延邊緣順時(shí)針行走，計(jì)算每個(gè)模板中米粒像素?cái)?shù)的占有率，ecmp值計(jì)算公式：

其中pf是米粒像素?cái)?shù)，sm為模板尺寸。

進(jìn)一步地，所述步驟三中凸點(diǎn)匹配具體為，設(shè)置協(xié)同約束條件，達(dá)到多凹點(diǎn)的正確匹配：

1)以一個(gè)任意凹點(diǎn)a作為匹配的基本點(diǎn)bp，并設(shè)該bp為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，找到米粒邊緣與ecmp所用模板的交點(diǎn)m(a1,b1)、n(a2,b2)，連接直線ma、na，匹配點(diǎn)mp需在ma與na所構(gòu)成的虛線區(qū)域內(nèi)，f(x)代表虛線區(qū)域的范圍，公式表示為：

2)若在虛線區(qū)域內(nèi)有2個(gè)及以上mp，則距離bp最近的mp為真mp；

3)若虛線區(qū)域內(nèi)無一個(gè)mp，換下一個(gè)凹點(diǎn)重復(fù)1)、2)兩步驟，直至所有凹點(diǎn)匹配結(jié)束；

4)在所有凹點(diǎn)匹配完成后，將相匹配的點(diǎn)兩兩連線，利用自適應(yīng)閾值分割法實(shí)現(xiàn)米粒的最終分割。

進(jìn)一步地，所述步驟四具體為，將目標(biāo)米粒的輪廓按一定角度旋轉(zhuǎn)直至90度，在每旋轉(zhuǎn)一定角度的過程中，用水平放置的mer來和目標(biāo)輪廓進(jìn)行擬合，在旋轉(zhuǎn)了某個(gè)角度后，外接矩形的面積達(dá)到了最小，此時(shí)mer的長(zhǎng)度就為目標(biāo)米粒的長(zhǎng)度，然后通過圖像與米粒的縮放比例計(jì)算米粒的實(shí)際長(zhǎng)度。

進(jìn)一步地，所述步驟四圖像旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)計(jì)算公式為，

若圖像繞著原點(diǎn)(0,0)旋轉(zhuǎn)，(x0,y0)為旋轉(zhuǎn)前的坐標(biāo)，(x1,y1)為旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)，旋轉(zhuǎn)的公式為

若繞著點(diǎn)(a,b)旋轉(zhuǎn),先把坐標(biāo)平移到點(diǎn)(a,b)，然后再旋轉(zhuǎn)，最后再平移到新的原點(diǎn)坐標(biāo)，點(diǎn)(c,d)是旋轉(zhuǎn)之后的中心：

一種整精米率批量測(cè)定設(shè)備，其特征在于：包含輸送帶、振動(dòng)器、料盤、相機(jī)和計(jì)算機(jī)，料盤設(shè)置在輸送帶一端，振動(dòng)器設(shè)置在料盤上，相機(jī)垂直固定在輸送帶上方，相機(jī)與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)置有一種整精米率批量測(cè)定方法的軟件系統(tǒng)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果：本發(fā)明提供了一種能夠在生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用的整精米率批量測(cè)定方法，通過振動(dòng)器配合輸送帶，并用相機(jī)采集圖像進(jìn)行處理，本發(fā)明解決了米粒雜亂無章情況下的整精米率的測(cè)量，并實(shí)現(xiàn)了連續(xù)批量測(cè)量，提高了測(cè)量效率，并且測(cè)量精度高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整精米率批量測(cè)定設(shè)備的示意圖。

圖2是本發(fā)明的凹點(diǎn)匹配的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。

如圖所示，本發(fā)明的一種整精米率批量測(cè)定設(shè)備，包含輸送帶1、振動(dòng)器、料盤2、相機(jī)3和計(jì)算機(jī)4，料盤設(shè)置在輸送帶一端，振動(dòng)器設(shè)置在料盤上，相機(jī)垂直固定在輸送帶上方，相機(jī)與計(jì)算機(jī)連接。

一種整精米率批量測(cè)定方法，包含以下步驟：

步驟一：圖像獲取，將米粒通過振動(dòng)器均勻散落在傳送帶上，相機(jī)在正上方拍照獲取米粒初始圖像；

試驗(yàn)選擇兩個(gè)具有代表性的品種，分別為連粳7號(hào)(粳稻)和揚(yáng)兩優(yōu)6號(hào)(秈稻)。

本研究將帶有黑色背景的傳送帶(長(zhǎng)：30cm，寬：25cm；電壓：220v；速度：60mm/s)作為實(shí)驗(yàn)利用的流動(dòng)載物臺(tái)，待測(cè)米粒通過振動(dòng)器(電壓：220v，頻率：20hz)均勻落在傳送帶上，相機(jī)(nex-5r；sony,japan)垂直放置在傳送帶正上方30cm處，傳送帶勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，每隔5s拍攝一次。

步驟二：圖像預(yù)處理，在matlab軟件中利用im＝imread(‘圖片路徑’)函數(shù)讀取待檢測(cè)圖像。將米粒從背景中提取出來，并進(jìn)行去噪和平滑處理；

試驗(yàn)所用的傳送帶是黑色皮帶，通過自適應(yīng)閾值分割法(ohtsu,1979)將米粒從黑色背景中提取出來。本研究通過對(duì)圖像中所有連通區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，噪聲的連通區(qū)域像素?cái)?shù)遠(yuǎn)小于米粒像素?cái)?shù)，設(shè)置合適的閾值可將噪聲點(diǎn)去除。最后，采用3*3像素模板對(duì)圖像進(jìn)行中值濾波(koandyong,1991)，實(shí)現(xiàn)米粒邊緣的平滑處理。

步驟三：分離粘連米粒，在matlab軟件中利用im＝imread(‘圖片路徑’)函數(shù)讀取待檢測(cè)圖像。利用凹點(diǎn)檢測(cè)和凹點(diǎn)匹配分離粘連米粒；

凹點(diǎn)檢測(cè)

本研究提出一種邊緣中心模板比例法(ecmp，edgecentermodeproportionmethod)，即設(shè)置合適的模板，選取坐標(biāo)值最小的米粒邊緣像素點(diǎn)，以該點(diǎn)為中心延邊緣順時(shí)針行走，計(jì)算每個(gè)模板中米粒像素?cái)?shù)的占有率。ecmp值可以代表米粒邊緣的凹凸性，該值越大表示邊緣越凹，值越小表示邊緣越凸。ecmp值計(jì)算公式：

pf:pixelsofforeground.sm:sizeofmode.

凹點(diǎn)匹配

本研究在ecmp凹點(diǎn)檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上通過設(shè)置協(xié)同約束條件，可以達(dá)到多凹點(diǎn)的正確匹配：

1.以一個(gè)任意凹點(diǎn)a作為匹配的基本點(diǎn)(bp,thebasicpoint)，并設(shè)該bp為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，如圖(1)所示，找到米粒邊緣與ecmp所用模板的交點(diǎn)m(a1,b1)、n(a2,b2)，連接直線ma、na，匹配點(diǎn)(mp,thematchpoint)需在ma與na所構(gòu)成的虛線區(qū)域內(nèi)。f(x)代表虛線區(qū)域的范圍，公式表示為：

2.若在虛線區(qū)域內(nèi)有2個(gè)及以上mp，則距離bp最近的mp為真mp；

3.若虛線區(qū)域內(nèi)無一個(gè)mp，換下一個(gè)凹點(diǎn)重復(fù)1、2規(guī)則，直至所有凹點(diǎn)匹配結(jié)束。

4、在所有凹點(diǎn)匹配完成后，將相匹配的點(diǎn)兩兩連線，利用自適應(yīng)閾值分割法(ohtsu,1979)實(shí)現(xiàn)米粒的最終分割。

步驟四：識(shí)別整精米，在matlab軟件中利用im＝imread(‘圖片路徑’)函數(shù)讀取待檢測(cè)圖像。利用最小外接矩形法計(jì)算粒長(zhǎng)，從而識(shí)別整精米；

利用最小外接矩形法(mer)(yingandwangetal.,2002)計(jì)算分割好的米粒長(zhǎng)度，它的基本思想是將目標(biāo)的輪廓按一定角度(如3度)旋轉(zhuǎn)90度，在每旋轉(zhuǎn)一定角度的過程中，用水平放置的mer來和目標(biāo)輪廓進(jìn)行擬合。在旋轉(zhuǎn)了某個(gè)角度后，外接矩形的面積達(dá)到了最小，此時(shí)mer的長(zhǎng)度就為目標(biāo)米粒的長(zhǎng)度，然后通過圖像與米粒的縮放比例計(jì)算米粒的實(shí)際長(zhǎng)度。

對(duì)于圖像的旋轉(zhuǎn)，先分析圖像繞著原點(diǎn)(0,0)旋轉(zhuǎn)的情況，(x0,y0)為旋轉(zhuǎn)前的坐標(biāo)，(x1,y1)為旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)。旋轉(zhuǎn)的公式如下：

如果是繞著點(diǎn)(a,b)旋轉(zhuǎn),那么就先把坐標(biāo)平移到點(diǎn)(a,b)，然后再旋轉(zhuǎn)，最后再平移到新的原點(diǎn)坐標(biāo)，點(diǎn)(c,d)是旋轉(zhuǎn)之后的中心：

步驟五：計(jì)算整精米率：利用整精米率公式hry＝s_hr/s_total×100％計(jì)算整精米率。

在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，整精米與凈稻谷試樣的質(zhì)量比值為整精米率，同一品種的水稻米粒密度和厚度差異不大，由m＝ρv、v＝sh可知，通過米粒的面積可以估測(cè)米粒的質(zhì)量。在二值圖像中，前景米粒像素為1，背景像素為0，所有前景米粒連通的像素和代表凈稻谷試樣的面積，所有長(zhǎng)度超過整精米平均長(zhǎng)度四分之三及以上的米粒連通像素?cái)?shù)代表整精米面積。整精米率計(jì)算公式：

hry＝s_hr/s_total×100％

s_hr為整精米連通像素?cái)?shù)之和，s_total為所有米粒連通像素?cái)?shù)總和。

本說明書中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對(duì)本發(fā)明所作的舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明說明書的內(nèi)容或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。