一種基于圖像標(biāo)記的水果表面缺陷檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水果表面自動檢測技術(shù)利用，具體涉及一種基于圖像標(biāo)記的水果表面 缺陷檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國是一個水果生產(chǎn)大國，但以本國消費為主，參與國際貿(mào)易的比例一直很低，其 中一個重要原因就是采摘后商品化處理落后，外觀質(zhì)量較差，導(dǎo)致水果的市場競爭力比較 弱。快速、準(zhǔn)確的實現(xiàn)水果檢測與分級是提高經(jīng)濟效益、增強產(chǎn)業(yè)國際競爭力的一項重要措 施。
[0003] 傳統(tǒng)的水果表面缺陷檢測方法依靠熟練工人的經(jīng)驗和目測來判斷水果品質(zhì)，很難 保證結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性，不能滿足市場的要求。隨著計算機技術(shù)和圖像處理技術(shù)的迅 速發(fā)展，國內(nèi)外研究人員已經(jīng)開始將計算機視覺理論應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化方面。 然而，現(xiàn)有的水果表面缺陷檢測方法中，圖像獲取的途徑固定，多數(shù)情況下僅能針對特定類 型和質(zhì)量的水果圖像進行處理，實用性不夠廣泛。
[0004] 因此，研究便捷、快速、準(zhǔn)確的水果表面缺陷檢測方法，對減輕工作勞動強度，提高 工作效率和準(zhǔn)確性具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種基于圖像標(biāo)記的水果 表面缺陷檢測方法，利用計算機技術(shù)及圖像處理技術(shù)，在較短的時間內(nèi)可以準(zhǔn)確判斷水果 表面缺陷的面積、數(shù)量等，以便后續(xù)確定水果等級，降低工人勞動強度，提高生產(chǎn)效率。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 一種基于圖像標(biāo)記的水果表面缺陷檢測方法，包括以下步驟： 1) 利用圖像采集設(shè)備在現(xiàn)場拍攝待檢測水果表面照片并保存，得到原始圖像； 2) 將待檢測的原始圖片上傳至水果表面缺陷檢測的服務(wù)器，由服務(wù)器對原始圖片進行 分析處理并輸出結(jié)果； 服務(wù)器的處理步驟包括： a、 將獲取的原始圖像從RGB空間轉(zhuǎn)換到從人的視覺系統(tǒng)出發(fā)，用色調(diào)（Hue)、色飽和度 (Saturation)和亮度（Intensity)來描述色彩的HSI色彩空間，提取Η分量和I分量； b、 對Η分量使用0STU最大類間方差法進行動態(tài)閾值分割； c、 對I分量灰度直方圖進行統(tǒng)計，使用固定閾值法分割，閾值選取在兩個波峰之間； d、 將兩種閾值法得到的Η、I值的分割結(jié)果進行與運算，消除背景區(qū)域?qū)θ毕莸挠绊懀?得到僅含有缺陷區(qū)域的二值圖像； e、 對得到的二值圖像進行去噪，以消除灰塵等因素造成的影響； f、 對于上述二值圖像進行增強處理，在缺陷區(qū)域可能存在有孔洞噪聲，利用濾波的方 法對噪聲進行填充，完整缺陷形狀； g、對由上述步驟得到的二值圖像進行標(biāo)記，計算缺陷數(shù)量、面積，以便進行后續(xù)分級處 理，輸出檢測結(jié)果。
[0007] 所述背景區(qū)域的影響，包括光照因素。
[0008] 所述的二值圖像標(biāo)記為對二值圖像中的連通域進行標(biāo)記，標(biāo)記后連通域的數(shù)量就 是缺陷數(shù)量，所有連通域中包含像素的個數(shù)就是缺陷的面積，為此，需要進行以下兩個步 驟： A、 為掃描到的每一個目標(biāo)像素分配一個臨時標(biāo)記，同時尋找是否存在與此臨時標(biāo)記等 價的標(biāo)記；記錄并解析所有等價標(biāo)記； B、 用等價標(biāo)記中的最小值替換所有與之等價的標(biāo)記。
[0009] 在所述的連通域標(biāo)記過程中，需要對目標(biāo)二值圖像進行兩次從上到下、從左到右 的掃描，在第一次掃描過程中，對于每一個目標(biāo)像素/Κχ，必，需要檢查與其形成八鄰接關(guān) 系的、已經(jīng)掃描過的四個像素joU-l,廣1)、/?(1，廣1)、/?(1+1，廣1)和joU-l,r)并進行 以下處理： a) 如果像素廣1)是目標(biāo)像素，當(dāng)前像素賦以廣1)的標(biāo)記； b) 如果必是目標(biāo)像素，當(dāng)前像素賦以必的標(biāo)記；此時，如果/?(x+l， 廣1)也是目標(biāo)像素，記錄當(dāng)前像素標(biāo)記和Ρ(χ+1，廣1)標(biāo)記為等價標(biāo)記； c) 如果/?(尤-1，7-1)是目標(biāo)像素，當(dāng)前像素賦以/?(尤-1，7-1)的標(biāo)記；此時，如果 pU+1，廣1)也是目標(biāo)像素，記錄當(dāng)前像素標(biāo)記和/Kx+1，廣1)標(biāo)記為等價標(biāo)記； d) 如果7-1)是目標(biāo)像素，當(dāng)前像素賦以7-1)的標(biāo)記； e) 否則，當(dāng)前像素賦以新標(biāo)記； 對像素賦以標(biāo)記后，需要對等價標(biāo)記進行處理，以便確定哪些標(biāo)記屬于同一個連接體， 具體方法如下： 對每一個新標(biāo)記A創(chuàng)建一個等價標(biāo)記集5；使得={/?};如果兩個標(biāo)記集af 、 屬于等價標(biāo)記，合并兩個集合，S(V) =S(?)vjS(v)，其中，r是?/和沖的較小值； 第一次掃描完成后，所有的位于等價標(biāo)記集5Xa)之中的標(biāo)記是等價標(biāo)記，a是這些標(biāo) 記的代表標(biāo)記； 第二次掃描的任務(wù)是標(biāo)記替換，用代表標(biāo)記替換等價標(biāo)記集中的所有標(biāo)記； 由于還需要得到缺陷區(qū)域面積，需要對第一次掃描時遇到的每一個目標(biāo)像素進行累加； 經(jīng)過兩次掃描后，所有的連通域被賦以相同的等價標(biāo)記，只需要數(shù)不同標(biāo)記的數(shù)字就 可以得到連通域的數(shù)量，連通域的數(shù)量就是待檢測水果的表面缺陷數(shù)量，所有目標(biāo)像素的 和就是缺陷面積； 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能再不影響水果生長的情況下，準(zhǔn)確、快速、實時的對水果表 面進行缺陷檢測。用戶只需要將待檢測水果的圖像上傳到服務(wù)器，即可實現(xiàn)上述檢測。由 于本發(fā)明采用計算機技術(shù)及圖像處理技術(shù)，在較短的時間內(nèi)可以準(zhǔn)確統(tǒng)計給定樣本中的缺 陷數(shù)量、面積，從而降低工人勞動強度和出錯率，提高生產(chǎn)效率。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的服務(wù)器處理流程圖。
[0011] 圖2為本發(fā)明處理目標(biāo)像素時需要檢查的其他像素示意圖。
【具體實施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步詳細(xì)說明。
[0013] 實施例一 本發(fā)明為一種基于圖像標(biāo)記的水果表面缺陷檢測方法，以蘋果一等果(無缺陷）為例作 為被測對象，參見圖1、2,包括以下步驟： 1) 用戶利用圖像采集設(shè)備在現(xiàn)場拍攝待檢測蘋果表面照片并保存，得到原始圖像； 2) 用戶通過無線或有線方式，將待檢測的原始圖片上傳至蘋果表面缺陷檢測服務(wù)器， 由該服務(wù)器對原始圖片進行分析并輸出結(jié)果； 如圖1所示，服務(wù)器的處理步驟包括： a、 將獲取的原始圖像從RGB空間轉(zhuǎn)換到從人的視覺系統(tǒng)出發(fā)，用色調(diào)（Hue)、色飽和度 (Saturation)和亮度（Intensity)來描述色彩的HSI色彩空間，提取Η分量和I分量； b、 對Η分量使用0STU最大類間方差法進行動態(tài)閾值分割； c、 對I分量灰度直方圖進行統(tǒng)計，使用固定閾值法分割，閾值選取在兩個波峰之間； d、 將兩種閾值法得到的Η、I值的分割結(jié)果進行與運算，消除背景區(qū)域?qū)θ毕莸挠绊懀?得到僅含有缺陷區(qū)域的二值圖像； e、 對得到的二值圖像進行去噪，以消除灰塵等因素造成的影響。具體方法是采用數(shù)學(xué) 形態(tài)學(xué)的方法，對圖像進行開運算操作。從圖像的左上角第一個像素開始，利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué) 的方法，采用3X3像素的特征塊進行逐個像素的從左到右、從上到下的掃描，對圖像進行 腐蝕操作；緊接著對圖像進行重新掃描，從圖像的左上角第一個像素開始，利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué) 的方法，采用3X3像素的特征塊進行逐個像素的從左到右、從上到下的掃描，對圖像進行 膨脹操作，通過這個步驟能夠去除圖像中孤立的小點、毛刺； f、 對于進行上述操作后的圖像進行增強處理。在缺陷區(qū)域可能存在有孔洞噪聲，利用 濾波的方法對噪聲進行填充，完整缺陷形狀。具體方法是：從圖像的左上角第一個像素開 始，利用3X3像素的濾波窗口進行逐個像素的從左到右、從上到下的掃描，如果窗口中目 標(biāo)像素個數(shù)大于6個，就把整個窗口的像素都設(shè)置為目標(biāo)像素； g、 對經(jīng)過上述步驟處理后得到的二值圖像進行標(biāo)記，計算缺陷數(shù)量、面積并輸出結(jié)果， 以便進行后續(xù)分級處理；并輸出檢測結(jié)果，如果連通域數(shù)量為〇,則說明被檢測的蘋果表面 沒有缺陷區(qū)域，此時，缺陷面積也為0。
[0014] 所述背景區(qū)域的影響，包括光照等因素； 所述二值圖像標(biāo)記，指的是對二值圖像中的連通域進行標(biāo)記，標(biāo)記后連通域的數(shù)量就 是缺陷數(shù)量，所有連通域中包含目標(biāo)像素的個數(shù)就是缺陷的面積，為此，需要進行以下兩個 步驟： A、 為掃描到的每一個目標(biāo)像素分配一個臨時標(biāo)記，同時尋找是否存在與此臨時標(biāo)記等 價的標(biāo)記；記錄并解析所有等價標(biāo)記； B、 用等價標(biāo)記中的最小值替換所有與之等價的標(biāo)記。
[0015] 在進行連通域標(biāo)記過程中，需要對目標(biāo)二值圖像進行兩次從上到下、從左到右的 掃描，如圖2所示，在第一次掃描過程中，對于每一個目標(biāo)像素/Kx，必，需要檢查與其形成 八鄰接關(guān)系的、已經(jīng)掃描過的四個像素joU-1,廣1)、/?(不廣1)、/?(1+1，廣1)和joU-1,r) 并進行以下處理： a) 如果像素pU廣1)是目標(biāo)像素，當(dāng)前像素賦以pU廣1)的標(biāo)記； b) 如果必是目標(biāo)像素，當(dāng)前像素賦以必的標(biāo)記；此時，如果/?(x+l， 廣1)也是目標(biāo)像素，記錄當(dāng)前像素標(biāo)記和Ρ(χ+1，廣1)標(biāo)記為等價標(biāo)記； c) 如果/?(尤-1，7-1)是目標(biāo)像素，當(dāng)前像素賦以/?(尤-1，7-1)的標(biāo)記；此時，如果pU+1，廣1)也是目標(biāo)像素，記錄當(dāng)前像素標(biāo)記和/Kx+1，廣1)標(biāo)記為等價標(biāo)記； d) 如果/?(χΗ, 7-1)是目標(biāo)像素，當(dāng)前像素賦以/?(χΗ, 7-1)的標(biāo)記； e) 否則，當(dāng)前像素賦以新標(biāo)記。
[0016] 對像素賦以標(biāo)記后，需要對等價標(biāo)記進行處理，以便確定哪些標(biāo)記屬于同一個連 接體，具體方法如下： 對每一個新標(biāo)記A創(chuàng)建一個等價標(biāo)記集5；使得={/?};如果兩個標(biāo)記集af5Χ?/)、 屬于等價標(biāo)記，合并兩個集合
其中，『是?/和沖的較 小值； 第一次掃描完成后，所有的位于等價標(biāo)記集5Xa)之中