本發(fā)明涉及一種利用數(shù)字圖像處理技術(shù)實現(xiàn)水果自動檢測的技術(shù)，特別涉及一種基于數(shù)字圖像處理的水果外形質(zhì)量分級方法。
背景技術(shù)：
近年，我國一些地區(qū)開始重視優(yōu)良品種的選擇，但主要采用的是人工分級和機械分級兩種方法。人工分級因為需要大量的勞動力，且勞動強度大，同時受個人視力、顏色鑒別力、情緒、疲勞程度等因素的影響，存在分級效率低、精度差等現(xiàn)狀。機械分級主要是將水果由傳送帶或輸送鏈傳送到分級不僅，通過分級部件上大小依次變化的空穴或輸送帶間的間距變化，實現(xiàn)大小不同果品的先后分離，達到了自動化實現(xiàn)果品的快速、準確的分離目的，但是這種方式卻存在著容易使水果產(chǎn)生機械損傷的風險，造成水果不必要的缺損，從而影響果品的質(zhì)量，降低了實用性。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
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數(shù)字圖像處理的水果外形質(zhì)量分級方法，能夠利用計算機技術(shù)及數(shù)字圖像處理基本技術(shù)連通域標記法，快速、準確、無損地對水果外形質(zhì)量進行分級，降低工人勞動強度，提高生產(chǎn)效率，具有果品無損傷、準確性高的特點。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種基于數(shù)字圖像處理的水果外形質(zhì)量分級方法，步驟如下：
步驟一：
利用工業(yè)相機得到水果的原始灰度圖像，使用濾波窗口對灰度圖像進行增強處理；
步驟二：
選取合適的閾值，將步驟一得到的灰度圖像轉(zhuǎn)換為只有黑和白兩種顏色的二值圖像；
步驟三：
對二值圖像進行連通域標記，被標記的一個連通域代表單個水果，且在標記的同時統(tǒng)計連通域的幾何特征值：面積；
步驟四：
根據(jù)計算得到的面積計算單個水果的分級結(jié)果。
所述的圖像增強處理是將灰度圖像進行濾波，以減少灰塵及光照等干擾引起的噪聲，起到增強水果截面特征的作用；具體方法是：從圖像的左上角第一個像素開始，利用濾波窗口進行逐個像素的從左到右、從上到下的掃描，用窗口中各點的灰度值的中值來代替窗口中心點像素的灰度值。
所述的合適的閾值是通過灰度圖像的直方圖，閾值選取在兩個波峰之間。
所述二值圖像的連通域標記是為了將每一個水果個體區(qū)分開，以便進行面積的計算，根據(jù)圖像中目標像素比較集中的特點，采用段方法對連通域進行快速標記處理；第i個連通域(單個水果)Ci的面積Ai的計算公式為：
Ai＝|{p(x,y)|p(x,y)＝i}|
其中：p(x,y)表示坐標為x，y的像素；
通過統(tǒng)計標號值為i的像素的個數(shù)總和表征單個水果的面積。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
由于本發(fā)明采用計算機技術(shù)及圖像處理技術(shù)，通過獲取水果的灰度圖像，并將灰度圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像，對二值圖像進行連通域標記，從而在較短的時間內(nèi)準確計算給定水果樣本的外觀參數(shù)：面積，能夠準確、快速、實時地對水果進行外形分級，避免檢測過程中對水果造成的損傷，降低工人勞動強度和出錯率，提高生產(chǎn)效率，具有果品無損傷、準確性高的特點。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
一種基于數(shù)字圖像處理的水果外形質(zhì)量分級方法，以蘋果為例作為被測對象，包括以下步驟：
步驟一：
將要分級的蘋果有序送入攝像室，利用工業(yè)相機得到分級前蘋果的原始灰度圖像，像素大小為640×480，為了和蘋果個體顏色區(qū)分明顯，拍攝背景選用黑色背景。
使用大小為5×5像素的濾波窗口對灰度圖像進行增強處理，以消除細小的紋理細節(jié)以及噪聲像素。所述的圖像增強處理是將灰度圖像進行濾波，以減少灰塵及光照等干擾引起的噪聲，起到增強蘋果截面特征的作用；具體方法是：從圖像的左上角第一個像素開始，利用濾波窗口進行逐個像素的從左到右、從上到下的掃描，用窗口中各點的灰度值的中值來代替窗口中心點像素的灰度值。
步驟二：
選取合適的閾值，將步驟一得到的灰度圖像轉(zhuǎn)換為只有黑和白兩種顏色的二值圖像，以便于后續(xù)的蘋果個體標記、幾何特征參數(shù)計算。由于圖像內(nèi)容較為單一，只有蘋果和黑色的背景，所以灰度圖像的直方圖呈現(xiàn)明顯的雙峰分別，分別對應(yīng)蘋果區(qū)域和背景。此處選取波峰之間的灰度值72作為二值化的閾值，將灰度圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像。
步驟三：
對二值圖像進行連通域標記，被標記的一個連通域代表單個蘋果，且在標記的同時統(tǒng)計連通域(即單個蘋果)的幾何特征值：面積。
所述二值圖像的連通域標記是為了將每一個蘋果個體區(qū)分開，以便進行后續(xù)面積的計算；根據(jù)圖像中目標像素比較集中的特點，本發(fā)明采用段方法對連通域進行快速標記處理；所述的段指的是圖像中連續(xù)出現(xiàn)在一行中的目標像素構(gòu)成的序列；另根據(jù)圖像中連通區(qū)域無空心的特點，對于連續(xù)出現(xiàn)的目標像素而言它們的連通性很簡單，不同的等價標號間的關(guān)系也變得簡單，在標記過程中，不存在合并等價標號的處理。
第i個連通域(單個水果)Ci的面積Ai的計算公式為：
Ai＝|{p(x,y)|p(x,y)＝i}|
其中：p(x,y)表示坐標為x，y的像素；
利用上述連通域的特點，在標記過程中同時計算對應(yīng)各個標號的像素的數(shù)目，第一次掃描結(jié)束后，便統(tǒng)計出了各個連通域的面積。
步驟四：
根據(jù)市場上對蘋果等級劃分的標準，拍攝鏡頭距離被測個體距離30厘米，圖像分辨率640×480像素，根據(jù)計算得到的面積得到單個蘋果的分級結(jié)果：蘋果面積大小在120000-140000之間的為一等品，參考值每減少30000，等級減小一級。本實施例中所測試的蘋果面積大小為126900，為一等品。