陳 卓 方紀(jì)昊 王太良 李 強(qiáng) 蔡永清

（海南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，海南?？?70228）

0 引言

機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)于蘋果分級(jí)意義重大，它使得對(duì)蘋果進(jìn)行非人工分級(jí)時(shí)不僅僅只能根據(jù)大小，而可將蘋果表面是否有缺陷、果體是否完整等多項(xiàng)因素都考慮進(jìn)來(lái)。機(jī)器視覺技術(shù)比人工分級(jí)準(zhǔn)確性更高且更為高效。

Yang等人[1-3]開發(fā)的圖像采集系統(tǒng)有效處理了將蘋果從三維立體轉(zhuǎn)為二維圖像時(shí)的視覺誤差，還將拍照過(guò)程中光照不均、電信號(hào)、噪聲等產(chǎn)生的影響考慮了進(jìn)來(lái)，有效還原了蘋果現(xiàn)實(shí)中的實(shí)際情況，然后直接對(duì)缺陷進(jìn)行分析來(lái)完成缺陷分級(jí)。

籍保平和吳文才[4]提出了將蘋果影像進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)行閾值分割轉(zhuǎn)化為二值圖像，進(jìn)而對(duì)蘋果外部缺陷進(jìn)行檢測(cè)。

劉新庭等[5]提出了基于最大果寬法的最小外接圓法，用近似圖像來(lái)代替最大果寬法需要的固定圖像，雖然有一定的誤差，但有效解決了生產(chǎn)困難。

1 圖像采集系統(tǒng)的搭建

1.1 各部件的選定

相機(jī)：本系統(tǒng)采用了可達(dá)480 Mb/s的200萬(wàn)像素工業(yè)相機(jī)RS-200A，采用大面陣CMOS圖像傳感器。

照明光源：選擇了PDOK可聚光LED燈珠環(huán)形光源OK65。光箱：采用301 mm×301 mm×357 mm的密閉光箱。背景：使用統(tǒng)一顏色的背景，選擇黑色的背景布。計(jì)算機(jī)：用基于MATLAB開發(fā)的圖像處理系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行圖像處理及后期運(yùn)算。

1.2 采集系統(tǒng)的搭建

根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模覀兊牟杉到y(tǒng)需要達(dá)到以下要求：

（1）采集室為一個(gè)密閉光箱，這樣做是為了防止外部自然光的照射不同而產(chǎn)生不同的圖像，因此我們需要自己提供一個(gè)穩(wěn)定的光源。

（2）獲取到的半徑與比例系數(shù)K的乘積為待測(cè)物體的半徑，因此在K值確定后，相機(jī)的位置、焦距以及光源的位置、亮度都需要固定，蘋果也需要放置在相機(jī)鏡頭的垂直位置上。

（3）背景布為統(tǒng)一的黑色，使待測(cè)物體與背景布差距巨大且無(wú)干擾。

根據(jù)以上要求，搭建采集系統(tǒng)如圖1所示。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果分析

2.1 果徑分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

圖1 采集系統(tǒng)實(shí)物圖

根據(jù)GB/T 10651—2008《鮮蘋果》提供的標(biāo)準(zhǔn)，直徑≥75 mm為優(yōu)等果，直徑≥70 mm為一等果，直徑≥65 mm為二等果，其余為等外果，如表1所示[6]。

表1 蘋果分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）挑選30個(gè)果實(shí)完整、外表無(wú)缺陷、大小不均的紅富士，對(duì)其依次編號(hào)為1～30。

（2）通過(guò)游標(biāo)卡尺測(cè)量果體最大橫徑，也就是實(shí)際果徑RS。

（3）通過(guò)圖像采集系統(tǒng)獲取測(cè)量直徑RC，將其進(jìn)行果型分級(jí)。

（4）比較出兩者的差值為絕對(duì)誤差J。

（5）絕對(duì)誤差J與實(shí)際果徑RS的比值為相對(duì)誤差X。

（6）將果型分級(jí)結(jié)果與實(shí)際相比對(duì)，計(jì)算分級(jí)正確率。

如表2所示，數(shù)據(jù)表明，該圖像處理系統(tǒng)對(duì)于直徑測(cè)量的平均相對(duì)誤差為1.31%，其中4、14、19號(hào)蘋果分級(jí)判斷錯(cuò)誤，即本圖像處理系統(tǒng)分級(jí)成功率有90%。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室搭建的機(jī)器視覺系統(tǒng)，結(jié)合MATLAB所建立的圖像處理體系，能非常有效地實(shí)現(xiàn)蘋果的分級(jí)，機(jī)器視覺系統(tǒng)的測(cè)量相對(duì)平均誤差僅為1.31%，蘋果分級(jí)的成功率有90%。該系統(tǒng)存在的一個(gè)凸顯的問題是蘋果圖像的獲取還需要手動(dòng)擺放，因此需進(jìn)一步完善蘋果的擺放和運(yùn)輸裝置。

表2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及誤差分析