基于機器視覺的雞蛋胚胎成活性檢測與分揀系統(tǒng)探討

張琰

摘 要：當(dāng)前，流感疫苗的制備技術(shù)水平正逐步提升，一般采用在雞蛋胚胎中培養(yǎng)病毒的方式。在病毒的采用過程中，壞死胚胎的剔除工作對疫苗的制作具有至關(guān)重要的影響。機器視覺的雞蛋胚胎成活性檢測與分揀系統(tǒng)所具有的強度低、高效率以及高精度對流感疫苗的安全保障具有重要作用。文章通過對系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行分析，對建立雞蛋胚胎成活性檢測與分揀系統(tǒng)的各要素進(jìn)行了探討，最后提出幾點思考與建議。

關(guān)鍵詞：機器視覺；雞蛋胚胎成活性檢測；分揀；系統(tǒng)；思考

中圖分類號：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）29-0001-02

1 雞蛋胚胎成活性檢測與分揀系統(tǒng)所面臨的問題

1.1 品質(zhì)指標(biāo)

檢測與分揀是系統(tǒng)的關(guān)鍵步驟，其目標(biāo)之一是實現(xiàn)檢測品質(zhì)上的有效保證。當(dāng)下的系統(tǒng)只是針對其中單獨批次進(jìn)行檢驗，評價的結(jié)果具有片面性的特點。如何建立系統(tǒng)的綜合性指標(biāo)，并作出系統(tǒng)客觀的評價至關(guān)重要。另外，如何提供一條自動化的生產(chǎn)線，并為其提供理論上的依據(jù)，也是一個頗為棘手的問題。

1.2 圖像采集

系統(tǒng)在進(jìn)行圖像上的采集過程中，無法根據(jù)個體之間的差異進(jìn)行精確分析，從而在一定程度上造成了檢測結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)度下降。在實際生產(chǎn)中，檢測對象多為動態(tài)群體，使圖像的采集、處理和分析更加復(fù)雜化，采集圖像需要通過選擇合適的光源、角度，并實現(xiàn)動態(tài)化的信息采集與處理，從而做出系統(tǒng)性的分析。

1.3 算法實現(xiàn)

由于胚蛋自身的特殊性，表面缺陷的復(fù)雜性以及多變性等諸多特點，整齊劃一地進(jìn)行檢測與分揀難度還較大，給檢測帶來了一定的困難。同時，既有的算法的適應(yīng)性不足，無法滿足檢測與分級生產(chǎn)線上檢測速度極高的要求。并且，在算法的收斂性、自適應(yīng)性、抗噪性等綜合性能方面也存在諸多問題，需要進(jìn)一步加以研究與解決。

2 雞蛋胚胎預(yù)處理分析

2.1 圖像的增強與濾波分析

CCD攝像機在進(jìn)行工作時，所采集到的圖像中受各種因素的影響，圖像質(zhì)量出現(xiàn)下降。提升圖像噪音對后續(xù)雞蛋胚胎成活性判斷的準(zhǔn)確性，需要對圖像進(jìn)行質(zhì)量上的增強處理。常用的空域數(shù)字濾波，例如平滑濾波、高斯濾波以及中值濾波等，都可以對圖像進(jìn)行有效的增強增強的處理。另外，基于變換域的圖像處理方法，能夠?qū)D像轉(zhuǎn)換到某一域內(nèi)進(jìn)行表示，并通過對相關(guān)系數(shù)的修正，從而實現(xiàn)了對圖像中某特定信息的增強處理。在使用平滑濾波的過程中，可以減弱圖像中的高頻分量，而并不會對低頻率分量產(chǎn)生影響。但是需要注意的是，利用平滑濾波處理雞蛋胚胎圖像中灰度值變化較為迅速的邊緣區(qū)域等部分時，能夠在一定程度上減弱圖像噪音，但是對血絲特征的對比度也產(chǎn)生了一定的影響，不利于后期圖像分割。在中值濾波的使用過程中，對圖像的中心像素點鄰域中所有像素灰度值進(jìn)行有效排序，從而找出其中的中間值，并利用此中間值替換中心像素。中值濾波在圖像應(yīng)用中最為廣泛，其中的重要原因在于能夠降低圖像邊緣模糊度，使邊界較為光滑，有效保護(hù)了邊緣輪廓，從而能夠使圖像的細(xì)節(jié)更加清楚，有利于后期的圖像分割處理。在本系統(tǒng)的建設(shè)過程中，采用中值濾波用于圖像信息的增強是極為有利的。

2.2 圖像分割處理分析

利用機器視覺技術(shù)對雞蛋胚胎成果性進(jìn)行相關(guān)的檢測時，需要將血絲從有效的胚胎圖像中進(jìn)行分離作業(yè)，從而有利于相關(guān)人員的成活性判斷，這種過程叫做圖像的分割處理。圖像分割技術(shù)是多種多樣的，并沒有較為通用的方法，每種都有優(yōu)缺點。因此，系統(tǒng)設(shè)計人員可以根據(jù)應(yīng)用的基本要求，選擇合適的圖像分割處理技術(shù)。在圖像的處理過程中，圖像分割占據(jù)著重要位置。較為常用的方法是采用闕值對圖像進(jìn)行分割處理，利用圖像中感興趣區(qū)域與背景區(qū)域灰度值之間的差異，將圖像分割為背景區(qū)域與目標(biāo)區(qū)域。工作人員可以根據(jù)圖像所含信息量確定固定闕值法與單闕值法對圖像進(jìn)行分割處理。

2.3 數(shù)字形態(tài)學(xué)圖像處理技術(shù)分析

相對于傳統(tǒng)的圖像處理方法，形態(tài)學(xué)處理方法對人類視覺特性具有良好的額適應(yīng)性。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)利用結(jié)構(gòu)元素或者是模板，將其作為探針，對于整幅圖像進(jìn)行有效遍歷，并對圖像信息進(jìn)行有效收集，分析圖像各信息之間的有效聯(lián)系，繼而獲取到處理圖像的基本結(jié)構(gòu)特征。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的處理技術(shù)，能夠在很多程度上去除掉大量的噪音點，但是會損失圖像的細(xì)節(jié)信息。另外，相對于空域以及頻域圖像處理技術(shù)，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)本身具有著相當(dāng)大的優(yōu)勢，例如，借助幾何特征信息，能夠?qū)D像進(jìn)行有效的濾除與降噪，最大限度的保持住了圖像的原有信息。同時，形態(tài)學(xué)的處理辦法，對于圖像的細(xì)化、填充、分割以及形態(tài)識別等多任務(wù)都具有較好的處理效果。

3 雞蛋胚胎成活性檢測與分揀系統(tǒng)設(shè)計分析

雞蛋胚胎成活性檢測與分揀系統(tǒng)可從硬件與軟件方面進(jìn)行分析，兩方面的設(shè)計缺一不可，并在系統(tǒng)中占據(jù)著基礎(chǔ)地位。

3.1 分揀系統(tǒng)的總體設(shè)計方法

在系統(tǒng)的軟件設(shè)計環(huán)節(jié)中，數(shù)字圖像技術(shù)處理收集到的圖像信息，以保證雞蛋胚胎成活性的基本判斷有科學(xué)的數(shù)據(jù)來源。軟件系統(tǒng)的設(shè)計工作，主要目標(biāo)在于完成對雞蛋胚胎圖像的采集以及對壞死胚胎蛋的剔除工作。軟件系統(tǒng)的建設(shè)需要多種模塊的協(xié)調(diào)運行，可以將其分為圖像采集、圖像處理、圖像特征信息提取、分揀信息傳輸模塊等多種模塊構(gòu)成。

3.2 硬件系統(tǒng)的組成分析

系統(tǒng)的硬件建設(shè)可以通過對采集設(shè)備以及壞死胚胎剔除設(shè)備的升級與優(yōu)化，同時，硬件系統(tǒng)的建設(shè)需要從多設(shè)備的協(xié)調(diào)運行，例如配合光源、暗室、傳感器、傳送帶等多方面，共同完成雞蛋胚胎成活性檢測與分揀功能。在進(jìn)行圖像的獲取設(shè)計過程中，應(yīng)該從多方面進(jìn)行考慮，不能影響到雞蛋胚胎成活性，提升無損檢測的技術(shù)與方法。在保障圖像質(zhì)量不不受影響的情況下，盡可能含有更多信息的圖像信息。最后，要注意硬件之間接口的標(biāo)準(zhǔn)性，以保障各設(shè)備之間能夠充分配合。

3.3 系統(tǒng)各部分的功能分析

PLC利用光電傳感器及時檢查到蛋盤所在位置，并能夠發(fā)出指令，使傳送帶停止運行。同時，其他設(shè)備就可以通過對信息的有效收集，并進(jìn)行壞死胚蛋的剔除工作。蛋盤通過傳動帶到達(dá)吸提設(shè)備的正下方，PLC利用對電磁閥對氣缸以及吸盤的動作進(jìn)行有效協(xié)調(diào)，進(jìn)而實現(xiàn)對雞蛋胚胎的抓取。在分檢的系統(tǒng)中，利用行程開關(guān)與氣缸之間的相互撞擊，形成觸點動作，由此實現(xiàn)電路的切換。對于圖像信息的采集，利用伺服設(shè)備對CCD攝像機的有效控制實現(xiàn)對雞蛋在線拍攝，并將所拍攝到的圖像信息傳輸給上位機，實現(xiàn)信息的有效采集。

4 機器視覺的雞蛋胚胎成活性檢測與分揀系統(tǒng)軟件 集成分析

在系統(tǒng)的設(shè)計工作中，基本上可以圍繞著系統(tǒng)的硬件與軟件進(jìn)行設(shè)計。軟件的設(shè)計工作可以實現(xiàn)雞蛋胚胎圖像信息的采集、圖像的有效處理、胚胎成活性有效判斷、剔除壞死胚胎等多種功能。系統(tǒng)軟件設(shè)計可以從軟件模塊以及用戶界面兩方面進(jìn)行，同時，保障設(shè)計工作的程序?qū)哟涡?，避免發(fā)生遺漏現(xiàn)象。

4.1 開發(fā)工具分析

在進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)軟件的選擇時，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)本身所具有的特點，合理選擇較為科學(xué)的軟件。系統(tǒng)的軟件開發(fā)可以選用目前較為流行的Visual C++，其作為主流的軟件開發(fā)工具，具有靈活、簡便的優(yōu)點得到了廣大編程人員的青睞。同時，Visual C++對MFC、調(diào)試器、鏈接器等進(jìn)行了集成，從而使其具備了強大的功能，也為用戶提供了較為標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)的程序結(jié)構(gòu)，并對用戶接口進(jìn)行了革新。另外，Visual C++以其強大的功能使其成為眾多圖像處理軟件中占據(jù)著重要位置，也因此在本系統(tǒng)中對其首先選擇。

4.2 界面設(shè)計分析

操作界面的簡約與便捷是系統(tǒng)軟件設(shè)計的重要目標(biāo)。軟件設(shè)計成功的關(guān)鍵因素之一在于能夠在操作界面實現(xiàn)美觀、簡潔。界面的設(shè)計目的在于用戶利用簡潔的界面，能夠在系統(tǒng)中迅速查找到所需信息，并進(jìn)行有效利用，實現(xiàn)用戶與系統(tǒng)之間的互動，從而促進(jìn)工作效率的提升。

4.3 程序設(shè)計

根據(jù)上文所述，利用Visual C++對雞蛋胚胎成活性檢測系統(tǒng)軟件模塊進(jìn)行設(shè)計工作，主要設(shè)計的內(nèi)容包括圖像采集、圖像預(yù)處理、圖像特征提取、分揀信息傳輸?shù)榷喾N模塊。下面主要針對圖像采集模塊、圖像特征提取模塊等進(jìn)行分析。

4.3.1 圖像采集模塊

系統(tǒng)在啟動圖像信息采集模塊后，圖像的采集卡就可以接收到觸發(fā)采集的相關(guān)信號，并能夠給予CCD攝像機發(fā)送相關(guān)的曝光信號。攝像機在收到信號并進(jìn)行反饋后，采集卡開始工作，并進(jìn)行模數(shù)的轉(zhuǎn)換工作，最后將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將信息儲存于內(nèi)存中，利用PCI總線傳輸至計算機內(nèi)部所設(shè)置的圖像緩沖區(qū)。最后，雞蛋胚胎圖像被傳送至計算機內(nèi)存中并保存，進(jìn)而在圖像預(yù)覽模塊中進(jìn)行顯示。

4.3.2 圖像特征提取模塊

圖像特征提取模塊的主要功能是對圖像信息進(jìn)行有效判斷，進(jìn)而對雞蛋胚胎成活性進(jìn)行有效判斷。在圖像經(jīng)過有效處理之后，噪音對圖像質(zhì)量的影響降低到一定水平，此時就可以通過對圖像的特征進(jìn)行細(xì)化處理，進(jìn)而獲得像素寬度的血絲圖像。圖像特征的有效提取可以近似地將像素點的個數(shù)用來對血絲長度進(jìn)行表示，并根據(jù)血絲數(shù)量的多少，去判斷胚胎的成活性。同時，胚胎的成活性分析需要滿足一定的準(zhǔn)則，其中之一為具備2個或者是2個以上，并具有大于T個像素點相互連接區(qū)域，符合上述準(zhǔn)則就可以將胚蛋視為活胚蛋。

4.3.3 分揀信息傳輸模塊分析

當(dāng)前的雞蛋胚胎信息通過端口被傳送至下級控制系統(tǒng)中心，就需要運用到分揀信息傳輸模塊中。模塊根據(jù)返回的信息判斷通信是否處于正常狀態(tài)，并顯示通信的相關(guān)信息。分揀信息傳輸模塊被運用到計算機與PLC的通信程序編程中。

5 結(jié) 語

基于機器視覺的雞蛋胚胎成活性檢測與分揀系統(tǒng)研究在國內(nèi)研究鄰域中屬于熱門研究課題，其中重要的原因在于系統(tǒng)在實際的應(yīng)用過程中，能夠獲得較高的社會效益以及經(jīng)濟效益，從而具有廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉琛，陳繼蘭.雞蛋中蘊藏的生物活性物質(zhì)及其應(yīng)用[J].中國畜牧獸醫(yī)，2009，（4）.

[2] J.Gautron，K.Mann，P.G.Righetti，etc.功能基因組學(xué)在鑒別新的卵蛋白質(zhì)中的應(yīng)用[J].中國家禽，2010，（7）.

[3] 周平，趙春江，王紀(jì)華，等.基于機器視覺的雞蛋體積與表面積計算方法[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2010，（5）.