綠色柑橘圖像采集條件的研究

曹乃文 / 廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院

綠色柑橘圖像采集條件的研究

曹乃文 / 廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院

不同的圖像采集條件將影響綠色柑橘圖像的質(zhì)量，為提高應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行柑橘自動(dòng)分級(jí)的效果，分析了綠色柑橘的圖像采集條件。對(duì)比了4種顏色背景下4種光照環(huán)境的綠色柑橘圖像，最后得出紅色背景無(wú)輔助光條件下綠色柑橘圖像的采集效果最好，這將為綠色柑橘的自動(dòng)分級(jí)提供理論基礎(chǔ)。

柑橘；圖像；采集條件

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是近年來(lái)機(jī)器視覺(jué)設(shè)備的不斷完善，應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行柑橘質(zhì)量的檢測(cè)逐漸成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題［1］［2］［3］。特別是在柑橘自動(dòng)分級(jí)中，隨著蘋果自動(dòng)分級(jí)技術(shù)的不斷成熟，相應(yīng)的算法和設(shè)備如何應(yīng)用到柑橘上逐漸成為相關(guān)行業(yè)關(guān)心的問(wèn)題。但是，與蘋果表面不同，柑橘果實(shí)表面存在較明顯的顏色變化，特別是綠色柑橘的圖像采集經(jīng)常受環(huán)境因素的影響。因此，對(duì)綠色柑橘圖像采集條件的分析將是提高綠色柑橘圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)，也是進(jìn)行相關(guān)自動(dòng)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)的前提。

1.圖像采集條件差異對(duì)綠色柑橘圖像的影響

在現(xiàn)有技術(shù)條件下采集到的電子圖像一般是以RGB的格式存在，根據(jù)采集設(shè)備的設(shè)置和設(shè)備指標(biāo)由像素陣列構(gòu)成圖像。每個(gè)像素由24位的數(shù)值表示，三個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)值分別表示對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的紅、綠、藍(lán)三種顏色。顯然采用不同的背景顏色和不同的光照條件，所獲取的圖像也存在一定的差異。

如圖1所示，分別在不同顏色背景和輔助光條件下獲取綠色柑橘圖像。圖1（a）是在黃色背景白色輔助光條件下，圖1（b）是在黃色背景黃色輔助光條件下，圖1（c）是在紅色背景黃色輔助光條件下。對(duì)比圖1（a） 和圖1（b），背景顏色雖然同為黃色，由于輔助光顏色不一樣，所得的圖像中不僅柑橘顏色存在差異，背景顏色也存在差異。對(duì)比圖1（b） 和圖1（c），輔助光顏色雖然同為黃色，由于背景顏色不一樣，所得的圖像中不僅柑橘顏色存在差異，背景顏色也存在差異。由此，可以看出，不同的背景顏色，不同的輔助光顏色都是影響綠色柑橘圖像質(zhì)量的重要因素。

圖1　不同光照環(huán)境下綠色柑橘圖像 （a）黃色背景白色輔助光 （b）黃色背景黃色輔助光 （c）紅色背景黃色輔助光

2.綠色柑橘圖像的處理

為了評(píng)價(jià)綠色柑橘圖像的質(zhì)量，一般都是以圖像處理的結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于綠色柑橘圖像，在圖像處理中，一般首先需要進(jìn)行分割操作。所謂分割，就是將圖像中綠色柑橘對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)區(qū)域與背景對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)區(qū)域分開(kāi)。一般以白色表示柑橘對(duì)應(yīng)的區(qū)域，黑色表示背景區(qū)域，所得的圖像只有黑白兩種顏色稱為二值圖。

在圖像分割中常用的分割方法是閾值分割的方法，閾值分割需要首先通過(guò)特征值將每個(gè)像素點(diǎn)由彩色的三色像素點(diǎn)變?yōu)閱紊南袼攸c(diǎn)。由于綠色柑橘的顏色是綠色，實(shí)驗(yàn)中采用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中最為常用的超綠特征，即2G-R-B進(jìn)行相關(guān)像素點(diǎn)顏色的轉(zhuǎn)換。按閾值分割算法，當(dāng)一個(gè)像素點(diǎn)的2G-R-B小于某個(gè)閾值的時(shí)候則為背景，反之則為柑橘對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)。閾值的選取采用最常用的Ostu法自動(dòng)計(jì)算，圖1三幅原圖處理后的二值圖如圖2所示。顯然，不同的圖像采集條件下所得的二值圖像質(zhì)量也不一樣。

圖2　不同光照環(huán)境下綠色柑橘的二值圖像 （a）黃色背景白色輔助光（b）黃色背景黃色輔助光 （c）紅色背景黃色輔助光

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為分析綠色柑橘的圖像采集條件，采用同樣的綠色柑橘，分別在黃色、白色、紅色、藍(lán)色4種顏色背景下，白光、黃光、白光+黃光、無(wú)光4種輔助光條件下采集16種條件的柑橘圖像。然后對(duì)采集到的柑橘圖像按2G-R-B進(jìn)行灰度化處理，并采用Ostu法提取閾值進(jìn)行閾值分割。

對(duì)比16種采集環(huán)境下綠色柑橘圖像的分割效果，得出紅色背景無(wú)光條件下的綠色柑橘圖像質(zhì)量最好，相應(yīng)的原圖、灰度圖、二值圖如圖3所示。圖中柑橘對(duì)應(yīng)區(qū)域與背景區(qū)域形成了較明顯的顏色差異。

圖3　紅色背景無(wú)光條件下的綠色柑橘圖像 （a）原圖 （b）灰度圖 （c）二值圖

4.小結(jié)

針對(duì)背景顏色和輔助光的差異對(duì)綠色柑橘圖像的影響，對(duì)比了4種顏色背景下4種光照環(huán)境共16中圖像采集條件下的綠色柑橘圖像的分割結(jié)果，最后得出紅色背景無(wú)輔助光條件下綠色柑橘圖像的采集效果最好，這將為綠色柑橘的自動(dòng)分級(jí)提供理論基礎(chǔ)。

［1］敖勤，徐桂珍.一種基于機(jī)器視覺(jué)的柑橘表面質(zhì)量檢測(cè)方法.科技傳播.2014（7）.

［2］李源，陳江文，黃玉珠，溫芝元.基于RGB線性組合模型的柑橘果實(shí)為害狀識(shí)別.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào).2016（7）.

［3］王旭，趙志衡.基于機(jī)器視覺(jué)的柑橘分級(jí)技術(shù)研究.懷化學(xué)院學(xué)報(bào).2016（5）.

2012年廣西高等學(xué)校科研項(xiàng)目（201204LX663）