圖像處理技術(shù)在藍(lán)莓成熟檢測(cè)中的應(yīng)用研究

王龍

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，圖像處理技術(shù)越來越成熟，從工業(yè)領(lǐng)域慢慢涉及到農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域。圖像處理技術(shù)在農(nóng)作物果實(shí)成熟的檢測(cè)上具有高效、快速、準(zhǔn)確性等特點(diǎn)，更有取代人工成為智能化的趨勢(shì)。本文對(duì)圖像處理技術(shù)有簡(jiǎn)易的概述，為了提高藍(lán)莓果實(shí)成熟度識(shí)別率及準(zhǔn)確率，提出藍(lán)莓成熟檢測(cè)系統(tǒng)的方案。

【關(guān)鍵詞】圖像處理;智能化;檢測(cè);成熟度

中圖分類號(hào)： TP391.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）06-0061-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.06.021

【Abstract】With the development of science and technology， image processing technology is becoming more and more mature， and it is slowly involved in the field of agricultural engineering from the industrial field. Image processing technology has the characteristics of high efficiency， rapidity and accuracy in the detection of crop fruit ripening， and it has a tendency to replace artificial intelligence. This paper has a brief overview of image processing technology. In order to improve the recognition rate and accuracy of blueberry fruit maturity， a blueberry maturity detection system is proposed.

【Key words】Image processing; Intelligence; Detection; Maturity

0 引言

水果產(chǎn)業(yè)是我國(guó)種植業(yè)中的第三大產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)水果產(chǎn)量每年都在急劇增長(zhǎng)。雖然目前我國(guó)水果的總產(chǎn)量很高，水果的品質(zhì)也因?yàn)榧藿拥燃夹g(shù)的進(jìn)步有所提升，接近于國(guó)際先進(jìn)水平，但是我國(guó)水果的整體競(jìng)爭(zhēng)力卻始終比較低[1]。大部分的水果還以傳統(tǒng)的人工觀察，再以人工經(jīng)驗(yàn)判斷成熟，這樣既耗時(shí)又耗力，容易使得水果品質(zhì)不能有很好的保障。如何快速、準(zhǔn)確地對(duì)水果成熟進(jìn)行檢測(cè)是我們迫切需要解決的問題。圖像處理技術(shù)具有快速、準(zhǔn)確等特點(diǎn)，可以很好解決現(xiàn)存的問題。

1 圖像處理技術(shù)

圖像處理技術(shù)可分為兩類：模擬圖像處理和數(shù)字圖像處理。模擬數(shù)字圖像是通過如光、電等物理量的強(qiáng)弱變化來記錄圖像上各點(diǎn)的亮度信息的圖像，數(shù)字圖像處理是完全用數(shù)字來記錄圖像亮度信息的圖像。模擬圖像處理的優(yōu)點(diǎn)是處理速度快，系統(tǒng)占用運(yùn)行內(nèi)存小，圖像實(shí)時(shí)性強(qiáng)， 能夠在處理的同時(shí)進(jìn)行其他圖像的理，其缺點(diǎn)是處理精度較差，處理功能比較單一，沒什么智能判斷能力和非線性理的能力[2]。

數(shù)字圖像處理其優(yōu)點(diǎn)是處理精度高，處理內(nèi)容豐富，可進(jìn)行復(fù)雜的非線性處理，有靈活的變通能力，一般來說只要改變軟件就可以改變處理內(nèi)容。其缺點(diǎn)主要在處理速度上，特別是進(jìn)行復(fù)雜的處理[3]。數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展涉及信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)以及生物學(xué)等學(xué)科，因此數(shù)理及相關(guān)的邊緣學(xué)科對(duì)圖像處理科學(xué)的發(fā)展有越來越大的影響[4]。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也將隨之不斷擴(kuò)大。近年來，數(shù)字圖像處理技術(shù)日趨成熟，它廣泛應(yīng)用于空間探測(cè)、遙感、生物醫(yī)學(xué)、人工智能以及工業(yè)檢測(cè)等許多領(lǐng)域，并促使這些學(xué)科產(chǎn)生了新的發(fā)展。數(shù)字圖像處理技術(shù)在航空航天、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療診斷、資源環(huán)境、氣象及交通監(jiān)測(cè)、文化教育等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，創(chuàng)造了巨額社會(huì)價(jià)值;同時(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)需求，自身也在不斷完善和發(fā)展，有很多新的方面要探索。它必將向更深入、更完美的方向發(fā)展：處理算法更優(yōu)化，處理速度更快，實(shí)現(xiàn)圖像的智能生成、處理、識(shí)別和理解[5]。

2 基于圖像處理的藍(lán)莓成熟檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

藍(lán)莓（Blueberry）是杜鵑花科（Ericaceae）越桔屬（Vaccinium）植物，為多年生漿果果樹，其果實(shí)具有觀賞性、食用性俱佳的特點(diǎn)，是集營(yíng)養(yǎng)、保健功能于一身的新型水果，含有人體必需的多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，包括蛋白質(zhì)、食用纖維、礦質(zhì)元素（Ca、Fe、K、Zn等）、維生素（Va、Vb、Vc、Ve等）、天然活性物質(zhì)（熊果苷）、抗氧化酶（SOD）等。其天然活性物質(zhì)、抗氧化酶本身具有預(yù)防衰老、提高免疫力等功能，所以售價(jià)昂貴，在歐美及日本等高端市場(chǎng)上價(jià)格一直處于所有水果類商品的頂端位置，有“世界水果之王”、“黃金漿果”的美譽(yù)[6]。中國(guó)作為亞洲藍(lán)莓的主要貢獻(xiàn)地，2017 年栽培面積達(dá)到 31210hm2，總產(chǎn)量為114905t。北起黑龍江，南至海南，東起渤海之濱，西至西藏高原，全國(guó)規(guī)?；N植的省份、直轄市、自治區(qū)達(dá)到27個(gè)。山東省、貴州省和遼寧省藍(lán)莓規(guī)模化種植最早，也是目前我國(guó)栽培面積和產(chǎn)量位列前三的省份[7]。藍(lán)莓市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力主要取決于藍(lán)莓的品質(zhì)，但是由于我國(guó)的水果檢測(cè)和分揀技術(shù)比較落后，致使我們接近于國(guó)際品質(zhì)的水果沒有真正地被分揀出來[8]。

目前藍(lán)莓種植業(yè)，還是以傳統(tǒng)的人工經(jīng)驗(yàn)判別藍(lán)莓成熟，這樣的效率低，而且需要培養(yǎng)專業(yè)的農(nóng)業(yè)技術(shù)人員，所需的經(jīng)濟(jì)成本較高，消耗的時(shí)間長(zhǎng)。傳統(tǒng)的人工經(jīng)驗(yàn)判別藍(lán)莓成熟，誤判率高，使得水果品質(zhì)沒有得到很好地分級(jí)。而利用圖像處理技術(shù)進(jìn)行判別成熟可以減少人工耗時(shí)，有效的提高藍(lán)莓成熟的識(shí)別率、準(zhǔn)確率，大大提高了摘取果實(shí)的工作效率。

利用圖像處理技術(shù)建立藍(lán)莓果實(shí)成熟檢測(cè)的系統(tǒng)，為廣大的藍(lán)莓種植戶及農(nóng)業(yè)技術(shù)人員提供一個(gè)對(duì)藍(lán)莓果實(shí)成熟判別的智能化平臺(tái)，有助于藍(lán)莓果實(shí)品質(zhì)分級(jí)。基于圖像處理的藍(lán)莓成熟檢測(cè)系統(tǒng)可分為圖像預(yù)處理、特征提取、成熟判別及分級(jí)，基于圖像處理的藍(lán)莓成熟檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)示意圖如圖1所示。

（1）圖像預(yù)處理需要消除圖像無關(guān)的信息，如去噪。在對(duì)藍(lán)莓果實(shí)圖像進(jìn)行采集時(shí)，往往會(huì)受到很多不同外界因素的干擾，通過一些硬件采集傳輸時(shí)也會(huì)受到不同的噪聲干擾，會(huì)導(dǎo)致采集的圖像質(zhì)量下降或一些信息丟失。要保證藍(lán)莓果實(shí)成熟檢測(cè)的識(shí)別率及準(zhǔn)確率，就必須要在特征提取前對(duì)采集的圖像進(jìn)行噪聲處理及過濾，提高圖像質(zhì)量，以保證后續(xù)果實(shí)成熟檢測(cè)的識(shí)別準(zhǔn)確率。

（2）特征提取是成熟檢測(cè)前的一個(gè)重要步驟，果實(shí)的成熟需要對(duì)果實(shí)的紋理特征、顏色特征進(jìn)行提取，根據(jù)紋理、顏色特征對(duì)果實(shí)成熟進(jìn)行分級(jí)，因而特征提取會(huì)直接影響果實(shí)成熟檢測(cè)的識(shí)別精度和準(zhǔn)確率。

（3）果實(shí)的成熟檢測(cè)是整個(gè)系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分，也是我們最終想要達(dá)到的目的。利用圖像處理技術(shù)對(duì)圖像特征進(jìn)行分析，構(gòu)成分類器，從而對(duì)果實(shí)成熟進(jìn)行檢測(cè)和判別。

藍(lán)莓成熟檢測(cè)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

通過有拍照功能化的智能手機(jī)或者數(shù)碼相機(jī)采集藍(lán)莓果實(shí)圖像，采集的原始圖像經(jīng)過圖像預(yù)處理如：濾波、去噪等，保證圖像的質(zhì)量，再利用圖像分割算法分別對(duì)藍(lán)莓的形狀、大小、顏色特征提取，從而完成圖像處理的前期工作。再通過選用合適的分類器進(jìn)行分類和識(shí)別，最后判別出藍(lán)莓果實(shí)的成熟，再進(jìn)行品質(zhì)分級(jí)。

3 結(jié)語

為了節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，人工耗時(shí)等，更高效、快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)藍(lán)莓成熟，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于圖像處理的藍(lán)莓成熟檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以快速的檢測(cè)果實(shí)成熟，預(yù)防果實(shí)過成熟，降低人經(jīng)驗(yàn)果實(shí)成熟的誤判導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失，加速實(shí)行我國(guó)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展有著重要意義。

【參考文獻(xiàn)】

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