基于機(jī)械視覺(jué)的魚的辨別

包思圓 劉娜 羊志膺

摘 要：改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)淡水漁業(yè)無(wú)論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)際的漁業(yè)發(fā)展中都具有十分重要的地位和作用[1]。近幾年，我國(guó)淡水養(yǎng)殖業(yè)有較大發(fā)展，產(chǎn)量占總漁獲量的40%左右，但由于傳統(tǒng)的生活習(xí)俗，淡水魚都是活銷或鮮銷，故加工量很少[2]。本研究將機(jī)器視覺(jué)、圖像處理技術(shù)、模式識(shí)別應(yīng)用于淡水魚的品種識(shí)別研究中，使用Photoshop軟件對(duì)收集到的圖片進(jìn)行處理，提取魚體外輪廓，使用Matlab收集圖像特征，得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該技術(shù)的建立和實(shí)施有利于實(shí)現(xiàn)魚類營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的最大化，提高我國(guó)魚類資源利用率。

關(guān)鍵詞：圖像處理；淡水魚的分類；機(jī)器視覺(jué)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.222

0 引言

中國(guó)是淡水魚養(yǎng)殖生產(chǎn)大國(guó)，年產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的70%以上，由于中國(guó)淡水魚加工工業(yè)發(fā)展滯后，淡水魚以鮮活銷售為主，在集中上市季節(jié)，容易造成“壓塘”和“賣魚難”的現(xiàn)象，挫傷生產(chǎn)者的積極性，因此開(kāi)發(fā)淡水魚深加工裝備，對(duì)于促進(jìn)中國(guó)淡水魚養(yǎng)殖生產(chǎn)的發(fā)展和增加生產(chǎn)者的收入都有具有重要意義[3]。

1 研究的主要內(nèi)容

photoshop軟件將采集的魚的圖片進(jìn)行分割，提取魚體外輪廓，對(duì)收集到的魚體照片進(jìn)行處理，將處理后的圖片導(dǎo)入Matlab軟件中，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。首先進(jìn)行灰度化處理，調(diào)整圖像對(duì)比度，然后用灰度直方圖，修改技術(shù)根據(jù)灰度化分布統(tǒng)計(jì)特征對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)，進(jìn)而對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理，使具有灰度級(jí)的圖像變成只有兩個(gè)灰度值的黑白圖像，通過(guò)自動(dòng)確定圖像二值化的最佳閥值進(jìn)行二值化處理，在不影響圖像清晰度的同時(shí)降低圖像噪音。

2 研究的技術(shù)路線

3 圖像采集及預(yù)處理方法

對(duì)實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行拍照，對(duì)圖像進(jìn)行色彩提取、二值化、輪廓提取以及特征值的提取。

（1）圖像預(yù)處理。本次研究，用圖像預(yù)處理技術(shù)預(yù)先進(jìn)行色彩提取，灰度化圖片，增強(qiáng)圖像、清楚邊界、使圖像變得更加二值化以及提取圖像的輪廓。（2）提取彩色分量。色彩圖片被采集到的圖片，它的每一個(gè)像素點(diǎn)都是由紅綠藍(lán)三個(gè)基本色組成，此外紅綠藍(lán)這三個(gè)分量分別占有八位存儲(chǔ)空間，量化范圍為（0.255）即256級(jí)，如果改變紅綠藍(lán)的存儲(chǔ)空間，對(duì)像素點(diǎn)的信息也具有一定的影響。通過(guò)量化范圍可以得出RGB模型為：256*256*256=16777216，大約有1670萬(wàn)種色彩，因?yàn)镽GB可以把自然界中的任何一種顏色表示出來(lái)，所以被稱為24位真彩色，RGB會(huì)根據(jù)圖像的不同對(duì)像素點(diǎn)賦予不同的RGB值，形成一幅24位真彩色圖像。（3）圖像灰度化。當(dāng)R=G=B時(shí)，RGB模型和圖像中色彩顯示時(shí)有所不同的，如下R=G=B時(shí)在RGB模型中為灰度色彩，圖像就組了灰度范圍為0-255的灰度圖。并且灰度圖的每個(gè)像素點(diǎn)都會(huì)用一個(gè)字節(jié)來(lái)存放灰度值。對(duì)圖像進(jìn)行灰度化處理在很大程度上會(huì)減少計(jì)算量，并且在圖像的整體以及局部色彩色度和亮度的分布以及特征上灰度圖像和彩色圖像是一樣的。如今采集到的圖片是由紅、綠、藍(lán)這三種把不同的顏色調(diào)色合成的24位真彩色圖像。比如：會(huì)用a*b*3的形式來(lái)存儲(chǔ)尺寸為a*b的圖像。代碼C的像素值為圖像A中用代碼（X，Y.1：3）。如果想要時(shí)存儲(chǔ)空間有所減小，就對(duì)凸顯間灰度化處理，把圖像的多種顏色信息變成黑白兩色，在對(duì)亮度進(jìn)行合適的調(diào)節(jié)，進(jìn)而生成灰度化圖片。（4）圖像二值化。將灰度圖轉(zhuǎn)為二值圖常用的處理措施時(shí)閾值處理。閾值θ的作用類似于一個(gè)門檻，比它大被判定為屬于特定物體，其灰度值為255表示，比它小則被排除在目標(biāo)區(qū)域以外，灰度值為0，表示背景或者例外的物體區(qū)域。該變換函數(shù)是階躍函數(shù)，只需給出閾值點(diǎn)θ的值即可，經(jīng)過(guò)閾值處理后的圖像變成了一幅黑白二值圖。其計(jì)算公式為：

其中f（x，y）為灰度圖像數(shù)據(jù)，f'（x，y）為二值化后的圖像數(shù)據(jù)，x和y分別是該點(diǎn)的橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)。而閾值θ主要是經(jīng)過(guò)用戶指定，也能過(guò)通過(guò)算法主動(dòng)生成一個(gè)閾值，不同的閾值處理的效果對(duì)圖像的處理的效果不同。現(xiàn)有的硬件設(shè)備不是很完善并且環(huán)境不好，所以采集到的圖片里有一部分是存在大量的噪音，在一定程度上影響圖像的美觀，并且不利于目標(biāo)特征的提取。通過(guò)去除圖片中的噪音和銳化圖片之后，圖片中的單個(gè)噪聲點(diǎn)就會(huì)消失，光照更加均勻，目標(biāo)更加突出。（5）輪廓提取。二值圖像被增強(qiáng)后就可以分析出以下的兩種信息：黑色背景以及白色目標(biāo)物體。在研究時(shí)要對(duì)目標(biāo)物體的輪廓進(jìn)行提取，因?yàn)檫@樣就可以方便快捷的統(tǒng)計(jì)投影面積。提取二值輪廓的算法相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較簡(jiǎn)單的，并且會(huì)對(duì)邊界點(diǎn)進(jìn)行保留，省去內(nèi)部點(diǎn)。主要運(yùn)用鄰域邊界算法，所謂的鄰域邊界算法是把原有的圖片上存在像素值為黑色并且個(gè)鄰域點(diǎn)也為黑色的內(nèi)部點(diǎn)的像素改為白色。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

對(duì)收集來(lái)的淡水魚圖片提取色彩分量、灰度化、二值化、增強(qiáng)處理，得到所需的二值圖和輪廓圖。目前研究可實(shí)現(xiàn)一部分功能，但由于機(jī)器學(xué)習(xí)和機(jī)器識(shí)別的圖像效果不佳且圖像量少，圖像拍攝光線不一，光線、背景晰度等都造成數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確性。由于特征數(shù)據(jù)不足，本系統(tǒng)的識(shí)別準(zhǔn)確率不夠高，我們將繼續(xù)擴(kuò)充特征數(shù)據(jù)和樣本質(zhì)量，以提高本系統(tǒng)的識(shí)別率。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅相忠，鄒桂偉，潘光碧等.我國(guó)淡水魚也的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[A].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)（自然版），2005，2（05）.

[2]趙占西.我國(guó)淡水水產(chǎn)品加工業(yè)的現(xiàn)狀和前景展望[J].河海大學(xué)常州分校學(xué)報(bào)，2004，24（12）：30-37.

[3]戴新明，熊善柏.湖北省淡水魚加工與綜合利用[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，

2004，8（03）：14-17.

作者簡(jiǎn)介：包思圓（1997-），男，蒙古族，內(nèi)蒙古通遼人，本科在讀，研究方向：圖像處理。