一種基于機(jī)器視覺(jué)和一元線性回歸分析的大蒜分級(jí)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及大蒜分級(jí)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于機(jī)器視覺(jué)和一元線性回歸分析的大蒜分級(jí)方法。該基于機(jī)器視覺(jué)和一元線性回歸分析的大蒜分級(jí)方法，其特征在于：對(duì)大蒜進(jìn)行圖像采集，然后對(duì)所采集圖像急性二值化處理，標(biāo)注二值圖像中連通區(qū)域，根據(jù)圖像像素標(biāo)明該圖像連通區(qū)域的面積大小，根據(jù)已經(jīng)采集的大蒜圖像的面積與大蒜橫徑的數(shù)據(jù)，利用一元線性回歸分析進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，最后根據(jù)你和的線性方程對(duì)預(yù)分級(jí)的大蒜進(jìn)行分級(jí)。本發(fā)明用圖像提取的方法，CCD在測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)有很高的精度，通過(guò)掃描獲得圖像，不損傷大蒜，同時(shí)用一元線性回歸分析建立模型，該方法簡(jiǎn)單，速度快，節(jié)省分級(jí)時(shí)間。
【專利說(shuō)明】一種基于機(jī)器視覺(jué)和一元線性回歸分析的大蒜分級(jí)方法
[0001] (一)【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及大蒜分級(jí)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于機(jī)器視覺(jué)和一元線性回歸分析的大蒜分級(jí)方法。
[0002](二)【背景技術(shù)】
目前我國(guó)大蒜的出口量增長(zhǎng)，但是收匯的增長(zhǎng)不如出口量的增長(zhǎng)，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因是大蒜產(chǎn)后處理手段落后，以致大蒜混等混級(jí)，良次不齊。質(zhì)量混雜，造成價(jià)值低，無(wú)法達(dá)到國(guó)際出口的標(biāo)準(zhǔn)，從而也無(wú)法問(wèn)津國(guó)際市場(chǎng)。隨著進(jìn)出口貿(mào)易額的增加，這一損失還在逐年增長(zhǎng)。傳統(tǒng)的機(jī)械分級(jí)方法容易在網(wǎng)孔邊緣產(chǎn)生擠壓或劃傷。
[0003]以機(jī)器視覺(jué)為基礎(chǔ)的智能識(shí)別代替人的視覺(jué)識(shí)別具有其很大的優(yōu)勢(shì)和長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展前景，在農(nóng)業(yè)以精細(xì)農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用最為普遍，目前用于植物生長(zhǎng)監(jiān)視、雜草識(shí)別、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、農(nóng)業(yè)遙感分析、農(nóng)產(chǎn)品分級(jí)、品質(zhì)檢測(cè)、動(dòng)物行為跟蹤等方面研究。利用機(jī)器視覺(jué)分級(jí)代替人工分級(jí)、機(jī)械尺寸分級(jí)、重量分級(jí)是自動(dòng)化分級(jí)發(fā)展的必然趨勢(shì)，主要反映在以下幾方面:
(I)機(jī)器視覺(jué)分級(jí)精度高。計(jì)算機(jī)視覺(jué)的分級(jí)系統(tǒng)采用CCD攝像頭作為傳感器，標(biāo)定好的CCD在測(cè)量面積時(shí)有很高的精度，己在工業(yè)上廣泛應(yīng)用，能夠滿足大蒜分級(jí)的要求。
[0004](2)用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)屬于非接觸檢測(cè)過(guò)程。檢測(cè)時(shí)傳感器CXD通過(guò)掃描獲得圖象，不損傷大蒜。而傳統(tǒng)的機(jī)械分級(jí)方法容易在網(wǎng)孔邊緣產(chǎn)生擠壓或劃傷。
[0005](3)分級(jí)過(guò)程受軟件算法控制。智能化的軟件設(shè)計(jì)，使分級(jí)可以基于知識(shí)和法則下進(jìn)行，對(duì)輔助設(shè)備要求低，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
[0006]因此，研究機(jī)器視覺(jué)技術(shù)用于大蒜分級(jí)具有潛在的應(yīng)用價(jià)值和很好的發(fā)展前景。
[0007](三)
【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種檢測(cè)精確、工作效率高的基于機(jī)器視覺(jué)和一元線性回歸分析的大蒜分級(jí)方法。
[0008]本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種基于機(jī)器視覺(jué)和一元線性回歸分析的大蒜分級(jí)方法，其特征在于:對(duì)大蒜進(jìn)行圖像采集，然后對(duì)所采集圖像進(jìn)行二值化處理，標(biāo)注二值圖像中連通區(qū)域，根據(jù)圖像像素標(biāo)明該圖像連通區(qū)域的面積大小，并根據(jù)標(biāo)本圖像，將面積單位折合成平方厘米；根據(jù)已經(jīng)采集的大蒜圖像的面積與大蒜橫徑的數(shù)據(jù)，利用一元線性回歸分析進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，最后根據(jù)擬合的線性方程對(duì)預(yù)分級(jí)的大蒜進(jìn)行分級(jí)。
[0009]具體包括如下步驟:
(1)分別選取三個(gè)等級(jí)大蒜各幾頭，利用同一照相機(jī)對(duì)大蒜進(jìn)行拍照，要求拍攝高度和相機(jī)像素要一致；
(2)對(duì)采集的圖像進(jìn)行二值化預(yù)處理，結(jié)算得出白色大蒜區(qū)域面積，將得到的面積作為大蒜分級(jí)系統(tǒng)的特征；
(3)根據(jù)已獲大蒜圖像的面積，與已知大蒜的橫徑，利用一元線性回歸分析建立模型；
(4)對(duì)預(yù)分級(jí)大蒜提取圖像信息，計(jì)算出預(yù)分級(jí)大蒜面積，將所得面積帶入已建好的一元線性方程中，得到大蒜的橫徑，根據(jù)橫徑數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)。 [0010]其更優(yōu)方案為:
步驟(2)中，所述大蒜區(qū)域的面積用平方厘米來(lái)表示。
[0011]步驟(3)中，大蒜橫徑用毫米來(lái)表示。
[0012]步驟(4)中，大蒜分級(jí)根據(jù)大蒜橫徑的大小分為三個(gè)等級(jí):一級(jí)大蒜:橫徑大于等于5cm，二級(jí)大蒜:橫徑大于等于4cm，三級(jí)大蒜:橫徑大于等于3cm。
[0013]大蒜分級(jí)是根據(jù)其橫徑的大小分為三個(gè)等級(jí)，由于大蒜的橫截面近似為圓形或者橢圓形，所以大蒜的橫徑與其橫截面面積有一定的相關(guān)性，本發(fā)明通過(guò)傳感器CCD拍攝大蒜橫截面圖像，將所采集圖像二值化，通過(guò)軟件計(jì)算得到的白色大蒜區(qū)域的面積，然后根據(jù)一元線性回歸方程可以建立大蒜面積與大蒜橫徑之間的關(guān)系。選取大蒜三個(gè)級(jí)別每個(gè)級(jí)別大蒜若干，通過(guò)圖像得到其大蒜橫截面面積，記為:
巧，得到其橫徑記為，Λ。一元線性回歸分析預(yù)測(cè)法，是根據(jù)自變量巧和因變量Λ的相關(guān)關(guān)系，建立5與y的線性回歸方程進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法。
[0014]本發(fā)明首先將全部已經(jīng)測(cè)量數(shù)據(jù)分別帶入= + 中，得:

Λ =

y7 =Sn^alX7

ya =Wk
本發(fā)明采用最小二乘法擬合一元線性回歸方程，最小二乘法在誤差理論中的基本含義是:在具有等精度的多次測(cè)量中，求最可靠(最可信賴)值時(shí)，是當(dāng)各測(cè)量值的殘差平方和為最小是所求得的值。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的最小二乘法線性擬合時(shí)，是把所有測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)都標(biāo)在坐標(biāo)圖上，用最小二乘法擬合的直線，其各數(shù)據(jù)點(diǎn)與擬合直線之間的殘差平方和為最小。
[0015]對(duì)線性方程= ?+ ?,X ,按殘差平方和為最小，根據(jù)所有測(cè)量數(shù)據(jù)可得
u =(a0 + S1^)]2 =?
將上式分別對(duì)％和％取偏導(dǎo)數(shù)得:
~ = -2?Κι-?ο-S0 -O1X2)-----2(Λ-α0
du
—=-? --2x,(y3 -a0 -O1X7)------a0 -
必要條件是
du Λdu n
--—Q---— Q
則有
CK1-? -(IlJi)+ O3 -a0 ---)+ - + (ya -? ---) = 0整理后
【權(quán)利要求】
1.一種基于機(jī)器視覺(jué)和一元線性回歸分析的大蒜分級(jí)方法，其特征在于:對(duì)大蒜進(jìn)行圖像采集，然后對(duì)所采集圖像進(jìn)行二值化處理，標(biāo)注二值圖像中連通區(qū)域，根據(jù)圖像像素標(biāo)明該圖像連通區(qū)域的面積大小，并根據(jù)標(biāo)本圖像，將面積單位折合成平方厘米；根據(jù)已經(jīng)采集的大蒜圖像的面積與大蒜橫徑的數(shù)據(jù)，利用一元線性回歸分析進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，最后根據(jù)擬合的線性方程對(duì)預(yù)分級(jí)的大蒜進(jìn)行分級(jí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺(jué)和一元線性回歸分析的大蒜分級(jí)方法，其特征為，具體包括如下步驟:(1)分別選取三個(gè)等級(jí)大蒜各幾頭，利用同一照相機(jī)對(duì)大蒜進(jìn)行拍照，要求拍攝高度和相機(jī)像素要一致；(2)對(duì)采集的圖像進(jìn)行二值化預(yù)處理，結(jié)算得出白色大蒜區(qū)域面積，將得到的面積作為大蒜分級(jí)系統(tǒng)的特征；(3)根據(jù)已獲大蒜圖像的面積，與已知大蒜的橫徑，利用一元線性回歸分析建立模型；(4)對(duì)預(yù)分級(jí)大蒜提取圖像信息，計(jì)算出預(yù)分級(jí)大蒜面積，將所得面積帶入已建好的一元線性方程中，得到大蒜的橫徑，根據(jù)橫徑數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器視覺(jué)和一元線性回歸分析的大蒜分級(jí)方法，其特征在于:步驟(2)中，所述大蒜區(qū)域的面積用平方厘米來(lái)表示。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器視覺(jué)和一元線性回歸分析的大蒜分級(jí)方法，其特征在于:步驟(3)中，大蒜橫徑用毫米來(lái)表示。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器視覺(jué)和一元線性回歸分析的大蒜分級(jí)方法，其特征在于:步驟(4)中，大蒜分級(jí)根據(jù)大蒜橫徑的大小分為三個(gè)等級(jí):一級(jí)大蒜:橫徑大于等于5cm, 二級(jí)大蒜:橫徑大于等于4cm，三級(jí)大蒜:橫徑大于等于3cm。
【文檔編號(hào)】G01B11/28GK103471514SQ201310413428
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】張楠 申請(qǐng)人:齊魯工業(yè)大學(xué)