专利名称：西瓜品质无损检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种瓜果类检测技术，特别是涉及一种西瓜品质无损检测方法及装
置
背景技术：
传统鉴别西瓜品质的方法常用的是通过敲打西瓜的声音来判断品质，这种方法完全取决于操作者的经验，鉴别速度慢，且易对西瓜造成损伤。目前研究出了以下一些较为客观和简便的方法来进行西瓜品质的鉴别I、标签法对同一批西瓜贴采用相同标签，一段时间后，切开西瓜抽样检测西瓜品质，属于有损检测方法，且采用抽样方法的检测结果不稳定；2、容重法测量西瓜体积和质量，通过同种类西瓜的密度不同判断其品质。容重法用西瓜排水法测量西瓜体积，操作复杂，且由于测量时接触西瓜，易对西瓜造成损伤；3、阻值法通过测量西瓜的电阻率判断西瓜品质，电流对西瓜会造成损伤；4、电子设备辨声法通过测量西瓜的共振频率判断西瓜品质，通过传声器收集声音，经过放大、滤波等处理后，给出测量结果，该类方法仍需要接触西瓜，易对西瓜造成损坏。

发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何提供一种操作简单、检测性能稳定的西瓜品质无损检测方法及装置。( 二 )技术方案为了解决上述技术问题，本发明提供一种西瓜品质无损检测方法，包括S1、选取多个样本西瓜，分别采用排水法测量出每个样本西瓜的初始体积；S2、通过输送系统将样本西瓜输送到采集平台上的控制平台，通过计算机调节控制平台以调节样本西瓜的位置，利用采集平台上方的摄像机采集样本西瓜的图像信息并传输给计算机，计算机将所述图像信息处理后计算出样本西瓜的长度、宽度和高度；S3、建立待测西瓜的体积模型V =4/3XKXaXbXc，其中，V为待测西瓜的体积，a、b、c分别为样本西瓜或待测西瓜的长度、宽度和高度，K为常量，根据步骤SI的初始体积和步骤S2的长度、宽度、高度拟合出K值；
S4、将样本西瓜换成待测西瓜并重复步骤S2，测量出待测西瓜的长度、宽度和高度，根据体积模型V = 4/3XKXaXbXc，计算出待测西瓜的体积V ;S5、测量待测西瓜的质量，并根据待测西瓜的质量和体积V计算出待测西瓜的密度，最后根据密度判断出该待测西瓜的品质。其中，所述摄像机采用两台CCD摄像机，所述两台CCD摄像机分别位于控制平台的正上方和斜上方，分别通过第二图像处理系统与所述计算机连接，由所述计算机调节所述两台CCD摄像机的位置；位于控制平台正上方的CCD摄像机用于采集样本西瓜或待测西瓜的长度和宽度方向上的图像信息，位于控制平台斜上方的CCD摄像机用于采集样本西瓜或待测西瓜的高度方向上的图像信息。其中，所述计算机内的第一图像处理系统包括图像输入输出模块、预处理模块、特征提取模块和模型建立模块；所述图像输入输出模块用于输入和输出样本西瓜或待测西瓜的图像信息和数据；所述预处理模块用于将样本西瓜或待测西瓜的图像信息投影到灰度空间进行预处理；所述特征提取模块用于提取样本西瓜或待测西瓜的边图像信息，并计算出闭合边的长度、宽度和高度；所述模型建立模块根据特征用于建立体积模型并计算出待测西瓜的体积。其中，所述预处理模块采用自适应阈值法将样本西瓜或待测西瓜的图像信息从复杂背景中分离出，并采用中值滤波法消除孤立的噪声点。其中，所述特征提取模块采用形态学开闭运算方法进行二值图像空洞的填充和采用序贯算法提取边特征，并采用Shamos求凸多边形直径的方法计算闭合边的直径，即为样本西瓜或待测西瓜的长度、宽度和高度。 其中，所述模型建立模块采用霍夫变换拟合得到体积模型的关键参数K值，并根据所述体积模型计算出待测西瓜的体积。本发明还提供一种西瓜品质无损检测装置，包括计算机以及与所述计算机连接的输送系统、采集平台和摄像系统；所述采集平台上设有控制平台，所述控制平台与计算机连接，所述输送系统用于将样本西瓜或待测西瓜输送到控制平台上，所述摄像系统位于采集平台的上方，用于采集样本西瓜或待测西瓜的图像信息并传输给计算机；所述计算机根据所接收到的图像信息调节摄像系统的位置，并计算出样本西瓜或待测西瓜的长度、宽度和高度，同时建立体积模型和计算待测西瓜的体积。其中，所述摄像系统包括光源和两台CCD摄像机；所述两台CCD摄像机分别位于控制平台的正上方和斜上方，分别通过第二图像处理系统与所述计算机连接，位于控制平台正上方的CCD摄像机用于采集样本西瓜或待测西瓜的长度和宽度方向上的图像信息，位于控制平台斜上方的CCD摄像机用于采集样本西瓜或待测西瓜的高度方向上的图像信息；所述光源通过光源支撑架固定在所述控制平台的上方。其中，所述计算机包括控制系统和第一图像处理系统；所述控制系统用于执行控制指令；所述第一图像处理系统与摄像系统连接，用于对样本西瓜或待测西瓜的图像信息进行处理后计算出样本西瓜或待测西瓜的长度、宽度和高度，并建立体积模型及计算出待测西瓜的体积。其中，所述第一图像处理系统包括图像输入输出模块、预处理模块、特征提取模块和模型建立模块；所述图像输入输出模块用于输入和输出样本西瓜或待测西瓜的图像信息和数据；所述预处理模块用于将样本西瓜或待测西瓜的图像信息投影到灰度空间进行预处理；所述特征提取模块用于提取样本西瓜或待测西瓜的边图像信息，并计算出闭合边的长度、宽度和高度；所述模型建立模块根据特征用于拟合体积模型的关键参数并根据体积模型计算出待测西瓜的体积。(三)有益效果上述技术方案提供的一种西瓜品质无损检测方法及装置，采用数字摄像图像处理、传输系统和计算机控制技术的综合技术，实现了对西瓜产品的无损害分类和识别，该装置操作简单、检测性能稳定，且可快速、鲁棒地获取大量图像信息。


图I是本发明西瓜品质无损检测装置的结构示意图；图2是本发明第一图像处理系统的工作原理图；图3是本发明西瓜品质 无损检测装置的工作流程图。其中，I、计算机；2、采集平台；2a、控制平台；3a、传送台；3b、直流电机；4a、光源；4b、CXD摄像机；4c、CXD摄像机；4d、光源支撑架；5、第二图像处理系统。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。如图I和图3，本发明一种西瓜品质无损检测方法，包括SI、选取多个样本西瓜，分别采用排水法测量出每个样本西瓜的初始体积；该多个样本西瓜的初始体积分别设为vu、V12、V13. . . Vln ；S2、通过输送系统将样本西瓜输送到采集平台上的控制平台，通过计算机I调节控制平台2a以调节样本西瓜的位置，利用采集平台2上方的摄像机采集样本西瓜的图像信息并传输给计算机1，计算机I将该图像信息处理后计算出样本西瓜的长度、宽度和高度；具体为样本西瓜放置在输送系统的传送台3a上，传送台3a上设有直流电机3b，该直流电机3b与计算机I的控制系统连接，计算机I在处理完当前样本西瓜的图像信息后控制直流电机3b以驱动传送台3a将样本西瓜送入控制平台2a，采集平台2上方的摄像机采集样本西瓜的图像信息并传输给计算机1，计算机I根据该图像信息调节摄像机的位置以调节其焦距，获得清晰的图像信息，其中，长度为样本西瓜的长轴的尺寸，宽度为样本西瓜的短轴的尺寸，高度为与该短轴垂直的另一短轴的尺寸；同时还可通过计算机I调节采集平台2，旋转控制平台2a使得西瓜的长轴与控制平台的主轴平行或重合；S3、建立待测西瓜的体积模型V = 4/3XKXaXbXc，其中，V为待测西瓜的体积，a、b、c分别为样本西瓜或待测西瓜的长度、宽度和高度，K为常量，K值为该体积模型的关键参数，根据步骤SI的初始体积和步骤S2的长度、宽度、高度拟合出K值；具体为由步骤SI测出的多个样本西瓜的初始体积分别为Vu、V12, V13. . . Vln,代入式V =4/3XKXaXbXc得出对应的K1' K2、K3. Kn，由K1' K2、K3. Kn拟合出K值，则建立了体积模型 V = 4/3XKXaXbXc ；S4、将样本西瓜换成待测西瓜并重复步骤S2，测量出待测西瓜的长度、宽度和高度，根据体积模型V = 4/3XKXaXbXc，计算出待测西瓜的体积V ;具体为将待测西瓜通过输送系统送入控制平台2a，摄像机采集到该待测西瓜的图像信息并传输给计算机1，计算机I可根据该图像信息调节摄像机的位置以调节其焦距，获得清晰的图像信息，通过计算机I调节采集平台2，旋转控制平台2a使得待测西瓜的长轴与控制平台2a的主轴平行或重合；计算机I根据该图像信息计算出该待测西瓜的长度、宽度和高度，并根据步骤S3所建立的体积模型V = 4/3XKXaXbXc计算出该待测西瓜的体积；S5、测量待测西瓜的质量，并根据待测西瓜的质量和体积V计算出待测西瓜的密度，最后根据密度判断出该待测西瓜的品质。对当前的待测西瓜完成检测后，将下一个待测西瓜放置输送系统上，重复步骤S4和S5，依次循环直到检测完成。本发明采用数字摄像图像处理、传输系统和计算机控制技术的综合技术，实现了对西瓜产品的无损害分类和识别，该装置操作简单、检测性能稳定，且可快速、鲁棒地获取大量图像信息。
优选地，如图1，本实施例的摄像机采用两台CXD (即电荷耦合元件，英文名为Charge-coupled Device)摄像机4b、4c,该两台CO)摄像机4b、4c分别位于控制平台2a的正上方和斜上方，分别通过第二图像处理系统5与计算机I连接，由计算机I调节该两台CXD摄像机4b、4c的位置，第二图像处理系统5的两端设有IEEE1394标准接口，计算机I根据所接收到的图像信息调节该两台CCD摄像机4b、4c的位置以调节其焦距，获得清晰的图像信息；位于控制平台2a正上方的CCD摄像机4b用于采集样本西瓜或待测西瓜的长度和宽度方向上的图像信息，位于控制平台斜上方的CCD摄像机4c用于采集样本西瓜或待测西瓜的高度方向上的图像信息。其中，为了提高图像清晰度，还设有光源4a，该光源4a为LED平面光源，通过光源支撑架4d固定在控制平台2a的上方；第二图像处理系统5采用DSP高速图像处理系统。优选地，如图2，本实施例的计算机内的第一图像处理系统包括图像输入输出模块、预处理模块、特征提取模块和模型建立模块。其中，图像输入输出模块用于输入和输出样本西瓜或待测西瓜的图像信息和数据，该数据为品质鉴定结果，包括经计算机计算后的样本西瓜或待测西瓜的长度、宽度、高度，以及包括待测西瓜的体积以及密度。其中，预处理模块用于将样本西瓜或待测西瓜的图像信息投影到灰度空间进行预处理；具体过程为该预处理模块采用自适应阈值法将样本西瓜或待测西瓜的图像信息从复杂背景中分割成二值图像；采用自适应阈值法的作用是当背景发生变化时，如照明不均匀、有突发噪声、背景灰度变化较大、阴影影响等，单一阈值不能很好地被分割，采用自适应阈值的方法，使分割更加鲁棒；该自适应阈值法的计算思路是把图像分成小区域，针对每一个小区域，自适应选取阈值分割；然后将分割后的二值图像采用中值滤波法进行预处理，这是由于图像在采集过程中会受到噪声源的干扰，若不经过去噪，会对后续的特征提取带来影响；中值滤波法是一种基于排序统计理论的能有效抑制噪声的非线性平滑技术，其基本原理是把数字图像或数字序列中一点的灰度值用该点的一个邻域中灰度值的中值代替，让周围的像素值接近的真实值，从而消除孤立的噪声点，即可做到噪声抑制、滤波脉冲干扰及图像扫描噪声，又可以克服线性滤波器带来的图像细节模糊，保持图像边信息。其中，特征提取模块用于提取样本西瓜或待测西瓜的边图像信息，并计算出闭合边的长度、宽度和高度；具体过程为特征提取模块采用形态学开闭运算方法进行二值图像空洞的填充并采用序贯算法提取连通区域，由于背景分割之后的二值图像，存在空洞，直接提取连通区域会造成误差，因此，采用数学形态学的开闭运算方法填充二值图像空洞；同时跟踪连通区域的边，提取边特征，用Shamos求凸多边形直径的方法计算闭合边直径，根据摄像机所采集的长度方向上的图像信息计算出样本西瓜或待测西瓜的长轴的尺寸，并且调整采集平台2，使西瓜样品的长轴与控制平台2a的主轴平行或重合，然后处理摄像机采集的样本西瓜或待测西瓜的图像信息，用Shamos求凸多边形直径的方法计算闭合边的关键参数(即样本西瓜或待测西瓜的长度、宽度和高度)。其中，模型建立模块根据特征用于拟合体积模型的关键参数K值并根据体积模型计算出待测西瓜的体积；该模型建立模块采用霍夫变换拟合得到体积模型的关键参数K值，并根据体积模型计算出待测西瓜的体积。如图1，本发明的一种西瓜品质无损检测装置，包括计算机I以及与该计算机I连接的输送系统、采集平台2和摄像系统；采集平台2上设有控制平台2a，该控制平台2a与计算机I连接，输送系统用于将样本西瓜或待测西瓜输送到控制平台2a上，摄像系统位于采集平台2的上方，用于采集样本西瓜或待测西瓜的图像信息并传输给计算机I ;计算机I根据所接收到的图像信息调节摄像系统的位置，并计算出样本西瓜或待测西瓜的长度、宽度和高度，同时建立体积模型V = 4/3XKXaXbXc和计算出待测西瓜的体积V。其中，输送系统包括传送台3a和直流电机3b,通过直流电机3b驱动传送台3a对样本西瓜或待测西 瓜进行传输。本实施例的摄像系统包括光源4a和两台CXD摄像机4b、4c ;该两台CXD摄像机4b、4c分别位于控制平台2a的正上方和斜上方，分别通过第二图像处理系统5与计算机连接，由计算机I调节该两台CXD摄像机4b、4c的位置，第二图像处理系统5的两端设有IEEE1394标准接口，计算机I根据所接收到的图像信息调节该两台CCD摄像机4b的位置以调节其焦距，获得清晰的图像信息；位于控制平台2a正上方的CXD摄像机4b用于采集样本西瓜或待测西瓜的长度和宽度方向上的图像信息，位于控制平台2a斜上方的CCD摄像机4c用于采集样本西瓜或待测西瓜的高度方向上的图像信息；光源4a为LED平面光源，并通过光源支撑架4d固定在控制平台2a的上方；第二图像处理系统5采用DSP高速图像处理系统。本实施例的计算机包括控制系统和第一图像处理系统；控制系统与直流电机3b和控制平台2a连接，用于执行控制指令，驱动直流电机3b的转动和驱动控制平台2a的旋转；第一图像处理系统与两台CCD摄像机4b、4c连接，用于对样本西瓜或待测西瓜的图像信息进行处理后计算出样本西瓜或待测西瓜的长度、宽度和高度，并建立体积模型及计算出待测西瓜的体积。如图2，其中，第一图像处理系统包括图像输入输出模块、预处理模块、特征提取模块和模型建立模块；图像输入输出模块用于输入和输出样本西瓜或待测西瓜的图像信息和数据；预处理模块用于将样本西瓜或待测西瓜的图像信息投影到灰度空间进行预处理；特征提取模块用于提取样本西瓜或待测西瓜的边图像信息，并计算出闭合边的关键参数(即长度、宽度和高度)；模型建立模块根据特征用于拟合体积模型的关键参数K值并根据体积模型计算出待测西瓜的体积。本发明对瓜果、块状农产品的品质识别具有通用性，其它瓜果和块状农产品的品质检测可以参照该实施例的方法，具体针对所测瓜果、块状农产品的切块特征，改变相关参数，就可以对新的瓜果、切块品质进行检测。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种西瓜品质无损检测方法，其特征在于，包括 51、选取多个样本西瓜，分别采用排水法测量出每个样本西瓜的初始体积； 52、通过输送系统将样本西瓜输送到采集平台上的控制平台，通过计算机调节控制平台以调节样本西瓜的位置，利用采集平台上方的摄像机采集样本西瓜的图像信息并传输给计算机，计算机将所述图像信息处理后计算出样本西瓜的长度、宽度和高度； 53、建立待测西瓜的体积模型V= 4/3XKXaXbXc，其中，V为待测西瓜的体积，a、b、c分别为样本西瓜或待测西瓜的长度、宽度和高度，K为常量，根据步骤SI的初始体积和步骤S2的长度、宽度、高度拟合出K值； 54、将样本西瓜换成待测西瓜并重复步骤S2，测量出待测西瓜的长度、宽度和高度，根据体积模型V = 4/3XKXaXbXc,计算出待测西瓜的体积V ； 55、测量待测西瓜的质量，并根据待测西瓜的质量和体积V计算出待测西瓜的密度，最后根据密度判断出该待测西瓜的品质。
2.如权利要求I所述的西瓜品质无损检测方法，其特征在于，所述摄像机采用两台CCD摄像机，所述两台CXD摄像机分别位于控制平台的正上方和斜上方，分别通过第二图像处理系统与所述计算机连接，由所述计算机调节所述两台CCD摄像机的位置；位于控制平台正上方的CCD摄像机用于采集样本西瓜或待测西瓜的长度和宽度方向上的图像信息，位于控制平台斜上方的CCD摄像机用于采集样本西瓜或待测西瓜的高度方向上的图像信息。
3.如权利要求I所述的西瓜品质无损检测方法，其特征在于，所述计算机内的第一图像处理系统包括图像输入输出模块、预处理模块、特征提取模块和模型建立模块；所述图像输入输出模块用于输入和输出样本西瓜或待测西瓜的图像信息和数据；所述预处理模块用于将样本西瓜或待测西瓜的图像信息投影到灰度空间进行预处理；所述特征提取模块用于提取样本西瓜或待测西瓜的边图像信息，并计算出闭合边的长度、宽度和高度；所述模型建立模块根据特征用于建立体积模型并计算出待测西瓜的体积。
4.如权利要求3所述的西瓜品质无损检测方法，其特征在于，所述预处理模块采用自适应阈值法将样本西瓜或待测西瓜的图像信息从复杂背景中分离出，并采用中值滤波法消除孤立的噪声点。
5.如权利要求3所述的西瓜品质无损检测方法，其特征在于，所述特征提取模块采用形态学开闭运算方法进行二值图像空洞的填充和采用序贯算法提取边特征，并采用Shamos求凸多边形直径的方法计算闭合边的直径，即为样本西瓜或待测西瓜的长度、宽度和高度。
6.如权利要求3所述的西瓜品质无损检测方法，其特征在于，所述模型建立模块采用霍夫变换拟合得到体积模型的关键参数K值，并根据所述体积模型计算出待测西瓜的体积。
7.—种西瓜品质无损检测装置，其特征在于，包括计算机以及与所述计算机连接的输送系统、采集平台和摄像系统;所述采集平台上设有控制平台,所述控制平台与计算机连接，所述输送系统用于将样本西瓜或待测西瓜输送到控制平台上，所述摄像系统位于采集平台的上方，用于采集样本西瓜或待测西瓜的图像信息并传输给计算机；所述计算机根据所接收到的图像信息调节摄像系统的位置，并计算出样本西瓜或待测西瓜的长度、宽度和高度，同时建立体积模型和计算待测西瓜的体积。
8.如权利要求7所述的西瓜品质无损检测装置，其特征在于，所述摄像系统包括光源和两台CXD摄像机；所述两台C⑶摄像机分别位于控制平台的正上方和斜上方，分别通过第二图像处理系统与所述计算机连接，位于控制平台正上方的CCD摄像机用于采集样本西瓜或待测西瓜的长度和宽度方向上的图像信息，位于控制平台斜上方的CCD摄像机用于采集样本西瓜或待测西瓜的高度方向上的图像信息；所述光源通过光源支撑架固定在所述控制平台的上方。
9.如权利要求7所述的西瓜品质无损检测装置，其特征在于，所述计算机包括控制系统和第一图像处理系统；所述控制系统用于执行控制指令；所述第一图像处理系统与摄像系统连接，用于对样本西瓜或待测西瓜的图像信息进行处理后计算出样本西瓜或待测西瓜的长度、宽度和高度，并建立体积模型及计算出待测西瓜的体积。
10.如权利要求9所述的西瓜品质无损检测装置，其特征在于，所述第一图像处理系统包括图像输入输出模块、预处理模块、特征提取模块和模型建立模块；所述图像输入输出模块用于输入和输出样本西瓜或待测西瓜的图像信息和数据；所述预处理模块用于将样本西 瓜或待测西瓜的图像信息投影到灰度空间进行预处理；所述特征提取模块用于提取样本西瓜或待测西瓜的边图像信息，并计算出闭合边的长度、宽度和高度；所述模型建立模块根据特征用于拟合体积模型的关键参数并根据体积模型计算出待测西瓜的体积。
全文摘要
本发明涉及瓜果类检测技术领域，本发明公开了一种西瓜品质无损检测方法及装置，该方法包括选取多个样本西瓜，分别采用排水法测量出每个样本西瓜的初始体积，利用CCD摄像机采集样本西瓜的图像信息并传输给计算机，计算机将图像信息处理后计算出样本西瓜的长度、宽度和高度，并建立待测西瓜的体积模型V＝4/3×K×a×b×c，根据样本西瓜的初始体积和长度、宽度、高度拟合出K值，根据该模型测量出待测西瓜的体积，并测量出其质量，根据质量和体积计算出密度，最后根据密度判断出该待测西瓜的品质。本发明结合数字图像处理、传输系统和计算机控制技术，实现西瓜品质无损分类和识别，操作简单、检测性能稳定。
文档编号G01N9/02GK102654463SQ20121011013
公开日2012年9月5日 申请日期2012年4月13日 优先权日2012年4月13日
发明者刘忠强, 张水发, 杨锋, 王开义 申请人:北京农业信息技术研究中心