果实外表皮光泽度测量装置及方法与流程

本发明涉及光学检测装置，具体地，涉及一种果实外表皮光泽度测量装置及方法。
背景技术：
：我国是一个农业大国，农业问题一直是我国社会发展的一个重要问题，过去很多研究工作受制于技术短板无法展开。在21世纪，随着科学技术的发展，农业研究逐渐与机械、电子信息、人工智能等多种学科相结合，许多难以解决的问题拥有了新的解决方法。果实外表皮的光泽度在过去是一项非常难以测量的外形参数，研究人员常常通过个人经验，用肉眼的方式评价果实的光泽度，同时给果实进行光泽度分级。这种测量的方式依赖个人主观判断，不同的测量人员得出结果往往不相同，导致产生测量误差，不利于企业进行质量控制。同时人工的方式容易导致疲劳，不适用于大规模的光泽度测量，不利于企业进行大规模果实分类，增加了企业的生产成本。因此利用计算机得到标准化的测量结果，同时提高光泽度测量效率十分重要。目前我国缺乏果实光泽度的相关标准，例如果实的光泽度测量。东北农业大学的周冰钰等人将果实外表皮剥下后铺平，通过使用专业的光泽度仪HYD-09测得果实的光泽度值。但是该方法操作步骤较为繁琐，需要切到厚薄相对均匀使得果实外表皮平整才能得到较为准确的光泽度值，往往同一品种的果实其光泽度值差异也会较大，同时切下外表皮也破坏了果实本身，属于破坏性测量，不利于大规模测量，仅能用在不同品种的果实之间比较。在机器视觉方面，浙江工业大学的汤一平等人的基于单目多视角机器视觉的珍珠颜色光泽度在线自动分级装置可以实现利用图像进行对象的非接触式光泽度测量，但是该装置同样需要大量的分选经验和大量数据得出合适的经验系数，同时多视角的装置较为复杂且成本较高，考虑到果实与珍珠不同，并不需要太过精确的光泽度数值，该装置不适合用于果实外表皮的光泽度测量。技术实现要素：针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种果实外表皮光泽度测量装置及方法。根据本发明提供的果实外表皮光泽度测量装置，包括箱体、工业相机、光源、电源模块以及工控机；其中，所述工业相机设置在箱体内上侧面，所述工业相机用于采集果实彩色图像；所述光源设置在所述箱体的内侧角端，用于为箱体提供均匀光源，使得果实整体亮度均匀；所述电源模块电连接光源，用于给光源提供电力；所述工控机与工业相机；所述工控机用于控制工业相机进行图像采集以及进行光泽度分析。根据本发明的另一个方面，提供了一种果实外表皮光泽度测量方法，包括如下步骤：步骤S1：采用光泽度仪测量光泽度标准板的光泽度值并记录；步骤S2：将被测果实、光泽度标准板放入箱体中，调整工业相机的光圈与焦距使得被测果实的图像清晰；步骤S3：采集被测果实的图像并将被测果实的图像保存至工控机以进行图像处理；步骤S4：基于HIS模型分割出图像中的果实反光区域并计算反光强度值；步骤S5：从黄瓜图像中找到光泽度标准板的图像，根据步骤S3计算标准板反光强度值，获得光泽度标定矩阵，对果实光泽度进行标定。优选地，所述光泽度值计算步骤为：步骤S41：取被测果实的图像HIS模型的H分量，通过阈值分割提取果实截面轮廓。步骤S42：对获得的果实截面轮廓做腐蚀处理，减小果实截面轮廓面积，以降低果实截面轮廓边界光亮对光泽度的影响，将果实截面轮廓二值化后的矩阵的前景与背景翻转，使得背景的灰度值为1，前景的灰度值为0；步骤S43：提取果实图像HIS模型I分量图，与步骤S42中得到的轮廓图做矩阵减法，得到去除背景的果实图像I分量；步骤S44：对提取到的果实图像I分量做阈值分割，分割出果实反光区域，并找到I分量原图中果实反光区域原本的灰度值；步骤S45：计算单位面积内果实反光强度值。优选地，所述HIS模型再转换公式为：H=θ,B≤G360-θ,B>G]]>S=1-3(R+G+B)[min(R,G,B)]]]>I=13(R+G+B)]]>其中，式中，R、G、B分别代表RGB颜色空间的红、绿、蓝的值；S为饱和度，θ为该颜色在HIS模型中的角度，S与I分量已经归一到0到1，将H分量除以2π可以归一到0到1。优选地，所述单位面积内果实反光强度值根据以下公式计算：Ic=SmSm+SdΣi=0mIm(i)]]>式中，Sm为果实图像中反光区域面积；Sd为果实图像中非反光区域面积；Im(i)---反光区域像素点处的I分量灰度值；Ic为计算机得到果实反光强度值；m代表区域中某个像素点。优选地，将Ic与光泽度标准板的反光强度值Is比较，根据公式得出实际光泽度值；其中，Gc、Gs分别为被测果实的实际光泽度、光泽度标准板的实际光泽度值。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：1、本发明箱体可以减小环境光的影响，使得每次测量的环境参数接近，得到的结果较为统一；2、本发明中工业相机为单目视觉系统，图像处理的速度较快；3、本发明通过与光泽度标准板进行比对确定果实的实际光泽度，光泽度的结果更为准确；4、本发明属于非接触式测量，效率高、精度高，应用前景广阔。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本发明中果实外表皮光泽度测量装置的结构示意图；图2为本发明果实外表皮光泽度测量方法的流程图；图3为本发明中采集的果实图像的I分量图；图4为本发明中通过H分量图得到的果实轮廓；图5为本发明中去除背景后果实的I分量图；图6为本发明中通过阈值分割找到的反光区域。图中：1为箱体，2为工业相机，3为电源模块，4为工控机，5为白色LED灯管。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。在本实施例中，本发明提供的果实外表皮光泽度测量装置，包括箱体、工业相机、光源、电源模块以及工控机；其中，所述工业相机设置在箱体内上侧面，所述工业相机用于采集果实彩色图像；所述光源设置在所述箱体的内侧角端，用于为箱体提供均匀光源，使得果实整体亮度均匀；所述电源模块电连接光源，用于给光源提供电力；所述工控机与工业相机；所述工控机用于控制工业相机进行图像采集以及进行光泽度分析。所述的工业相机的摄像机以及镜头在获取图像前需要进行标定；本发明根据张正友标定法，拍摄不同角度相机标定板的图像，计算出相机内部参数，镜头的畸变，放大倍数以及焦距。本发明提供的果实外表皮光泽度测量方法，所述的果实外表皮光泽度测量装置，包括如下步骤：步骤S1：采用光泽度仪测量光泽度标准板的光泽度值并记录；步骤S2：将被测果实、光泽度标准板放入箱体中，调整工业相机的光圈与焦距使得被测果实的图像清晰；步骤S3：采集被测果实的图像并将被测果实的图像保存至工控机以进行图像处理；步骤S4：基于HIS模型分割出图像中的果实反光区域并计算反光强度值；步骤S5：从黄瓜图像中找到光泽度标准板的图像，根据步骤S3计算标准板反光强度值，获得光泽度标定矩阵，对果实光泽度进行标定。所述光泽度标准板分为三个型号，分别为H型高光泽度板；M型中光泽度板；L型低光泽度板。所述光泽度值计算步骤为：步骤S41：取被测果实的图像HIS模型的H分量，通过阈值分割提取果实截面轮廓。步骤S42：对获得的果实截面轮廓做腐蚀处理，减小果实截面轮廓面积，以降低果实截面轮廓边界光亮对光泽度的影响，将果实截面轮廓二值化后的矩阵的前景与背景翻转，使得背景的灰度值为1，前景的灰度值为0；步骤S43：提取果实图像HIS模型I分量图，与步骤S42中得到的轮廓图做矩阵减法，得到去除背景的果实图像I分量；步骤S44：对提取到的果实图像I分量做阈值分割，分割出果实反光区域，并找到I分量原图中果实反光区域原本的灰度值；步骤S45：计算单位面积内果实反光强度值。所述HIS模型再转换公式为：H=θ,B≤G360-θ,B>G]]>S=1-3(R+G+B)[min(R,G,B)]]]>I=13(R+G+B)]]>其中，式中，R、G、B分别代表RGB颜色空间的红、绿、蓝的值；S为饱和度，θ为该颜色在HIS模型中的角度，S与I分量已经归一到0到1，将H分量除以2π可以归一到0到1。所述单位面积内果实反光强度值根据以下公式计算：Ic=SmSm+SdΣi=0mIm(i)]]>式中，Sm为果实图像中反光区域面积；Sd为果实图像中非反光区域面积；Im(i)---反光区域像素点处的I分量灰度值；Ic为计算机得到果实反光强度值；m代表区域中某个像素点。将Ic与光泽度标准板的反光强度值Is比较，根据公式得出实际光泽度值；其中，Gc、Gs分别为被测果实的实际光泽度、光泽度标准板的实际光泽度值。本实施例提供的果实外表皮光泽度测量的装置与方法，目的通过单目视觉技术实现果实外表皮光泽度的非接触式测量，得到标准化统一的光泽度值。将被测果实放入实验箱中并盖好幕布，可以有效去除环境光对测量的影响，减小每次测量之间的测量误差，白色的背景便于区分目标对象和背景。在图像处理过程中基于图像HIS模型进行分析，利用H分量图提取出果实轮廓二值矩阵，利用轮廓二值矩阵从I分量图中找出属于果实的像素点。之后根据I分量代表图像亮度的性质，通过阈值分割的方法找出果实反光的区域，对属于反光区域的像素点的灰度值进行相应的计算，计算得到光泽度值，并与光泽度标准板进行比对。该果实外表皮光泽度测量的装置与方法可以采集果实图像，得到光泽度值并进行记录与储存。本发明的光源布置采用均匀照明的方式，四根白色LED灯管分别平行安装在箱体左上右上以及左下右下角，与被测对象的角度分别为45°以及0°。在采集长条形状果实时尽量使果实与灯管平行，减小光源对果实受光的影响。该光源布置的方式可以使得果实均匀受光，反光区域均匀。本发明选用HIS颜色模型，其I分量符合人眼对亮度的感知，因此可以用作对光泽度的分析；在去除I分量背景时，由于存在阴影的影响，无法直接对I分量图进行阈值分割。因此首先利用受阴影影响较小的H分量图，提取果实的轮廓，再使用腐蚀操作稍减小轮廓的面积，以去除边界光晕的影响。I分量图减去轮廓二值矩阵后，像素值大于0的点即可认为该像素点属于果实，以此为基础进行往后的光泽度测量。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。当前第1页1 2 3