一种整精米率批量测定方法及其设备与流程

本发明涉及一种测定方法及其设备，特别是一种整精米率批量测定方法及其设备。

背景技术：

随着计算机视觉技术的发展，其在农业领域上已得到广泛的应用(mccarthyandhancocketal.,2010；sakamotoandgitelsonetal.,2012；leeandlee,2013)，在大米品质的研究上也越来越多，包括米粒几何特征(emadzadehandrazavietal.,2010；mebatsionandpaliwaletal.,2012；bornhorstandkostlanetal.,2013)、裂纹分析(lanandfangetal.,2002；shimizuandhaqueetal.,2008；linandchenetal.,2012)、垩白分析(yoshiokaandiwataetal.,2007；sunandliuetal.,2014)、透明度分析(fangandhuetal.,2015)等。

对于利用计算机视觉技术进行大米整精米率检测的研究也有一定的进展，yadav,b.k.等人(yadavandjindal,2001)通过提取二维图像中整精米和破碎米的长度、周长、投影面积等特征参数，建立整精米率的定量估算模型，最小rmse为1.1％。；vandalen(vandalen,2004)利用平台扫描和图像分析技术检测整精米和破碎米，结果表明，该方法在保证精度的同时比人工检测缩短了大量时间。

然而缺少对整精米检测方法系统的描述，如批量化设备的构建、高效整精米检测方法的描述。这些现有技术仍然处于理论研究阶段，很多都是在理想情况下进行精米率计算，而实际生产或测量过程中，无法将米粒排列整齐或者平铺均匀，因此需要一种能够实际运用的整精米率批量测定方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种整精米率批量测定方法及其设备，它能够在生产中快速准确地获取整精米率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种整精米率批量测定方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：图像获取，将米粒通过振动器均匀散落在传送带上，相机在正上方拍照获取米粒初始图像；

步骤二：图像预处理，将米粒从背景中提取出来，并进行去噪和平滑处理；

步骤三：分离粘连米粒，利用凹点检测和凹点匹配分离粘连米粒；

步骤四：识别整精米，利用最小外接矩形法计算粒长，从而识别整精米；

步骤五：计算整精米率：利用整精米率公式hry＝s_hr/s_total×100％计算整精米率。

进一步地，所述步骤一中传送带采用黑色皮带。

进一步地，所述步骤一中相机垂直放置在传送带正上方30cm处，传送带匀速转动，每隔5s拍摄一次。

进一步地，所述步骤二具体为，通过自适应阈值分割法将米粒从黑色背景中提取出来，对图像中所有连通区域进行标记，噪声的连通区域像素数远小于米粒像素数，设置合适的阈值将噪声点去除，最后，采用3*3像素模板对图像进行中值滤波实现米粒边缘的平滑处理。

进一步地，所述步骤三中凸点检测具体为，设置合适的模板，选取坐标值最小的米粒边缘像素点，以该点为中心延边缘顺时针行走，计算每个模板中米粒像素数的占有率，ecmp值计算公式：

其中pf是米粒像素数，sm为模板尺寸。

进一步地，所述步骤三中凸点匹配具体为，设置协同约束条件，达到多凹点的正确匹配：

1)以一个任意凹点a作为匹配的基本点bp，并设该bp为坐标原点建立坐标系，找到米粒边缘与ecmp所用模板的交点m(a1,b1)、n(a2,b2)，连接直线ma、na，匹配点mp需在ma与na所构成的虚线区域内，f(x)代表虚线区域的范围，公式表示为：

2)若在虚线区域内有2个及以上mp，则距离bp最近的mp为真mp；

3)若虚线区域内无一个mp，换下一个凹点重复1)、2)两步骤，直至所有凹点匹配结束；

4)在所有凹点匹配完成后，将相匹配的点两两连线，利用自适应阈值分割法实现米粒的最终分割。

进一步地，所述步骤四具体为，将目标米粒的轮廓按一定角度旋转直至90度，在每旋转一定角度的过程中，用水平放置的mer来和目标轮廓进行拟合，在旋转了某个角度后，外接矩形的面积达到了最小，此时mer的长度就为目标米粒的长度，然后通过图像与米粒的缩放比例计算米粒的实际长度。

进一步地，所述步骤四图像旋转的旋转计算公式为，

若图像绕着原点(0,0)旋转，(x0,y0)为旋转前的坐标，(x1,y1)为旋转后的坐标，旋转的公式为

若绕着点(a,b)旋转,先把坐标平移到点(a,b)，然后再旋转，最后再平移到新的原点坐标，点(c,d)是旋转之后的中心：

一种整精米率批量测定设备，其特征在于：包含输送带、振动器、料盘、相机和计算机，料盘设置在输送带一端，振动器设置在料盘上，相机垂直固定在输送带上方，相机与计算机连接，计算机内设置有一种整精米率批量测定方法的软件系统。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明提供了一种能够在生产中实际应用的整精米率批量测定方法，通过振动器配合输送带，并用相机采集图像进行处理，本发明解决了米粒杂乱无章情况下的整精米率的测量，并实现了连续批量测量，提高了测量效率，并且测量精度高。

附图说明

图1是本发明的整精米率批量测定设备的示意图。

图2是本发明的凹点匹配的示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图所示，本发明的一种整精米率批量测定设备，包含输送带1、振动器、料盘2、相机3和计算机4，料盘设置在输送带一端，振动器设置在料盘上，相机垂直固定在输送带上方，相机与计算机连接。

一种整精米率批量测定方法，包含以下步骤：

步骤一：图像获取，将米粒通过振动器均匀散落在传送带上，相机在正上方拍照获取米粒初始图像；

试验选择两个具有代表性的品种，分别为连粳7号(粳稻)和扬两优6号(籼稻)。

本研究将带有黑色背景的传送带(长：30cm，宽：25cm；电压：220v；速度：60mm/s)作为实验利用的流动载物台，待测米粒通过振动器(电压：220v，频率：20hz)均匀落在传送带上，相机(nex-5r；sony,japan)垂直放置在传送带正上方30cm处，传送带匀速转动，每隔5s拍摄一次。

步骤二：图像预处理，在matlab软件中利用im＝imread(‘图片路径’)函数读取待检测图像。将米粒从背景中提取出来，并进行去噪和平滑处理；

试验所用的传送带是黑色皮带，通过自适应阈值分割法(ohtsu,1979)将米粒从黑色背景中提取出来。本研究通过对图像中所有连通区域进行标记，噪声的连通区域像素数远小于米粒像素数，设置合适的阈值可将噪声点去除。最后，采用3*3像素模板对图像进行中值滤波(koandyong,1991)，实现米粒边缘的平滑处理。

步骤三：分离粘连米粒，在matlab软件中利用im＝imread(‘图片路径’)函数读取待检测图像。利用凹点检测和凹点匹配分离粘连米粒；

凹点检测

本研究提出一种边缘中心模板比例法(ecmp，edgecentermodeproportionmethod)，即设置合适的模板，选取坐标值最小的米粒边缘像素点，以该点为中心延边缘顺时针行走，计算每个模板中米粒像素数的占有率。ecmp值可以代表米粒边缘的凹凸性，该值越大表示边缘越凹，值越小表示边缘越凸。ecmp值计算公式：

pf:pixelsofforeground.sm:sizeofmode.

凹点匹配

本研究在ecmp凹点检测方法的基础上通过设置协同约束条件，可以达到多凹点的正确匹配：

1.以一个任意凹点a作为匹配的基本点(bp,thebasicpoint)，并设该bp为坐标原点建立坐标系，如图(1)所示，找到米粒边缘与ecmp所用模板的交点m(a1,b1)、n(a2,b2)，连接直线ma、na，匹配点(mp,thematchpoint)需在ma与na所构成的虚线区域内。f(x)代表虚线区域的范围，公式表示为：

2.若在虚线区域内有2个及以上mp，则距离bp最近的mp为真mp；

3.若虚线区域内无一个mp，换下一个凹点重复1、2规则，直至所有凹点匹配结束。

4、在所有凹点匹配完成后，将相匹配的点两两连线，利用自适应阈值分割法(ohtsu,1979)实现米粒的最终分割。

步骤四：识别整精米，在matlab软件中利用im＝imread(‘图片路径’)函数读取待检测图像。利用最小外接矩形法计算粒长，从而识别整精米；

利用最小外接矩形法(mer)(yingandwangetal.,2002)计算分割好的米粒长度，它的基本思想是将目标的轮廓按一定角度(如3度)旋转90度，在每旋转一定角度的过程中，用水平放置的mer来和目标轮廓进行拟合。在旋转了某个角度后，外接矩形的面积达到了最小，此时mer的长度就为目标米粒的长度，然后通过图像与米粒的缩放比例计算米粒的实际长度。

对于图像的旋转，先分析图像绕着原点(0,0)旋转的情况，(x0,y0)为旋转前的坐标，(x1,y1)为旋转后的坐标。旋转的公式如下：

如果是绕着点(a,b)旋转,那么就先把坐标平移到点(a,b)，然后再旋转，最后再平移到新的原点坐标，点(c,d)是旋转之后的中心：

步骤五：计算整精米率：利用整精米率公式hry＝s_hr/s_total×100％计算整精米率。

在国家标准中，整精米与净稻谷试样的质量比值为整精米率，同一品种的水稻米粒密度和厚度差异不大，由m＝ρv、v＝sh可知，通过米粒的面积可以估测米粒的质量。在二值图像中，前景米粒像素为1，背景像素为0，所有前景米粒连通的像素和代表净稻谷试样的面积，所有长度超过整精米平均长度四分之三及以上的米粒连通像素数代表整精米面积。整精米率计算公式：

hry＝s_hr/s_total×100％

s_hr为整精米连通像素数之和，s_total为所有米粒连通像素数总和。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。