一种重叠碎米与整米的视觉分离检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种重叠碎米与整米的视觉分离检测方法，尤其是基于数字图像处理 的大米外观品质检测方法。
【背景技术】
[0002] 我国是世界上最主要的农业国家，稻米的年产量居世界首位，但是由于生产加工 出来的稻米品质较差，导致我国稻米销量低，积压严重，在国际市场上缺乏竞争力。提高我 国粮食品质、增强农产品国际市场竞争力己成为当今农业可持续发展问题的关键所在。尤 其是加入WTO后，我国的农产品已经投入到国际化大市场，这将使我国的农产品面临着范 围更广层次更深的竞争。
[0003] 为了给粮食收购及市场流通过程中按质论价提供保障，适应中国粮食流通体制改 革，我国颁发了新的优质稻米GB/T 17891. 1999国家标准，该标准是在修订原有国家标准 的基础上，新增加了优质谷物的评价标准。但是，在实际应用中新标准的实施还需面对一些 问题。比如，有些谷物外观品质检测指标，如稻米的粒型、完整性和垩白度等的检测方式目 前还停留在人工肉眼检测的水平，由于人工肉眼观测的方式无法满足现实应用中快速检测 的要求，并且人工肉眼的检测方式也使得检测结果缺乏客观性和科学性。因此如何快速、准 确地对谷物外观品质进行检测成为急待解决的问题之一。
[0004] 随着计算机技术的普及和图像处理算法的不断深入发展，基于机器视觉技术的研 究和应用受到追捧，越来越多得受到关注。与传统的采用人工检测的方式相比，机器视觉检 测技术具有检测速度快、精度高、可重复性强的优点，利用机器视觉技术进行产品品质检测 以取代传统的人工检测是未来自动化发展的必然趋势。
【发明内容】
[0005] 针对上述技术问题，本发明目的是，提供一种结构简单，能够代替人肉眼检测的重 叠碎米与整米的视觉分离检测方法，提高检测效率。通过图像的视觉分离检测方法，虽然米 粒均匀铺成一平层，但碎米粒会与整米图像重叠，因此必须对重叠米粒图像分离。
[0006] 本发明解决上述技术问题采用以下技术方案：一种重叠碎米与整米的视觉分离检 测方法，其特征是包括重叠米粒图像分离和米粒外观结构品质检测分割两个过程；重叠米 粒图像分离过程采用利用米粒图像的圆面积与重叠米粒图像形成夹角结合搜索凹点检测 方法，分离出非重叠和有重叠部分米粒图像；米粒外观结构品质检测分割过程利用米粒长 度、宽度结合面积的结构参数对完整整米与不完整碎米图像进行判别，并利用待成对匹配 的凹点得到匹配分割线分割出重叠的米粒图像；
[0007] 具体步骤如下：步骤001.将采集到的原始彩色图像转换成灰度图像；
[0008] 步骤002.对灰度图像利用顶帽变换进行背景均匀化；
[0009] 步骤003.利用OTSU全局阈值最大化类间方差进行区域分割，得到二值图像；
[0010] 步骤004.利用canny边缘检测算子对二值图像进行物体边缘检测，得到边缘轮廓 曲线图像；
[0011] 步骤005.检测边缘轮廓曲线的所有凹点，具体包括以下步骤：
[0012] 步骤0051.遍历边缘轮廓曲线上每个像素点，以半径R = 5个像素画圆，计算圆落 在（米粒）物体图像区域内部的像素面积，取面积大于应的当前像素点作为备选重 置（米粒）物体图像凹点集一；
[0013] 步骤0052.遍历边缘轮廓曲线上每个像素点P，然后计算物体区域内部与当前像 素点等距（相邻）的前继点M和后续点N与该像素点连线所成的夹角ZMPN,取夹角Z MPN 大于180°对应的当前像素点P作为备选重叠物体凹点集二；
[0014] 步骤0053.取步骤0051和步骤0052检测到的相同凹点即为检测到的最终边缘凹 占 . /\\\ ，
[0015] 步骤006.根据步骤0053获得的最终边缘凹点数目，分离出存在多个凹点的重叠 物体区域和不存在凹点的非重叠物体区域；
[0016] 步骤007.对非重叠物体区域分别检测物体的长度、宽度以及面积结构参数，结 合事先检测的100粒独立完整的标准米粒的长度、宽度以及面积，区分完整独立物体（米 粒）和不完整独立物体（米粒），将大于等于标准米粒长度的80%、宽度的80%以及面积的 80%，确定为整米，其余为碎米；
[0017] 步骤008.对多个凹点的重叠物体区域即重叠米粒图像依据分割线两端的凹点对 之间的距离小于完整独立物体的宽度提取出待匹配凹点组；
[0018] 步骤009.对步骤008提取出的待匹配凹点，进一步确认匹配的凹点对，具体包括 以下步骤：
[0019] 步骤0091.根据两个待匹配凹点（凹点P1和凹点P2)的位置，获取两个待匹配凹 点的连线向外延长对应的两个向量P 1P1'和P2P2'的角度；MpNjP M2、N2分别是凹点P1和凹 点P2等距的如继点和后继点；
[0020] 步骤0092.检测向量P1P1'和P2P 2'的位置，当向量P1P1'位于向量P1M1沿顺时针方 向到向量P 1N1之间的区域，向量P 2P2'位于向量卩具沿顺时针方向到向量P 2N2之间的区域； 该两个凹点匹配成功，将该组待匹配凹点凹点作为一对分割点；
[0021] 步骤010.连接一对分割点（凹点）对作为分割线分离重叠的两个物体；
[0022] 步骤011.对分离出来的多颗米粒，再次根据步骤007方法区别整米和碎米；
[0023] 步骤012.依据步骤007和步骤0011分离出的各个独立米粒目标，进行后续的图 像目标信息解读。
[0024] 本发明的有益效果是，本发明提出一种重叠碎米与整米的视觉分离检测方法，是 特别针对有重叠的碎米和整米的外观品质检测特点而进行设计的，采用以上技术方案与现 有的人工操作技术相比，算法切实有效，在不增加算法的复杂性条件下，具有检测速度快、 精度高、可重复性强，硬件系统实现容易、结构简单、成本低、可靠性高等有益技术效果。
【附图说明】
[0025] 图1是本发明重叠碎米与整米的视觉分离检测方法功能模块图；
[0026] 图2是本发明重叠碎米与整米的视觉分离检测方法中利用圆面积检测重叠区域 凹点示意图；
[0027] 图3是本发明重叠碎米与整米的视觉分离检测方法中利用夹角检测重叠区域凹 点示意图；
[0028] 图4是本发明重叠碎米与整米的视觉分离检测方法中凹点对匹配示意图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合说明书附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0030] 如图1所示，本发明设计了重叠碎米与整米的视觉分离检测方法，其特征是包括 一种重叠碎米与整米的视觉分离检测方法，其特征是包括重叠米粒图像分离和米粒外观结 构品质检测分割两个过程。重叠米粒图像分离过程采用利用圆面积与夹角结合搜索的凹点 检测方法，分离出非重叠和有重叠部分米粒图像；米粒外观结构品质检测分割过程利用米 粒长度、宽度结合面积的结构参数对完整整米与不完整碎米图像进行判别，并利用待匹配 的凹点得到匹配分割线分割出重叠的米粒图像。具体步骤如下：
[0031] 步骤001.将采集到的原始彩色图像转换成灰度图像；
[0032] 步骤002.对灰度图像利用现有的顶帽变换进行背景均匀化，其中结构元素构造 为圆盘形，半径为3 ;
[0033] 步骤003.利用现有的OTSU全局阈值最大化类间方差进行区域分割，得到二值图 像；
[0034] 步骤004.利用现有的canny边缘检测算子对二值图像进行物体边缘检测，得到边 缘轮廓曲线图像；
[0035] 步骤005.检测边缘轮廓曲线的所有凹点，具体包括以下步骤：