綠色柑橘圖像采集條件的研究

曹乃文 / 廣西科技大學鹿山學院

綠色柑橘圖像采集條件的研究

曹乃文 / 廣西科技大學鹿山學院

不同的圖像采集條件將影響綠色柑橘圖像的質量，為提高應用機器視覺進行柑橘自動分級的效果，分析了綠色柑橘的圖像采集條件。對比了4種顏色背景下4種光照環境的綠色柑橘圖像，最后得出紅色背景無輔助光條件下綠色柑橘圖像的采集效果最好，這將為綠色柑橘的自動分級提供理論基礎。

柑橘；圖像；采集條件

隨著計算機技術的不斷發展，特別是近年來機器視覺設備的不斷完善，應用機器視覺技術進行柑橘質量的檢測逐漸成為現代農業的一個熱點問題［1］［2］［3］。特別是在柑橘自動分級中，隨著蘋果自動分級技術的不斷成熟，相應的算法和設備如何應用到柑橘上逐漸成為相關行業關心的問題。但是，與蘋果表面不同，柑橘果實表面存在較明顯的顏色變化，特別是綠色柑橘的圖像采集經常受環境因素的影響。因此，對綠色柑橘圖像采集條件的分析將是提高綠色柑橘圖像質量的基礎，也是進行相關自動檢測實驗的前提。

1.圖像采集條件差異對綠色柑橘圖像的影響

在現有技術條件下采集到的電子圖像一般是以RGB的格式存在，根據采集設備的設置和設備指標由像素陣列構成圖像。每個像素由24位的數值表示，三個8位二進制數值分別表示對應像素點的紅、綠、藍三種顏色。顯然采用不同的背景顏色和不同的光照條件，所獲取的圖像也存在一定的差異。

如圖1所示，分別在不同顏色背景和輔助光條件下獲取綠色柑橘圖像。圖1（a）是在黃色背景白色輔助光條件下，圖1（b）是在黃色背景黃色輔助光條件下，圖1（c）是在紅色背景黃色輔助光條件下。對比圖1（a） 和圖1（b），背景顏色雖然同為黃色，由于輔助光顏色不一樣，所得的圖像中不僅柑橘顏色存在差異，背景顏色也存在差異。對比圖1（b） 和圖1（c），輔助光顏色雖然同為黃色，由于背景顏色不一樣，所得的圖像中不僅柑橘顏色存在差異，背景顏色也存在差異。由此，可以看出，不同的背景顏色，不同的輔助光顏色都是影響綠色柑橘圖像質量的重要因素。

圖1　不同光照環境下綠色柑橘圖像 （a）黃色背景白色輔助光 （b）黃色背景黃色輔助光 （c）紅色背景黃色輔助光

2.綠色柑橘圖像的處理

為了評價綠色柑橘圖像的質量，一般都是以圖像處理的結果為標準。對于綠色柑橘圖像，在圖像處理中，一般首先需要進行分割操作。所謂分割，就是將圖像中綠色柑橘對應的像素點區域與背景對應的像素點區域分開。一般以白色表示柑橘對應的區域，黑色表示背景區域，所得的圖像只有黑白兩種顏色稱為二值圖。

在圖像分割中常用的分割方法是閾值分割的方法，閾值分割需要首先通過特征值將每個像素點由彩色的三色像素點變為單色的像素點。由于綠色柑橘的顏色是綠色，實驗中采用現代農業中最為常用的超綠特征，即2G-R-B進行相關像素點顏色的轉換。按閾值分割算法，當一個像素點的2G-R-B小于某個閾值的時候則為背景，反之則為柑橘對應的像素點。閾值的選取采用最常用的Ostu法自動計算，圖1三幅原圖處理后的二值圖如圖2所示。顯然，不同的圖像采集條件下所得的二值圖像質量也不一樣。

圖2　不同光照環境下綠色柑橘的二值圖像 （a）黃色背景白色輔助光（b）黃色背景黃色輔助光 （c）紅色背景黃色輔助光

3.實驗結果與分析

為分析綠色柑橘的圖像采集條件，采用同樣的綠色柑橘，分別在黃色、白色、紅色、藍色4種顏色背景下，白光、黃光、白光+黃光、無光4種輔助光條件下采集16種條件的柑橘圖像。然后對采集到的柑橘圖像按2G-R-B進行灰度化處理，并采用Ostu法提取閾值進行閾值分割。

對比16種采集環境下綠色柑橘圖像的分割效果，得出紅色背景無光條件下的綠色柑橘圖像質量最好，相應的原圖、灰度圖、二值圖如圖3所示。圖中柑橘對應區域與背景區域形成了較明顯的顏色差異。

圖3　紅色背景無光條件下的綠色柑橘圖像 （a）原圖 （b）灰度圖 （c）二值圖

4.小結

針對背景顏色和輔助光的差異對綠色柑橘圖像的影響，對比了4種顏色背景下4種光照環境共16中圖像采集條件下的綠色柑橘圖像的分割結果，最后得出紅色背景無輔助光條件下綠色柑橘圖像的采集效果最好，這將為綠色柑橘的自動分級提供理論基礎。

［1］敖勤，徐桂珍.一種基于機器視覺的柑橘表面質量檢測方法.科技傳播.2014（7）.

［2］李源，陳江文，黃玉珠，溫芝元.基于RGB線性組合模型的柑橘果實為害狀識別.中國農學通報.2016（7）.

［3］王旭，趙志衡.基于機器視覺的柑橘分級技術研究.懷化學院學報.2016（5）.

2012年廣西高等學校科研項目（201204LX663）