基于MATLAB GUI設計的脫絨棉種顏色特征提取系統

鄧向武　坎雜　李景彬　謝凡　董翠翠　王曉華

摘要：為了實現脫絨棉種顏色特征的快速、簡單、程序化提取，應用 MATLAB GUI 討論了 I/O 文件讀取函數、回調函數等具體函數的應用，設計出簡明美觀的人機交互式界面，并實現了脫絨棉種的圖像讀取、顏色特征值提取和顯示，并以.xls 格式保存，可實現RGB顏色模型下各顏色分量直方圖曲線顯示；并且通過對定時器的設置，實現了目標圖像的自動數據采集；通過對 mcc 進行編譯，將設計好的程序轉化為獨立的 .exe文件。基于MATLAB GUI 設計的簡單、快速提取脫絨棉種圖像特征值的方法，有助于基于脫絨棉種顏色特征的種子質量研究。

關鍵詞：MATLAB GUI；脫絨棉種；顏色特征；提取

中圖分類號： S126文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）01-0374-02

通信作者：坎雜（1963—），男，新疆精河人，教授，碩士生導師，研究方向為農產品智能化檢測分級。E-mail：kz-shz@ 163.com。新疆是我國主要的商品棉生產基地。自1993年起，新疆棉花種植面積、總產量、單產、商品調出量連續18年排在全國首位[1]，棉花種植面積穩定在153.3萬hm2以上，新疆棉花的總產量占到我國棉花總產量的45%以上[2]。

種子是農業生產中最基本的生產資料，基于種子顏色特征的種子質量檢測研究意義重大。Zhang等選取了油菜種子H和B顏色分量作為特征參數，對不同種皮顏色的油菜種子吸脹和浸泡特性進行了研究，結果表明，油菜種子吸脹和浸泡特性與種子顏色和種皮黑色素含量有非常重要的關系[3]。Mavi 研究了深紅色甜西瓜的種子種皮顏色與種子質量之間的關系，試驗數據表明，深紅色甜西瓜種子質量的差異可以通過種子種皮顏色來判定[4]。

棉種質量是影響棉花產量和質量的重要因素之一。種子表面顏色特征與棉種質量之間顯著相關，可以作為脫絨棉種發芽率和發芽勢檢測的重要特征[5]。本研究以 MATLAB GUI為開發工具，開發了一套脫絨棉種顏色特征值提取系統，設計出一種簡單、快速提取脫絨棉種圖像特征值的方法。MATLAB 是集科學計算、符號運算和圖形處理等多種功能于一體的強有力工具軟件，同時也提供了GUI設計工具和編寫程序，可以簡單、便捷地設計出美觀、方便的菜單化和控件式的人機交換界面，實現預定的功能[6-8]。

1設計路線

以脫絨棉種靜態圖像為研究對象，應用 MATLAB GUI 設計出脫絨棉種圖像輸入與顯示，棉種R、G、B、H、S、I共6個顏色特征參數的提取與顯示，數據保存以及RGB顏色模型下各顏色特征的直方圖曲線顯示等功能。總體技術路線如圖 1 所示。

2MATLAB GUI 界面開發

2.1界面總體設計

在設計人機交互操作界面時，在 MATLAB 命令行中輸入 guide 或者選擇 MATLAB 主界面File菜單New子菜單下的GUI項，打開GUIDE啟動對話框，在GUIDEtemplates菜單下4個選項中選擇空白模板Blank GUI（Default），在點擊OK后進入GUI編輯界面。

在GUIDE設計界面下，通過單擊或者拖拽鼠標的方式創建自己的 GUI 程序界面。本界面選擇2個按鈕組（Botton Group）和7個按鈕（Push Button）、2個軸對象（Axes）、8個靜態文本（Static Text）、7個文本框（Edit Text）和1個LED ActiveX Control等對象，并擺放于合適位置。其中，Axes控件用于顯示脫絨棉種原始圖像和RGB顏色模型下各顏色特征的直方圖曲線；6個文本框用于顯示顏色分量R、G、B、H、S、I的值，剩余1個文本框控件用于顯示系統的當前時間；8個靜態文本控件用于說明相關坐標軸的名稱和脫絨棉種顏色分量的說明。界面設計結果如圖2所示。

2.2圖像輸入與顯示

應用MATLAB提供的uigetfile函數，設置脫絨棉種圖片讀取格式為.jpg或.bmp格式，并將這2種格式放在1個單元數組中，即{′*.jpg′；′*.bmp′}，設置title為“選擇圖片”；str

為“讀入圖像”。用 if…end 結構來實現在Windows環境下對脫絨棉種的圖片進行選擇，圖片顯示用imshow函數顯示在axesl中。原始圖像如圖3所示。

程序如下：

[fname，pname，index]= uigetfile（{′*.jpg′；′*.bmp′}，‘選擇圖片）；

if index == 1 || index == 2

str=[pname fname]；

axes（handles.axes1）；

imshow（str）；

end

2.3圖像特征值提取與顯示

在MATLAB GUI控件選擇區，選擇6個文本框控件放置于如圖2所示位置，使用回調函數（Callback）實現脫絨棉種圖像的顏色特征值提取與顯示，程序如下：

Functionpushbutton2_Callback（hobject，eventdata，handles）

f1=getimage（handles.axes1）；

imR = f1（：，：，1）；

imG = f1（：，：，2）；

imB = f1（：，：，3）；

f2 = rgb2hsv（f1）；

imH = f2（：，：，1）；

imS = f2（：，：，2）；

imI = f2（：，：，3）；

set（handles.edit1，′string′，num2str（imR））；endprint

set（handles.edit1，′string′，num2str（imG））；

set（handles.edit1，′string′，num2str（imB））；

set（handles.edit1，′string′，num2str（imH））；

set（handles.edit1，′string′，num2str（imS））；

set（handles.edit1，′string′，num2str（imI））；

2.4數據保存

用get函數得到脫絨棉種圖像顏色特征的R、G、B、H、S、I值，將這6個值用xlsread函數寫入xls目標文件中，實現脫絨棉種顏色特征提取信息的數據保存，從而實現了快速提取脫絨棉種顏色特征信息的功能，便于后續對脫絨棉種顏色特征與質量之間的數據進行處理和分析。

2.5顏色特征的直方圖曲線繪制

脫絨棉種的顏色特征直方圖曲線繪制，主要是根據讀入的棉種圖像在RGB顏色模型下顯示出R、G、B顏色分量值變化曲線，如圖4所示。

2.6時間顯示

在試驗過程中，為了便于觀察和記錄試驗時間，設置了LEDActiveX1控件來顯示系統時間（圖4）。程序如下：

function t_update（obj，eventdata，handles）

str1=datestr（now，′HH：MM：SS′）

set（handles.activex1，′AlphaNumeric′，str1）

空間屬性設置為：

On Color：[0 255 0]

Off Color：[40 40 40]

ItalicsOffset：0

DisplayMode：Alpha_Numeric

DisplayNumeric：11：57：12（任意給定）

SegmentWidth：4

SegmentSeparation：1

SpacingHorizonttal：8

SpacingVertical：6

2.7系統退出

程序在運行過程中或者運行完畢后，按設計要求能及時退出系統，因此，對該Button控件而言，在其回調函數中使用Switch…case…end 結構即可。即：

case ′Yes′

delete（huiyilunwen）

case′No′

return

2.8mcc編譯

mcc命令用于調用MATLAB編譯器。執行mcc命令前，需要安裝C或者C++編譯器，以便MATLAB Compiler可以進行文件編譯。安裝編譯器可在命令行輸入mbuild命令。

對于設計好的脫絨棉種顏色特征提取界面，需用mbuild setup命令安裝編譯器，編譯GUI的調用在命令行輸入：

mcc m getcotton（getcotton為M文件名）

編譯getcotton使GUI 為可執行文件，在Matlab默認路徑下能找到獨立的可執行文件（.exe），最終使界面脫離 MATLAB 也可運行[9]。

3結論與展望

基于MATLAB GUI這個強大人機交互中介，設計出一種簡單快速提取脫絨棉種的圖像特征值的方法，為后續基于顏色特征的脫絨棉種子質量檢測提供了基礎，也為其他基于顏色特征檢測種子質量的作物，提供了一種快速提取種子顏色特征及其他特征信息的人機交互界面設計方法。

參考文獻：

[1]田新椿，趙勇生. 對支持新疆棉花產業發展的思考[J]. 農業發展與金融，2011（12）：69-70.

[2]李雪源，艾先濤，王俊鐸，等. 新疆棉花產業發展現狀、問題與對策[C]//中國棉花學會2012年年會暨第八次代表大會，2012：10-13.

[3]Zhang X K，Chen J，Wang H Z. Imbibition behavior and flooding tolerance of rapeseed seed（Brassica napus L.）with different testa color[J]. Genetic Resources and Crop Evolution，2008，55（8）：1175-1184.

[4]Mavi K. The relationship between seed coat color and seed quality in watermelon crimson sweet[J]. Hort Sci，2010，37（2）：62-69.

[5]張若宇，坎雜，馬蓉，等. 基于RGB模型的脫絨棉種顏色特征與發芽狀況的關系[J]. 農業工程學報，2010，26（10）：172-177.

[6]王垚. 精通MATLAB GUI 設計[M]. 北京：電子工業出版社，2008.

[7]Choi Y J，McCarthy K L，McCarthy M J. A MATLAB graphical user interface program for tomographic viscometer data processing[J]. Computers and Electronicsin Agriculture，2005，47（1）：59-67.

[8]陳杰. MATLAB 寶典[M]. 北京：電子工業出版社，2010.

[9]羅華飛. MATLAB GUI 設計學習手記[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2011.李楠，張為. 基于提升小波變換的薯類視覺圖像濾波處理[J]. 江蘇農業科學，2014，42（1）：376-378.endprint