圖像處理技術在藍莓成熟檢測中的應用研究

王龍

【摘 要】隨著科學技術的發展，圖像處理技術越來越成熟，從工業領域慢慢涉及到農業工程領域。圖像處理技術在農作物果實成熟的檢測上具有高效、快速、準確性等特點，更有取代人工成為智能化的趨勢。本文對圖像處理技術有簡易的概述，為了提高藍莓果實成熟度識別率及準確率，提出藍莓成熟檢測系統的方案。

【關鍵詞】圖像處理;智能化;檢測;成熟度

中圖分類號： TP391.41文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）06-0061-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.06.021

【Abstract】With the development of science and technology， image processing technology is becoming more and more mature， and it is slowly involved in the field of agricultural engineering from the industrial field. Image processing technology has the characteristics of high efficiency， rapidity and accuracy in the detection of crop fruit ripening， and it has a tendency to replace artificial intelligence. This paper has a brief overview of image processing technology. In order to improve the recognition rate and accuracy of blueberry fruit maturity， a blueberry maturity detection system is proposed.

【Key words】Image processing; Intelligence; Detection; Maturity

0 引言

水果產業是我國種植業中的第三大產業，當前我國水果產量每年都在急劇增長。雖然目前我國水果的總產量很高，水果的品質也因為嫁接等技術的進步有所提升，接近于國際先進水平，但是我國水果的整體競爭力卻始終比較低[1]。大部分的水果還以傳統的人工觀察，再以人工經驗判斷成熟，這樣既耗時又耗力，容易使得水果品質不能有很好的保障。如何快速、準確地對水果成熟進行檢測是我們迫切需要解決的問題。圖像處理技術具有快速、準確等特點，可以很好解決現存的問題。

1 圖像處理技術

圖像處理技術可分為兩類：模擬圖像處理和數字圖像處理。模擬數字圖像是通過如光、電等物理量的強弱變化來記錄圖像上各點的亮度信息的圖像，數字圖像處理是完全用數字來記錄圖像亮度信息的圖像。模擬圖像處理的優點是處理速度快，系統占用運行內存小，圖像實時性強， 能夠在處理的同時進行其他圖像的理，其缺點是處理精度較差，處理功能比較單一，沒什么智能判斷能力和非線性理的能力[2]。

數字圖像處理其優點是處理精度高，處理內容豐富，可進行復雜的非線性處理，有靈活的變通能力，一般來說只要改變軟件就可以改變處理內容。其缺點主要在處理速度上，特別是進行復雜的處理[3]。數字圖像處理技術的發展涉及信息科學、計算機科學、數學、物理學以及生物學等學科，因此數理及相關的邊緣學科對圖像處理科學的發展有越來越大的影響[4]。

隨著科學技術的不斷發展，數字圖像處理技術的應用領域也將隨之不斷擴大。近年來，數字圖像處理技術日趨成熟，它廣泛應用于空間探測、遙感、生物醫學、人工智能以及工業檢測等許多領域，并促使這些學科產生了新的發展。數字圖像處理技術在航空航天、工業生產、醫療診斷、資源環境、氣象及交通監測、文化教育等領域有著廣泛的應用，創造了巨額社會價值;同時還遠遠不能滿足社會需求，自身也在不斷完善和發展，有很多新的方面要探索。它必將向更深入、更完美的方向發展：處理算法更優化，處理速度更快，實現圖像的智能生成、處理、識別和理解[5]。

2 基于圖像處理的藍莓成熟檢測系統的設計

藍莓（Blueberry）是杜鵑花科（Ericaceae）越桔屬（Vaccinium）植物，為多年生漿果果樹，其果實具有觀賞性、食用性俱佳的特點，是集營養、保健功能于一身的新型水果，含有人體必需的多種營養物質，包括蛋白質、食用纖維、礦質元素（Ca、Fe、K、Zn等）、維生素（Va、Vb、Vc、Ve等）、天然活性物質（熊果苷）、抗氧化酶（SOD）等。其天然活性物質、抗氧化酶本身具有預防衰老、提高免疫力等功能，所以售價昂貴，在歐美及日本等高端市場上價格一直處于所有水果類商品的頂端位置，有“世界水果之王”、“黃金漿果”的美譽[6]。中國作為亞洲藍莓的主要貢獻地，2017 年栽培面積達到 31210hm2，總產量為114905t。北起黑龍江，南至海南，東起渤海之濱，西至西藏高原，全國規模化種植的省份、直轄市、自治區達到27個。山東省、貴州省和遼寧省藍莓規模化種植最早，也是目前我國栽培面積和產量位列前三的省份[7]。藍莓市場的競爭力主要取決于藍莓的品質，但是由于我國的水果檢測和分揀技術比較落后，致使我們接近于國際品質的水果沒有真正地被分揀出來[8]。

目前藍莓種植業，還是以傳統的人工經驗判別藍莓成熟，這樣的效率低，而且需要培養專業的農業技術人員，所需的經濟成本較高，消耗的時間長。傳統的人工經驗判別藍莓成熟，誤判率高，使得水果品質沒有得到很好地分級。而利用圖像處理技術進行判別成熟可以減少人工耗時，有效的提高藍莓成熟的識別率、準確率，大大提高了摘取果實的工作效率。

利用圖像處理技術建立藍莓果實成熟檢測的系統，為廣大的藍莓種植戶及農業技術人員提供一個對藍莓果實成熟判別的智能化平臺，有助于藍莓果實品質分級。基于圖像處理的藍莓成熟檢測系統可分為圖像預處理、特征提取、成熟判別及分級，基于圖像處理的藍莓成熟檢測系統的檢測示意圖如圖1所示。

（1）圖像預處理需要消除圖像無關的信息，如去噪。在對藍莓果實圖像進行采集時，往往會受到很多不同外界因素的干擾，通過一些硬件采集傳輸時也會受到不同的噪聲干擾，會導致采集的圖像質量下降或一些信息丟失。要保證藍莓果實成熟檢測的識別率及準確率，就必須要在特征提取前對采集的圖像進行噪聲處理及過濾，提高圖像質量，以保證后續果實成熟檢測的識別準確率。

（2）特征提取是成熟檢測前的一個重要步驟，果實的成熟需要對果實的紋理特征、顏色特征進行提取，根據紋理、顏色特征對果實成熟進行分級，因而特征提取會直接影響果實成熟檢測的識別精度和準確率。

（3）果實的成熟檢測是整個系統最關鍵的部分，也是我們最終想要達到的目的。利用圖像處理技術對圖像特征進行分析，構成分類器，從而對果實成熟進行檢測和判別。

藍莓成熟檢測的系統結構圖如圖2所示。

通過有拍照功能化的智能手機或者數碼相機采集藍莓果實圖像，采集的原始圖像經過圖像預處理如：濾波、去噪等，保證圖像的質量，再利用圖像分割算法分別對藍莓的形狀、大小、顏色特征提取，從而完成圖像處理的前期工作。再通過選用合適的分類器進行分類和識別，最后判別出藍莓果實的成熟，再進行品質分級。

3 結語

為了節約經濟成本，人工耗時等，更高效、快速、準確的檢測藍莓成熟，設計了一個基于圖像處理的藍莓成熟檢測系統，該系統可以快速的檢測果實成熟，預防果實過成熟，降低人經驗果實成熟的誤判導致的經濟損失，加速實行我國農業自動化的發展有著重要意義。

【參考文獻】

[1]房艷萍，劉逸云，唐輝，等.基于圖像分析的水果成熟度檢測[J].飲食科學，2017，（6）：101.

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[4]W.K.Pratt.DIGITAL IMAGE PROCESSING .John wiley & Sons，inc.，1978 .

[5]劉中合，王瑞雪，王鋒德，馬長青，劉賢喜.數字圖像處理技術現狀與展望[J].計算機時代，2005（09）：6-8.

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[8]李梅.水果分揀技術的研究現狀與發展[J].江蘇理工學院學報，2018，24（02）：121-124.