基于RGB-D相机的猕猴桃外形和体积检测方法研究

发布时间：2020-09-27 06:14

　　猕猴桃是一种品质鲜嫩,风味鲜美的水果,具有很高的营养和食疗价值。国内猕猴桃果实的分选主要以人工为主,费时费力,且人工分选后的猕猴桃在国际市场上的竞争力也较弱。为实现猕猴桃果实的智能化分选,本文对猕猴桃的外形和体积检测方法进行了研究,提出了基于RGB-D相机的猕猴桃外形和体积检测方法。主要研究内容和结果如下:(1)基于RGB-D相机建立图像采集系统拍摄图像。RGB-D相机不仅可以获取二维图像信息和彩色信息,还可以直接获取图像的三维信息,因此本文选择Kinect V2作为信息采集相机。光源对图像采集的质量和后续图像的处理有重要作用,本文光源照射方式采用四周环绕式并将光源和相机等高安装。(2)研究猕猴桃果实外形和体积的测定方法和图像信息的采集方法。利用卡尺多次测量猕猴桃果实样本的长、最大直径和最小直径;采用电子秤测量所有样本猕猴桃果实的重量;采用排水法测量猕猴桃的体积。对不同相机安装高度获取的猕猴桃果实图片进行分析,得出相机安装高度的最佳范围为650~750 mm。所以本文试验相机的安装高度设定为650 mm、700 mm和750 mm,最后通过图像采集系统分别获取相机不同安装高度时的猕猴桃果实的图像信息。(3)基于RGB图像的猕猴桃外形测量方法研究。对RGB图像进行预处理,采用YUV颜色空间去除猕猴桃的背景图像,采用中值滤波的方法消除猕猴桃图像中细小的噪声干扰,运用腐蚀、膨胀和开运算的方法可以增强图像,使得猕猴桃的轮廓更为清晰,最后采用Canny算子有效地检测出猕猴桃的边缘。本文基于猕猴桃果实的彩色图像检测猕猴桃的长和最大直径,通过回归分析的方法得出:当相机的安装高度为650 mm、700mm和750 mm时,通过彩色图像检测猕猴桃的长度尺寸的R~2值分别为0.96、0.95和0.94,RMSE分别为4.61 mm、4.72 mm和5.09 mm;检测猕猴桃最大直径的R~2值分别为0.91、0.91、0.87,RMSE分别为5.12 mm、5.09 mm、5.27 mm。(4)基于点云图像的猕猴桃外形测量方法研究。当相机安装高度为650 mm、700mm和750 mm时,通过点云图像检测猕猴桃长度尺寸的R~2值分别为0.96、0.96、0.95,RMSE分别为4.78 mm、4.38 mm、4.80 mm;检测的最大直径的R~2值分别为0.92、0.92、0.88,RMSE分别为5.00 mm、4.74 mm、5.21 mm;猕猴桃最小直径的大小检测结果不受果实图像边缘区域缺失的影响,试验结果表明,猕猴桃最小直径的检测的平均绝对误差分别是4.05 mm、3.99 mm和4.14 mm。(5)基于线性回归方法的猕猴桃体积预测及其与质量的相关性研究。采用点云图像和彩色图像分别对不同品种猕猴桃在不同高度下的体积进行预测。试验结果表明:相机不同安装高度下,基于点云图像检测的体积比基于彩色图像检测的体积精度高;同一安装高度,海沃德的体积预测精度比徐香的体积预测精度高。当相机的安装高度分别为650 mm、700 mm、750 mm时,基于点云图像检测的猕猴桃体积的R~2值分别为0.92、0.93、0.93,基于彩色图像检测的猕猴桃体积的R~2值分别为0.90、0.90、0.91。将基于点云图像检测的猕猴桃体积与猕猴桃质量进行线性回归,得出R~2值分别为:0.96、0.96和0.95,表明猕猴桃果实的预测体积与质量有很高的相关性,因此该方法可应用于猕猴桃体积和重量预测。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP391.41;S663.4
【部分图文】：

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对保持身体健康具有重要的作用（Duetal.2006）。猕猴桃不仅具有超高的营养价值，还具有一具有悠久的历史，但长期以来处于野生状态，其商15; 张杨等 2017）。猕猴桃有 59 个品种原产于中国种具有较大的经济效益和栽培价值（Ferguson and 和章文才 1995）。上个世纪 60 年代，美味猕猴桃品且建立了第一个商品化的猕猴桃种植园（Ferguson2新西兰利用从中国带回的猕猴桃种子资源进行大规猕猴桃是第一个被选育出的国际化产品，并且于 1选育出了风味甜美的软枣猕猴桃品种，以及正在进根据联合国粮食与安全农业发展组织（FAO）近年来逐年不断增加，2000 年全球猕猴桃的产量为 187 万 326 万吨，而 2014 年猕猴桃的产量为 334 万吨份猕猴桃产量统计如图 1-1 所示。

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图 1-2 猕猴桃全球产区分布Fig. 1-2 Kiwifruit global production area distribution、意大利、智利和中国等是世界上大面积种植猕猴全球猕猴桃总份额的 52.7%，而欧洲猕猴桃的产区洲的猕猴桃产区分布如图 1-2 所示。自猕猴桃商品逐年增加。球猕猴桃的发源地，还是全球猕猴桃的主要生产业的发展依然处于初级成长阶段，猕猴桃产业具国猕猴桃果树的总种植面积超过了 225 万亩，并。近几年来，随着猕猴桃种植面积的不断增加，猕我国猕猴桃的产量达到了 119.5 万吨（李春梅等猴桃行业的消费量也在逐年增长，截至到 2014 年万吨，行业市场规模达到了 79.5 亿元；2014 年我，出口金额为 464 万美元，然而同年我国新鲜猕为 19547 万美元（智研咨询集团，2016）。从猕猴

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第一章绪论等 2014）。我国猕猴桃的分选标准主要是以重量来进行的，该分选方式选出的的猕猴桃满足重量要求。然而在外观方面，猕猴桃果实的形态各异（如图 1-3 所示些猕猴桃中，畸形的、扁平的猕猴桃等是很难被消费者认可的，因而也就降低的整体市场价值。我国猕猴桃的分选方式大多是人工分选或者是采用重力传感机械进行分选。采用人工分选的方法分选猕猴桃时需要雇佣许多劳动力进行，强度大，劳动成本高，而且分选时还容易受分选者的主观影响，因而分选的结理想；机械分选常用的是利用传感器根据猕猴桃的重量来进行分选，虽然提高效率和精度，对猕猴桃的外形没有分选，因此分选的结果也不是很理想。因此种全新的分选方式能够达到猕猴桃的国际分选标准，且满足不同消费者的喜好力。

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