论文研究-基于机器视觉的枸杞分级方法.pdf

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针对目前传统的枸杞分级主要采用人工方法,费时费力且效率不高的缺点,提出了一种基于机器视觉技术对枸杞进行自动分类的方法。采用数字图像处理技术对枸杞图像进行了预处理、分割,从而提取枸杞的色泽、大小及形状等特征参数;用K-means算法对特征进行聚类,得到枸杞相应等级的基准;根据聚类分析得到的基准采用最小距离分类器对枸杞进行分级。实验结果表明,该方法能够准确快速地对不同色泽和大小的枸杞进行分类。
l8 013,49(24) Computer Engineering and Applications计算机工程与应用 表1部分枸杞样本特征数据 色泽特征 大小特征 色泽特征 大小特征 色泽特征 大小特征 均值 方差 (面积) 均值 方差 (面积) 均值 方差 (面积) 121.892812.8848 101.7294015.5141 1401 108.096922.2814 120.6840128322 93 121.6451034.0066 10.774631.6254 13068201987461060982454205264 101.188626.6380110 110.7734017.0982 415 87.545230.3676 928 90.7787254095 100.7525020.3544 125.462719.3735 9908521000619291.1701720.271 70129072718.0020 112944916.7700 7081053767015.7800 661 126.584315.9479 842 l06.56l118.9054 I652 83.6381021.2585 724 139.682815.0350 927 124.019817.52761058 63.57160282649 77355425.5934 119.818022.1882 006 94.1339019.3127 1299 71.539525445 367 22K- Means算法 分类均采用元监督的K- Means算法训练得到枸杞分级的基 K-Means算法是一种动态聚类的方法,即在欧几里德准,在分类阶段采用最小距离分类器分类。 空间将N个样本数据对象划分为K个聚类,使得每个聚 类内的数据相似度高,而不同聚类的数据相似度低。其核3实验结果和分析 心思想是找出K个聚类中心m1m2,…,m4,使得每一个 本文采用 MATLAB70仿真基于聚类分析的枸杞分 数据点x和与其最近的聚类中心的平方距离和最小化该级方法,部分树杞样本的色泽特征间量和大小特征数据见 平方距离和被称为偏差J)。该算法的基础是误差平方和表1。针对170个枸杞样本进行训练得到的分级基准见 准则。 表2。针对680个枸杞样本进行分类测试,色泽分类准确性 若N是第;个聚类c中的样本数目,m,是这些样本达到99.76%,大小分类准确性达到100%日前色选机处 理要求为每天处理216吨,每秒处理25g枸杞(约100粒) 的均值向量,即 针对170个枸杞样本进行训练的耗时为2.923s,针对680 (7)个枸杞样本进行分类的耗时为0.0014s。实验表明该方法 把c1中的各样本x与均值向量m的误差平方和对所能快速准确地对枸杞进行分级。 有类相加后为: 表2170个样本训练得到的分级基准 ∑∑|x-m:‖ 色泽基准值 8) 色泽等级 大小等级面积基准值 均值 方差 J是误差准则和聚类准则,J度量了用K个聚类中心 1级 122945418.32941级 1954.4117 93.674522.2993 2缴 1105.3529 m1,m2,…,m代表K个样本子集c1,C2…,c时所产生的 3级 682.2857 总的误差平方。对于不间的聚类结果,J的值是不同的 使J极小的聚类是误差平方和准则下的最优结果。 4结论 K- Means聚类算法的步骤可描述如下的 本文研究了采用机器视觉技术对枸杞进行自动分级 (1)初始分类:依据一定规则指定K个初始聚类中心的方法,根据目前枸杞加工行业的实际情况,采用了色泽 和大小两级分类。考虑到实时性和准确性的要求,在根据 (2)指派样本:对每一个样本x,找到离它最近的聚类色泽分类时选取了枸杞图像红色分量的均值和方差作为 中心m,并将其分配到m所对应的聚类c中。 特征向量,在根据大小分类时使用分割面积作为特征向 (3)更新m:重新计算加入新样本后的聚类的中心 量。分类方法采用了最小距离分类器,使用K- Means聚类 (4)计算偏差:重新计算 分析荻取聚类中心替换了最小距离分类器中的算术平均 (5)连续迭代计算,如果J值收敛则算法结束,否中心作为分类的基准,实现了分类的完全自动化。实验表 明该方法能快速准确对枸杞进行自动分级,对其他类似农 则转(2)。 产品的快速分级提供了理论框架。 23枸杞分类 枸分类通常采用多级分类方式,一般采用两级分参势文献 类。本文第一级根据色泽分为2类第二级根据大小分为3(1崔萍,汪泽鹏宁夏枸杞产业发展现状及对策北方果树 类。第一级采用2维特征向量,分别是枸杞红色分量的均 2008(5):36-37 值和方差,第二级采用一维特征即柏杞分割的面积。两级 (下转23页)

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