基于計(jì)算機(jī)視覺和MATLAB的芒果特征提取系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郝位軍 重慶資源與環(huán)境保護(hù)職業(yè)學(xué)院

引言：芒果被譽(yù)為“熱帶水果之王”，由于其豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健功能，在國(guó)內(nèi)和國(guó)際市場(chǎng)需求較大。芒果具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，在我國(guó)其種植地分布較廣，產(chǎn)地主要位于海南、廣西、廣東、福建、四川和云南等地區(qū)，同時(shí)海南地區(qū)的芒果種植面積和產(chǎn)量位居全國(guó)第一。

為了提高芒果的經(jīng)濟(jì)效益和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，需對(duì)芒果品質(zhì)（成熟度、形狀和外觀顏色等）進(jìn)行嚴(yán)格劃分，但目前我國(guó)大部分的芒果分類是人工根據(jù)芒果大小和品質(zhì)進(jìn)行簡(jiǎn)單分級(jí)，造成芒果實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益被低估，同時(shí)得不到國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的認(rèn)可，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中芒果品質(zhì)是其經(jīng)濟(jì)效益大小的關(guān)鍵因素。

李國(guó)進(jìn)等提出利用芒果形狀特征（長(zhǎng)短軸之比、面積）和顏色特征（H分量）共4個(gè)特征建模將芒果品質(zhì)分為三個(gè)等級(jí)。張烈平等通過計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)提取芒果的圖像信息并進(jìn)行預(yù)處理（去燥圖像、分割圖像和增強(qiáng)圖像等），提取9個(gè)芒果特征信息參數(shù)，建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)芒果進(jìn)行分級(jí)。王江帆等應(yīng)用芒果圖像的投影圖像和芒果重量建立模型，對(duì)芒果重量進(jìn)行分級(jí)。

采用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)提取芒果的特征信息（形狀和顏色特征等），提取的芒果顏色特征信息可以對(duì)其進(jìn)行成熟度和外觀顏色進(jìn)行判別，其形狀特征信息可以對(duì)芒果大小和形狀等基本信息進(jìn)行判別。本文基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)獲得芒果圖像，基于 MATLAB GUI 為開發(fā)工具，開發(fā)了一套芒果特征提取系統(tǒng)，可提取芒果的形狀特征和顏色特征信息。

1 計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)

本文采用計(jì)算機(jī)視覺提取芒果靜態(tài)圖像，計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、光照箱、環(huán)形光源、CCD 攝像頭和圖像采集卡等組成。

圖1 計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)示意圖

2 設(shè)計(jì)線路

本文基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)提取芒果靜態(tài)圖像為基礎(chǔ)，采用MATLAB GUI 設(shè)計(jì)芒果圖像提取與顯示和在不同顏色模型下的顏色分量選取及顯示相關(guān)顏色直方圖，根據(jù)直方圖確定圖像的最佳閾值并根據(jù)閾值對(duì)芒果圖像進(jìn)行分割顯示等功能。技術(shù)路線如圖 1 所示。

圖1 技術(shù)路線

3 MATLAB GUI 界面開發(fā)

3.1 界面總體設(shè)計(jì)

芒果特征提取系統(tǒng)界面采用1個(gè)Slider滑動(dòng)條、3個(gè)Axes軸對(duì)像、1個(gè)Pop_up Menu彈出式菜單、7個(gè)Static Text靜態(tài)文本、 3個(gè)Edit Text文本框和5個(gè)Push Button按鈕等對(duì)象拖動(dòng)到合適的位置。芒果圖像顏色分量的選擇采用Pop_up Menu彈出式菜單進(jìn)行選擇，圖像分割的動(dòng)態(tài)閾值采用Slider滑動(dòng)條進(jìn)行選擇，圖像的顯示采用Axes軸對(duì)像顯示，界面中的相關(guān)說明采用Static Text靜態(tài)文本對(duì)相關(guān)功能說明。界面設(shè)計(jì)如圖 2 所示。

圖 2 界面設(shè)計(jì)結(jié)果

3.2 圖像輸入與顯示

芒果靜態(tài)圖像采用uigetfile 函數(shù)進(jìn)行設(shè)置，圖片格式為tif、bmp和jpg等格式， 采用數(shù)組{'*.tif'; '*.bmp'; '*.jpg'}將這三種格式放在同一個(gè)單元數(shù)組中，程序如下：

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

if index == 1 || index == 5

Mg = [pname fname];

axes(handles.axes1);

imshow(Mg);

end

芒果圖片讀取如圖 3 所示。

圖 3 芒果圖像

3.3 圖像顏色分量選取及直方圖顯示

選擇1個(gè)Pop_up Menu彈出式菜單和1個(gè)Axes軸對(duì)像控件位置如圖2所示，Pop_up Menu菜單的Callback函數(shù)實(shí)現(xiàn)在不同顏色模型下的顏色分量選擇，并顯示相關(guān)直方圖，運(yùn)用Switch…case…end結(jié)構(gòu)程序語句實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，根據(jù)case值的不同進(jìn)行顏色分量直方圖的顯示，部分程序如下：

index = get( handles.Popupmenu1,‘Value’ ) ;

switch index

case 1

axes( handles.axes2) ;

imhist(Mg_r) ;

end

3.4 閾值選擇

選用1個(gè)Edit Text文本框和1個(gè)Slider滑動(dòng)條控件（位置如圖2所示）對(duì)閾值進(jìn)行選取及分割圖像顯示，代碼如下:

slider1_value = get( handles.slider1,‘Value’) ;

3.5 周長(zhǎng)及面積提取

周長(zhǎng)提取采用bwperim函數(shù)進(jìn)行提取，芒果分割圖象的面積提取采用bwarea函數(shù)。在Axes3軸對(duì)像控件中顯示芒果分割圖像，將提取的芒果形狀特征（周長(zhǎng)和面積）顯示在相應(yīng)的Edit Text文本框中，如圖4所示。

圖 4 運(yùn)行界面

3.6 數(shù)據(jù)保存

用 get 函數(shù)得到芒果圖像不同顏色模型下的顏色特征，如 R、G、B、Y、Cb、Cr、H、S、I 等值，用 xlsread 函數(shù)保存提取到的芒果形狀特征和顏色特征值，從而為芒果形狀和顏色特征與芒果分級(jí)奠定一定的理論基礎(chǔ)。

3.7 系統(tǒng)退出

運(yùn)用Switch…case…end 結(jié)構(gòu)的回調(diào)函數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的退出。

4 結(jié)論

基于MATLAB軟件強(qiáng)大高效的GUI功能設(shè)計(jì)出芒果靜態(tài)圖像的形狀和顏色特征值的方法。為后續(xù)基于形狀和顏色特征的芒果大小和品質(zhì)分級(jí)提供了基礎(chǔ)。

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