[发明专利]基于机器视觉的核桃仁分级方法及核桃仁分级装置

权利要求书

1.一种基于机器视觉的核桃仁分级方法，其特征在于按照如下步骤进行：

第一步：获取历史数据：通过人工分级，获取两个或多个等级的核桃仁图像各30个，将30个核桃仁放置在输送平台上，通过输送平台上的机器视觉设备获得每个核桃仁图像；

第二步：图像处理：对采集的核桃仁图像进行处理，获得核桃仁轮廓完整的图像；

第三步：图像分割：采用最小外接矩形分割核桃图像，获得仅含有单个核桃仁的图像；

第四步：对历史数据进行处理，建立原始特征矩阵：

获取与核桃仁图像颜色有关的37个特征作为核桃仁颜色分级的原始特征，具体包括基于色调直方图获取31个颜色特征，31个特征分别是bin0到bin30；和基于颜色矩获取6个特征，6个特征分别是H_μ、H_v、H_s、S_μ、S_v和S_s；

获取与核桃仁形状完整度有关的9个特征，具体包括核桃仁轮廓最小外接矩形长宽比K₁、核桃仁轮廓面积与其最小外接圆轮廓面积比K₂和7个Hu矩特征，7个Hu矩特征分别是I₁、I₂、I₃、I₄、I₅、I₆和I₇；

根据上述特征建立原始特征矩阵，其中每一行为一个样本，每一列为一个特征，每一列自左至右分别是K₁、K₂、I₁、I₂、I₃、I₄、I₅、I₆、I₇、H_μ、H_v、H_s、S_μ、S_v、S_s、bin0、bin1、bin2、bin3、

bin4、bin5、bin6、bin7、bin8、bin9、bin10、bin11、bin12、bin13、bin14、bin15、bin16、bin17、bin18、bin19、bin20、bin21、bin22、bin23、bin24、bin25、bin26、bin27、bin28、bin29和bin30；

对原始特征矩阵的进行归一化处理，即通过归一化函数对将每一列的数值线性映射到[0,1]区间之间；

第五步：特征的选择：

一、基于ReliefF的特征筛选：将原始特征矩阵运用ReliefF算法进行特征选择运算，去除Hu矩特征I₃ 、I₄、I₅、I₆、I₇；

二、基于mRMR的信息差MID和互信息MIQ两种算法的特征选择：

①使用mRMR的信息差MID算法对基于ReliefF算法的特征筛选之后的特征矩阵进行特征选择，取算法选择的前15个特征，15个特征依次为bin19、K₁、bin15、bin20、K₂、bin13、bin16、bin12、bin18、bin14、bin17、H_v、bin11、bin21、bin15；

②使用mRMR的互信息MIQ算法对基于ReliefF算法的特征筛选之后的特征矩阵进行特征选择，取算法选择的前15个特征，15个特征依次为bin19、K₁、bin15、bin16、bin13、I₂、S_v、K₂、bin17、bin12、bin18、bin14、bin5、bin25和bin20；

第六步：模型的建立：在互信息差MID和互信息商MIQ两个准则所分别获取的15个特征中，分别取前3个特征，即bin19、K1和bin15，利用这三个特征对朴素贝叶斯分类模型进行训练，获取核桃仁分级模型；

第七步：分级追踪：根据模型对待测核桃仁进行分级追踪，根据输出概率的大小确定核桃仁级别，第七步根据模型对待测核桃仁进行分级追踪，根据输出概率的大小确定核桃仁级别的具体步骤如下：

（一）对目标的检测：

1、获取待分级核桃仁图像并对图像采用与第二步图像处理相同的方法进行处理，获得轮廓完整的核桃仁目标图像；

2、判定是否有新的核桃仁轮廓进入视场，具体判断过程如下：

a、基于核桃仁进入视场的方向，输送平台的由左至右的输送方向，采用外接矩形框分别选取图像中每个核桃仁轮廓，将最左侧核桃仁外接矩形框最左极值点横坐标与上一帧图像中最左侧核桃仁外接矩形框的最左极值点横坐标相比较，若小于，则进入步骤b；若大于，则不是新的核桃仁轮廓，则进入步骤c；

b、采用外接矩形框分别选取图像中每个核桃仁轮廓，获取最左侧核桃仁外接矩形框最左极值点横坐标，判断该最左极值点横坐标是否小于m像素，m像素为距离图像左边缘的图像范围值；若小于，判定有新的核桃仁轮廓进入视场，将此轮廓外接矩形作为初始搜索框并计算搜索框中核桃仁轮廓内原始图像像素的色调直方图，将二者存储起来，添加一个待追踪目标，进入步骤（二）；若大于，则不是新的核桃仁轮廓，进入步骤c；

c、判断图像中核桃仁目标的删除标记是否为真，若为真，则认为该核桃仁是已经完成分级，删除该追踪目标；若不为真，利用目标跟踪方法计算追踪目标的窗口位置；根据所追踪目标的追踪窗口中心的位置判断核桃仁目标是否到达的分级位置，若到达，则向控制器发送分级信号至用于控制核桃仁推送机构的控制器，使控制器动作，实现核桃仁的分级操作，同时置此待追踪目标删除标志为真，并删除此追踪目标；若未到达，则继续追踪目标，则重复判断追踪窗口中心是否到达分级位置；

（二）对待追踪目标的分级与追踪，判断待追踪目标的等级及追踪位置，实现目标分级操作。