【導讀】內外研究進展,并指出了國內外同類研究中所存在的問題。、建立并完善了適合本研究的多光譜圖像系統(tǒng)。該系統(tǒng)由光照箱、吏/. 生產的光譜分析儀進行。通過該實驗測定蘋果的完好、碰。組織的波段,然后選擇合適的濾光片,有利于水果分級精度的提高。顏色模型中的各個分量進行疊加,分別得到、、和四神多光譜圖像。對完好表面的識別率分別為%、.%、%、、根據(jù)圖像代數(shù)運算的理論,把在±、±、±和±四個波段下所采集到的圖像區(qū)域分別用、。圖像進行分級時,缺陷和果?；ㄝ嗟淖R別率分別為.%、%。比率圖像的識別率要稍高于單色圖像,也高于其他幾種比率圖像的識別率。其中一個主要原因是由。我國加入后,進一步降低關稅和開放農產品市。的產后處理水平,提高農產品質量,從而提高其國際競爭能力是當務之急,中國是水果生產大國,水果總產量占世界總產量的%,居世界之首。國的地位極不相稱。般分為等級和大小兩項,涉及多項物理指標和化學指標。

　　

【正文】 的基 本方法之一 ,應用于諸如染色體分類、景物理解系統(tǒng)、計算機視覺等方面。 圖像的識別過程實 際上可以看作是一個標記過程。目前圖像識別的方法主要分為決策 理論和結構方法。決策理論方法的基礎是決策函數(shù) ,利用它對模式向量進行分類識別 ,是 以定時描述如統(tǒng)計紋理為基礎的 。結構方法的核心是將物體分解成了模式或模式基元 , 而不同的物體結構有不同的基元串或稱字符串 ,通過對未知物體利用給定的模式基元 求出編碼邊界 ,得到字符串 ,再根據(jù)字符串判斷它的屬類。這是一種依賴于符號描述被測 物體之間關系的方法。 .本章小結 本章簡述了計算機視覺系統(tǒng)的概念、關鍵技術及其應用 ,介紹了本研究中所采用的多 光譜圖像系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)組成以 及各個部分的功能和主要特性 ,并簡單介紹了圖像處理的 基礎知識。碩士學位論文 第三章光度學基礎及其蘋果分光反射特性實驗 第三章光度學基礎及其蘋果分光反射特性實驗 .光度學基礎 年 ,朗伯發(fā)表專著“ , ”建立了光度學體系 ,即朗伯光度學體系。該體系定義了光通量、照度、亮度、 發(fā)光強度等主要的光度學參量 ,并闡明了它們之間的關系。同時也包含了光度學的幾個重 要的定律 ,如照度的疊加性定律、距離平方反比定律、照度的余弦定律、光發(fā)射的余弦定 律等。 光通量 :光源在單位時間內發(fā)出的光量稱為光通量 ,單位是流明。 照度 :每單位 受光面積所接收的光通量數(shù) ,稱為照度 ,用公式表示為 署。照度觶位是勒克斯“。 發(fā)光強度 :光源在給定方向 ,的單位立體角中輻射的光通量稱在該方 向的發(fā)光強度 ,單位是燭光或坎德拉。 亮度 :亮度簡單定義為在給定方向 ,上單位立體單位面積內的光強。亮 度是一個很重要的生理量 ,反應為在視網膜上對光亮暗的感覺 ,能直接反映在亮度值上。 距離平方反比定律 :一個發(fā)光強度為的點光源 ,在距離它處的垂直于光線投射方 向的平面上產生的照度與這個光源的發(fā)光強度成正比 ,與距離的平方成反比。如圖所 ,由光源發(fā)光強度定義可得 : 示 ,點向一個垂直面 元洲所張的立體角擒 / 圖一立體角元與面元的關系 . .,:堂 :』 施幽 / 故可得碩十學位論文 第三章光度學基礎及其蘋果分光反射特性實驗 堂 :三 代入照度定義公式可得 : , 247。 ‘ 照度余弦定律 :如果被照平面的法線與光線成一角度 ,如圖所示 ,設平面礦 為被照面 ,其法線為 ,三為光源 ,發(fā)光強度為 ,而礦’為與光線方向垂直的平面 , 至 。 \/≮ 圈傾斜照明時的照廈計舅尸點的距離為以由距離平方反比定律可知 ,在礦’面上的照度為 : 協(xié) , 肚舌 由于面上代表一定面積的投影在’上時有 ?缸 ,落在上的 光通量被分散開落到較大的面 積上 ,所以平面礦上的照度為 ’ ? 即 、’ 寺∞ 上式也被稱為照度的余弦法則。它說明在計算光源在 ?個平面上產生的照度時 ,必須考慮 這個平面足否與光線方向垂直。 碩士學位論文 第三章光發(fā)學基礎搜典蘋果分光反射特性實驗 .蘋果分光反射特性的依據(jù)和討論 ..受損蘋果顏色和組織的近紅外光譜特性提供的依據(jù) 通過對富士蘋果的正常部位和損傷部位的組織觀察、近紅外光譜的測量分析得到 :富 士蘋果受損后 ,損傷部位吸光度基本上是沿著正常部位的變化趨勢而變化 ,且吸光度均大 和 附近與止常部 于正常部位?？v觀整個區(qū)域 ,在處吸光度最小 , 范圍內 ,損傷部位的吸光度約為正常部位的倍 ,隨后差距漸漸 位接近。在 范圍內的吸光度遠離正常部位的變化趨勢 ,非常明顯 縮小。而完全福變果在 ~ 地大于正常部位 ,隨后變化趨勢與正常部位相似。由此可以判斷 ,損傷部位的光譜與正常 范圍內 ,隨著褐變的加重 ,吸光度逐漸增大。 部位在 ~ 圖 富士蘋果近紅外光譜 . 圖 富上褐變蘋果近紅外光譜 碩士學位論文 第三章光度學基礎及其蘋果分光反射特性實驗 ..農產品分光反射特性及近紅外圖像處理在農業(yè)中的應用提供的依據(jù) 該文介紹了農產品分光反射特性的測定原理及方法 ,分析了桃、梨、 黃瓜及西瓜等果 實的近紅外分光反射特性 。介紹了近紅外圖像處理在果實損傷檢測、顏色和葉子相近果實 的識別及植物生長信息測定中的應用。 桃的正常和損傷部分在可見光區(qū)域內的反射率差異極小 ,而在以上的近紅外 區(qū)域 ,反射率差值較大 ,如圖 ?所示。此外 ,在可見光域 ,黃色部分比紅色部分的反射 率要低很多 ,但在近紅外域 ,兩者反射率幾乎相同。由此可知 ,損傷部分和正常部分反射 率之差在可見光區(qū)域受表面顏色的影響 ,而在近紅外區(qū)域幾乎不受表面顏色的影響。 ,霄口撼 圖 桃壓縮損傷的分光反射特性 . 圖為梨的正常部分和腐爛褐變部分的分光 反射特性。梨的表面顏色為淺黃色 ,正 常部分和腐爛部分反射率在可見光域內有較大差異 ,最大達 %左右 ,在波長小于 的近紅外域 ,其反射率之差最大達 %。 ,‘羹案葛 ,隸 域怔幛 剖梨正常部分和腐爛部分分光反射特性 碩士學位論文 第三章光度學基礎及其蘋果分光反射特性實驗 ..劉禾博士論文提供的依據(jù) 劉禾在其博士論文中提到 ,為了研究蘋果的反射特性 ,對一些蘋果進行了分光反射測 試 ,尋找蘋果不同品種、不同顏色、不同組織、不同部位的反射系數(shù)隨波長變化的規(guī)律 , 為設計相應的計算機視覺自動分級系統(tǒng)提供依據(jù)。其實驗結論如下 : 、在可 見光波段 ,黃色、黃綠色部分的反射系數(shù)較紅色部分的反射系數(shù)大 ,蘋果非 壞損部分在近紅外區(qū)的反射系數(shù)較其在可見光波段的反射系數(shù)大。 、在近紅外波段 ~之間 ,同一品種蘋果的綠色、紅色、黃綠色部分的反 射系數(shù)基本相等。非壞損部分反射系數(shù)在這一波段內比壞損部分反射系數(shù)大 ,而且兩者相 差較人 ,另外在波段 ~之間非壞損部分反射系數(shù)可以認為是一恒定值。 、在可見光波段內 ,蘋果的綠色、黃綠色部分的反射系數(shù)與紅色部分的 反射系數(shù)相差較大 ,可利用此波段區(qū)間進行蘋果著色面積的測量。 ..討論 由于蘋果的內部成分及外部特性不同 ,在不同波 段下會有不同的吸收或反射 ,也就是 說 ,對象的分光反射率在某一特定波段內會比其它部分人。根據(jù)這種特性 ,若選定一定波 長的濾光片 ,便可增強獲得圖像中果實正常部分和損傷部分或果實和葉子部分的灰度對 比 ,從而使果實損傷的檢測等特征提取更為容易。 .蘋果的分光反射特性實驗 蘋果的分光反射特性實驗是采用美國分析光譜儀器公司 生產的光譜分析儀 ~來進行的 ,如圖 .所示。通過 該實驗測定蘋果的完好、碰傷、腐爛、果梗和花萼等不同表面組織的光譜反射特性曲線 , 進而可以得出區(qū)分不同表面組織的波長范圍。 該光譜儀的主要參數(shù)有 : ?波 長范圍 :~ 碩士學位論文 第三章光度學基礎及其蘋果分光反射特性實驗 ?積分時間 :用戶可選 ,“ ,., ?掃描平均 :最多可選 ,次光譜平均 ?光譜采樣間隔 :. ?光譜分辨率 :. ?高次吸收濾色片 ,內置光閘和漂移鎖定自動校準功能均設置為標準配置 ?適用于手持或安裝在三角架上 ?通過標準串口與計算機連接 ?實時測量并觀察反射、透射、輻射度、或者輻照率 ?響應速度快 :近紅外段采用高響應速度的探測器 ?信噪比高 :探測器用制冷 圖 . 光譜儀 . 試驗樣品為紅富士蘋果。利用該光譜儀分別測定蘋果表面的完好、碰傷、腐爛、果 梗 和花萼等五個部分的光譜反射特性曲線。每種特征組織各個 ,共得到個樣品組。將 各組樣品依次放置于光譜儀的樣品臺上 ,通過 來采集蘋果表面的完 好、碰傷、腐爛、果梗和花萼等五個部分的光譜反射系數(shù) ,軟件界面如圖所示 ,從而碩士學位論文 第三章光度學基礎及其蘋果分光反射特性實驗 得到各個不同表面組織特征的光譜反射特性曲線 ,如圖、圖、圖和圖 . 所示。 圖軟件界面 鬻蒸蒺鬻 囊溪鍪鬻 。 謄蠢鬻瓣鬻豢攀菱蟊黼 豢滋攀越簧 :, 沁 ~ 渤 霹羹 ? / 哦 :’ 復黲嘲 ∞誓毫绱蕾毒的昏蓑喲 鰳168。 疊矗 一167?！? ≯ 蝴魁蝎。 圖蘋果紅色表面和黃色表面的光譜反射特性曲線 ? 碩士學位論文 第三章光度學基礎及其蘋果分光反射特性實驗 圖 .蘋果完好、碰傷和腐爛表面的光譜反射特性曲線 、 .越壤兩 嘲舞 ?！?。了蘸 ,、 . 。 薹萋 蒙 麟翁黧 ‖攀 器黔 /,\ 。 ~《 // ,穆 、姐盤露 ‖ ,。 鰳鬻 .. ,‘ / 。 , ?！?,≯。 融。 , :黔‘ 。 ?一 ~?。 ??一。 ..、 .。 。....。 .。 :,.。 .。 ...。一 .二 ~。一167。 ? ■曩州“ 的。薯 ?！?。麴 。拿釃碩上學位論文 第三章光度學基礎及其蘋果分光反射特 性實驗 圖蘋果碰傷、腐爛表面和果梗、花萼的光譜反射特性曲線、 由圖、圖 .】、圖 ?和圖 .可以得出以下幾點結論 : 、該光譜儀的波長范圍是 ~ ,但其在兩端 ,也就是 ~和 ~兩個波段范圍內的噪聲較大 ,特別是在波段。 、蘋果表面黃色部分的反射系數(shù)和紅色部分的反射系數(shù)不同 ,在可見光波段