图像处理技术在蓝莓成熟检测中的应用研究

王龙

【摘 要】随着科学技术的发展，图像处理技术越来越成熟，从工业领域慢慢涉及到农业工程领域。图像处理技术在农作物果实成熟的检测上具有高效、快速、准确性等特点，更有取代人工成为智能化的趋势。本文对图像处理技术有简易的概述，为了提高蓝莓果实成熟度识别率及准确率，提出蓝莓成熟检测系统的方案。

【关键词】图像处理;智能化;检测;成熟度

中图分类号： TP391.41文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）06-0061-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.06.021

【Abstract】With the development of science and technology， image processing technology is becoming more and more mature， and it is slowly involved in the field of agricultural engineering from the industrial field. Image processing technology has the characteristics of high efficiency， rapidity and accuracy in the detection of crop fruit ripening， and it has a tendency to replace artificial intelligence. This paper has a brief overview of image processing technology. In order to improve the recognition rate and accuracy of blueberry fruit maturity， a blueberry maturity detection system is proposed.

【Key words】Image processing; Intelligence; Detection; Maturity

0 引言

水果產业是我国种植业中的第三大产业，当前我国水果产量每年都在急剧增长。虽然目前我国水果的总产量很高，水果的品质也因为嫁接等技术的进步有所提升，接近于国际先进水平，但是我国水果的整体竞争力却始终比较低[1]。大部分的水果还以传统的人工观察，再以人工经验判断成熟，这样既耗时又耗力，容易使得水果品质不能有很好的保障。如何快速、准确地对水果成熟进行检测是我们迫切需要解决的问题。图像处理技术具有快速、准确等特点，可以很好解决现存的问题。

1 图像处理技术

图像处理技术可分为两类：模拟图像处理和数字图像处理。模拟数字图像是通过如光、电等物理量的强弱变化来记录图像上各点的亮度信息的图像，数字图像处理是完全用数字来记录图像亮度信息的图像。模拟图像处理的优点是处理速度快，系统占用运行内存小，图像实时性强， 能够在处理的同时进行其他图像的理，其缺点是处理精度较差，处理功能比较单一，没什么智能判断能力和非线性理的能力[2]。

数字图像处理其优点是处理精度高，处理内容丰富，可进行复杂的非线性处理，有灵活的变通能力，一般来说只要改变软件就可以改变处理内容。其缺点主要在处理速度上，特别是进行复杂的处理[3]。数字图像处理技术的发展涉及信息科学、计算机科学、数学、物理学以及生物学等学科，因此数理及相关的边缘学科对图像处理科学的发展有越来越大的影响[4]。

随着科学技术的不断发展，数字图像处理技术的应用领域也将随之不断扩大。近年来，数字图像处理技术日趋成熟，它广泛应用于空间探测、遥感、生物医学、人工智能以及工业检测等许多领域，并促使这些学科产生了新的发展。数字图像处理技术在航空航天、工业生产、医疗诊断、资源环境、气象及交通监测、文化教育等领域有着广泛的应用，创造了巨额社会价值;同时还远远不能满足社会需求，自身也在不断完善和发展，有很多新的方面要探索。它必将向更深入、更完美的方向发展：处理算法更优化，处理速度更快，实现图像的智能生成、处理、识别和理解[5]。

2 基于图像处理的蓝莓成熟检测系统的设计

蓝莓（Blueberry）是杜鹃花科（Ericaceae）越桔属（Vaccinium）植物，为多年生浆果果树，其果实具有观赏性、食用性俱佳的特点，是集营养、保健功能于一身的新型水果，含有人体必需的多种营养物质，包括蛋白质、食用纤维、矿质元素（Ca、Fe、K、Zn等）、维生素（Va、Vb、Vc、Ve等）、天然活性物质（熊果苷）、抗氧化酶（SOD）等。其天然活性物质、抗氧化酶本身具有预防衰老、提高免疫力等功能，所以售价昂贵，在欧美及日本等高端市场上价格一直处于所有水果类商品的顶端位置，有“世界水果之王”、“黄金浆果”的美誉[6]。中国作为亚洲蓝莓的主要贡献地，2017 年栽培面积达到 31210hm2，总产量为114905t。北起黑龙江，南至海南，东起渤海之滨，西至西藏高原，全国规模化种植的省份、直辖市、自治区达到27个。山东省、贵州省和辽宁省蓝莓规模化种植最早，也是目前我国栽培面积和产量位列前三的省份[7]。蓝莓市场的竞争力主要取决于蓝莓的品质，但是由于我国的水果检测和分拣技术比较落后，致使我们接近于国际品质的水果没有真正地被分拣出来[8]。

目前蓝莓种植业，还是以传统的人工经验判别蓝莓成熟，这样的效率低，而且需要培养专业的农业技术人员，所需的经济成本较高，消耗的时间长。传统的人工经验判别蓝莓成熟，误判率高，使得水果品质没有得到很好地分级。而利用图像处理技术进行判别成熟可以减少人工耗时，有效的提高蓝莓成熟的识别率、准确率，大大提高了摘取果实的工作效率。

利用图像处理技术建立蓝莓果实成熟检测的系统，为广大的蓝莓种植户及农业技术人员提供一个对蓝莓果实成熟判别的智能化平台，有助于蓝莓果实品质分级。基于图像处理的蓝莓成熟检测系统可分为图像预处理、特征提取、成熟判别及分级，基于图像处理的蓝莓成熟检测系统的检测示意图如图1所示。

（1）图像预处理需要消除图像无关的信息，如去噪。在对蓝莓果实图像进行采集时，往往会受到很多不同外界因素的干扰，通过一些硬件采集传输时也会受到不同的噪声干扰，会导致采集的图像质量下降或一些信息丢失。要保证蓝莓果实成熟检测的识别率及准确率，就必须要在特征提取前对采集的图像进行噪声处理及过滤，提高图像质量，以保证后续果实成熟检测的识别准确率。

（2）特征提取是成熟检测前的一个重要步骤，果实的成熟需要对果实的纹理特征、颜色特征进行提取，根据纹理、颜色特征对果实成熟进行分级，因而特征提取会直接影响果实成熟检测的识别精度和准确率。

（3）果实的成熟检测是整个系统最关键的部分，也是我们最终想要达到的目的。利用图像处理技术对图像特征进行分析，构成分类器，从而对果实成熟进行检测和判别。

蓝莓成熟检测的系统结构图如图2所示。

通过有拍照功能化的智能手机或者数码相机采集蓝莓果实图像，采集的原始图像经过图像预处理如：滤波、去噪等，保证图像的质量，再利用图像分割算法分别对蓝莓的形状、大小、颜色特征提取，从而完成图像处理的前期工作。再通过选用合适的分类器进行分类和识别，最后判别出蓝莓果实的成熟，再进行品质分级。

3 结语

为了节约经济成本，人工耗时等，更高效、快速、准确的检测蓝莓成熟，设计了一个基于图像处理的蓝莓成熟检测系统，该系统可以快速的检测果实成熟，预防果实过成熟，降低人经验果实成熟的误判导致的经济损失，加速实行我国农业自动化的发展有着重要意义。

【参考文献】

[1]房艳萍，刘逸云，唐辉，等.基于图像分析的水果成熟度检测[J].饮食科学，2017，（6）：101.

[2]文德仲.数字图像处理技术综述[J].科技资讯，2016，14（08）：22-23.

[3]李红俊，韩冀皖.数字图像处理技术及其应用[J].计算机自动测量与控制，2002（09）：620-622.

[4]W.K.Pratt.DIGITAL IMAGE PROCESSING .John wiley & Sons，inc.，1978 .

[5]劉中合，王瑞雪，王锋德，马长青，刘贤喜.数字图像处理技术现状与展望[J].计算机时代，2005（09）：6-8.

[6]聂飞， 房小晶， 周红英，等. 我国蓝莓栽培现状及在贵州的产业化发展前景[J]. 贵州农业科学， 2010， 38（10）：69-71.

[7]李亚东，裴嘉博，孙海悦.全球蓝莓产业发展现状及展望[J].吉林农业大学学报，2018，40（04）：421-432.

[8]李梅.水果分拣技术的研究现状与发展[J].江苏理工学院学报，2018，24（02）：121-124.