一种禽蛋体积和表面积的检测方法

专利名称：一种禽蛋体积和表面积的检测方法
技术领域：
本发明涉及农产品无损检测技术，尤其涉及一种禽蛋体积和表面 积的检测方法。
背景技术：
禽蛋体积和表面积等特征参数在蛋品加工业和生物学研究上有
重要的意义，已广泛用于不同年龄蛋鸡的数量分布及生态形态学的研 究中，可以预测幼仔出生重量、孵化率、蛋壳表面特性及蛋内部品质 参数等。此外，运输过程中要求禽蛋按体积大小进行分级包装以减少
破损；销售中要求保持外观一致性以提高产品价格。精确测量禽蛋体 积可利用排水法，但目标测完后需风干，速度慢，效率低；而表面积 几乎不能直接测量。因此，国外学者主要利用纵径与最大横径来建立 禽蛋体积和表面积的预测模型。此类方法主要存在以下不足
(1) 因变量与自变量的预测模型通常是非线性的，它们之间的 关系不能从几何意义上给出满意的解释；
(2) 检测时主要利用手工检测出纵径与最大横径，再把参数代 入回归方程，速度慢，效率低。

发明内容
本发明的目的是提供 一种禽蛋体积和表面积的检测方法，以解决 现有技术中检测方法存在不足。
为了达到上述目的，本发明的技术方案提出一种禽蛋体积和表面 积的检测方法，该方法包括以下步骤
51、 根据获取的禽蛋RGB颜色图像，提取禽蛋在所述RGB颜色图 像中的边缘像素点的几何坐标信息；
52、 根据提取的所述边缘像素点的几何坐标信息，计算禽蛋的像
4素体积和^与像素表面积和&;
53、 根据所述像素体积和^与像素表面积和&，建立实际体积F 与像素体积和^、实际表面积^与像素表面积和&的关系模型；
54、 根据所述关系模型，检测禽蛋的实际体积r与实际表面积S。 其中，所述步骤S1具体包括
Sl-l、检测边缘点的像素值并顺序保存，检测出禽蛋的纵径，纵
径的两端点记为丄5;
Sl-2、以所述纵径为分界线，以^点为起点，按逆时针顺序重新 保存至S点；
Sl-3、以^点为起点，依次每次取相邻两点，记为五、M两点， 作E、 M两点到纵径的垂线，分别交另半边缘于点F、 7V; Sl-4、计算爿5、 ￡F、 MV长度及五F与MV之间的距离。 其中，所述步骤Sl-2具体包括
Sl-2-l、根据纵径端点4&A)、珠2,x2)的坐标，写出纵径在图像 坐标系中的参数方程y=t+6,式中，力)/(jc「;c2)， 6 =力-fcc,;
Sl-2-2、令函数/(x,;;)"-ybc-6,把所有的边缘点代入此函数进 行运算，符号相同的在纵径的同一侧，从而把边缘点按纵径为界进行 划分；
Sl-2-3、把记录下来的边缘点重新进行排列存储，排列的方法依 据到端点A距离的远近。
其中，所述步骤Sl-3具体包括 Sl-3-l、计算出纵径的方程少=红+ 6，其斜率为yt; Sl-3-2、设五点坐标为(x,',;O，经过五点与纵径垂直交边缘另一 点为F,则五F的方程为y —X :A:'(x-jO, *'=-1/"
Sl-3-3、令函数/(;c,力"一乂一^(x — ;0，在除五点之外的其它边 缘点寻找另一点，使得/(x,力-0，那么此点即为F点。 其中，所述步骤S2具体包括 根据公式(8)计算像素体积和，r,S，)AA (8)
根据公式(6)计算像素表面积和，
S,f雄)A/ (6)
其中，
r(/z) = X2 ;r(《2 +《2 +《《) 柳=
丄一长度AB, A—长度EF, ^—长度MN， /2—五F到纵径端点爿 的距离，A/z—五F与MV之间的距离，A/—点E、 M之间的距离。 其中，所述步骤S3中的关系模型分别包括
其中，<、&， ^和^为根据实际检测的经验数据进行曲线拟合得 到的常数。
本发明的优点和有益效果在于，釆用机器视觉方法，检测速度快， 准确性高；具有无损性，检测过程不影响禽蛋品质。


图1为本发明禽蛋体积和表面积的检测方法实施例流程图； 图2为本发明检测方法实施例釆集得到的禽蛋图像； 图3为本发明检测方法实施例的理想模型图； 图4为本发明检测方法实施例的原理微元图； 图5为本发明检测方法实施例的理想模型一般图。
具体实施例方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 图1为本发明禽蛋体积和表面积的检测方法实施例流程图，如图 所示，本实施例的检测方法包括以下步骤
6Sl、根据获取的禽蛋RGB颜色图像，提取禽蛋在所述RGB颜色 图像中的边缘像素点的几何坐标信息。
选取一定数量的禽蛋试验样本，分别加以标记。用排水法测出禽 蛋的真实体积(r,单位^3);打破禽蛋，取出内容物，用排水法 测出蛋壳的总体积，利用螺旋测微仪测出蛋壳厚度，由蛋壳体积近似 等于表面积乘以厚度的关系，计算出蛋壳近似真实的表面积(5"，单 位cm2),并将检测数据记录下来。
如图2所示，采集禽蛋图像，滤波后得到图像的RGB颜色空间， 在滤波后的图像RGB颜色空间中，以R分量为变量函数，检测禽蛋 在图像中的边缘点。
理想禽蛋是近似关于纵径的旋转体，垂直于纵径的截面可近似看 作圆形。图3是理想禽蛋图像轮廓，图中丄是纵径，且为竖直方向， 」是顶点，直线，、五F与纵径垂直，与轮廓的左交点为M、五，右 交点为7V、 F， MV与五F之间的距离为」/z, MV与五F的横截面直径 分别为4与4。 d尸l五"、^叫MAi。当A/z逐渐变得很小时，由五F、 MV所围部分可近似看成圆台，如图4所示。可见五F、 MV所截理想 禽蛋部分的体积、表面积可认为与上述轮台的体积与侧面积很大的相 关性。由公式可计算轮台的体积与侧面积。
^ r = + +仏= 一)屈 (1 )
z/S =;r(《+《)A/ = ( 2 )
因此，从微积分的角度看，理想禽蛋的实际体积可看作一系列圆 台体积在纵径方向的积分
(3)
理想禽蛋的实际表面积可近似看作一系列圆台表面积在纵径方向 的积分
M雄V/ (4)
考虑图像数据是离散的，且当纵径竖值时Z^最小值为l个像素 值，即￡尸、MV之间为相邻两行图像。因此，当Z1/^1时，定义像素体积和为
力=1 "I
式中，Z为图像纵径的长度，单位像素(pixel),简称Aw F(/2)^j^4/,2 + ^2+^^， ^、 ^取值与A有关，4为离纵径端点A
距离为/7处截图像长度，^为距离为U+"处的截图像长度，^的
单位为立方单位像素，尸J。
定义像素表面积和为<formula>formula see original document page 8</formula>(6)
式中，5(/0=%4《+^2)， &、 ^意义同上，」/计算可由两点的距离
公式得到，设点五在图像坐标系中的坐标为(;cp力)，点似为(A,为)，
则A,4U+(7,i)2 ，单位是平方单位像素，Ajc2。
若禽蛋的纵径不是竖直时，这时体积公式形式上会发生 很大的变化。如图5可知，此时A力不再是1，而等于l五。。当Zi力'-l 时(由图像采样量化造成)，五、M为相邻两行的边缘点，两点之间的 弧线可近似看成直线，则此时，两点在纵径方向的距离由式(7)计 算
<formula>formula see original document page 8</formula>( 7 )
l而l计算方法参照A/， |^|=|《-《|/2,这样体积公式就变为
事实上当，当禽蛋纵径竖直时，此时<formula>formula see original document page 8</formula>=Vo广力)2 H 乂 一沁I
又因为五、M为相邻两行，因此A/HM-Khi，即竖直情况可看作 上公式的特殊情况。
禽蛋RGB颜色图像中，边缘点按照以下步骤提取
Sl-l、检测边缘点的像素值并顺序保存，检测出禽蛋的纵径，即 上述理想禽蛋中的丄S两点；
Sl-2、以纵径为分界线，对顺序保存的边缘点进行重新保存。以 图5为例，即要求把左边的边缘点按以^点为起点，按逆时针顺序保 存至^点；
Sl-3、以爿点为起点，依次每次取相邻两点，记为￡、 M两点， 作E、 M两点到纵径的垂线，分别交另半边缘于点F、 7V;
Sl-4、计算JS、五F、層的长度及五尸与MV之间的距离。
在上述四个步骤中，难点是步骤Sl-2和Sl-3，其中步骤Sl-2的 保存方法按照以下方式进行
Sl-2-l、根据纵径端点4A4)、 S(X2,X2)的坐标，写出纵径在图像 坐标系中的参数方程j=Ax+&式中，"d力)/(x,-x2)， "乂-^;
Sl-2-2、令函数/(x,力"-fcc-6，把所有的边缘点代入此函数进 行运算，符号相同的在纵径的同一侧，从而把边缘点按纵径为界进行 划分； .
Sl-2-3、把记录下来的边缘点重新进行排列存储，排列的方法依 据到端点A距离的远近。
步骤Sl-3的保存方法按照以下方式进行
Sl-3-l、计算出纵径的方程少=&",其斜率为"
Sl-3-2、设￡点坐标为(^,>0,经过五点与纵径垂直交边缘另一 点为F,则五F的方程为v-j,、&'0-x/) ， 1M;
Sl-3-3、令函数/Oc,力〃-W(x-x/)，在除五点之外的其它边 缘点寻找另一点，使得/(x，力-0，那么此点即为F点。又因为方程是
9理论方程，而坐标是离散的，因此，可能找不到此点，这里需要进一 步处理。处理的依据是，端点另一端附近的边缘点代入到构造函数中 异号，因此只要找到符号变换的那两点，不妨设这两点的坐标分别为
(X3J3)、 (X4,y4)，则满足/^3,少3)/(14，少4<0),这样F点的坐标可用
52、 根据提取的所述边缘像素点的几何坐标信息，计算禽蛋的像
素体积和Fp与像素表面积和&。
根据公式(8)计算像素体积和，
〖
r,2^C (8)
根据公式(6)计算像素表面积和，
S,允雄)A/ (6)
/ =1
其中， 柳=
丄一长度AB, ^—长度EF,《一长度MN, /z—五F到纵径端点^ 的距离，Z/i—五F与MV之间的距离，^/一点E、 M之间的距离。
上述禽蛋体积和表面积的检测方法中，得到禽蛋的像素体积和 ^与像素表面积和&之后还包括
建立禽蛋实际体积K与像素体积和)^之间的关系模型并用于检 测禽蛋的实际体积r，该值F即为所需的禽蛋体积；
建立禽蛋实际表面积S与像素表面积和&之间的关系模型并用 于检测禽蛋的实际表面积&该值S即为所需的禽蛋表面积；
53、 根据所述像素体积和^与像素表面积和&，建立实际体积F 与像素体积和^、实际表面积S与像素表面积和&的关系模型；
10上述禽蛋体积和表面积的检测方法中，所述的实际体积r与像素 体积和^及实际表面积S与像素表面积和&之间的关系模型分别为
r = ^vXrp + 6v (12) S二W6、. (13)
其中，、、yt,， ^和6,为根据实际检测的经验数据进行曲线拟合得
到的常数。
下面是试验过程中所建立的模型
7 = 3.03￡-05x^+25.51513 (14)
5 = 0.005088 xSp+14.26772 ( 15 )
S4、根据所述关系模型，检测禽蛋的实际体积K与实际表面积S。 在以后的检测中，通过式(14)和(15)计算出禽蛋实际体积与 表面积。
以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域 的普通技术人员能够显而易见地想到一些雷同、替代方案，均应落入 本发明保护的范围。
权利要求
1、一种禽蛋体积和表面积的检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤S1、根据获取的禽蛋RGB颜色图像，提取禽蛋在所述RGB颜色图像中的边缘像素点的几何坐标信息；S2、根据提取的所述边缘像素点的几何坐标信息，计算禽蛋的像素体积和Vp与像素表面积和Sp；S3、根据所述像素体积和Vp与像素表面积和Sp，建立实际体积V与像素体积和Vp、实际表面积S与像素表面积和Sp的关系模型；S4、根据所述关系模型，检测禽蛋的实际体积V与实际表面积S。
2、 如权利要求1所述的禽蛋体积和表面积的检测方法，其特征 在于，所述步骤S1具体包括Sl-l、检测边缘点的像素值并顺序保存，检测出禽蛋的纵径，纵 径的两端点记为A S;Sl-2、以所述纵径为分界线，以J点为起点，按逆时针顺序重新 保存至S点；Sl-3、以^点为起点，依次每次取相邻两点，记为￡、 M两点， 作E、 M两点到纵径的垂线，分别交另半边缘于点F、 7V;Sl-4、计算爿S、五F、 MV的长度及五F与MV之间的距离。
3、 如权利要求2所述的禽蛋体积和表面积的检测方法，其特征 在于，所述步骤Sl-2具体包括Sl-2-l、根据纵径端点4、A)、 Bfe，;O的坐标，写出纵径在图像 坐标系中的参数方程_y=&+6,式中，h)/(^-x2)，"乃-fcc"Sl-2-2、令函数/(x,少)"-fcc-6,把所有的边缘点代入此函数进 行运算，符号相同的在纵径的同一侧，从而把边缘点按纵径为界进行 划分；Sl-2-3、把记录下来的边缘点重新进行排列存储，排列的方法依 据到端点A距离的远近。
4、 如权利要求2或3所述的禽蛋体积和表面积的检测方法，其特征在于，所述步骤Sl-3具体包括Sl-3-l、计算出纵径的方程>;=& + 6,其斜率为"Sl-3-2、设￡点坐标为"，>0，经过五点与纵径垂直交边缘另一点为F,则五F的方程为y-y,'、) ， 1/A:;Sl画3-3、令函数/(x，力十W(x-;c;)，在除五点之外的其它边 缘点寻找另一点，使得/(x,力-0，那么此点即为F点。
5、 如权利要求2所述的禽蛋体积和表面积的检测方法，其特征 在于，所述步骤S2具体包括根据公式(8)计算像素体积和，<formula>formula see original document page 3</formula>(8)根据公式(6)计算像素表面积和，<formula>formula see original document page 3</formula> (6)其中，= 乂2 t(《2 +《2 + "i"2) 柳=+^)丄一长度AB, ^—长度EF, c/2—长度MN， /2—五F到纵径端点v4 的距离，Zl/7—五F与MV之间的距离，zl/—点E、 M之间的距离。
6、 如权利要求1所述的禽蛋体积和表面积的检测方法，其特征 在于，所述步骤S3中的关系模型分别包括S4、 xS +&.、p .、其中，、、t， h和6,为根据实际检测的经验数据进行曲线拟合得 到的常数。
全文摘要
本发明涉及一种禽蛋体积和表面积的检测方法，该方法包括以下步骤S1.根据获取的禽蛋RGB颜色图像，提取禽蛋在所述RGB颜色图像中的边缘像素点的几何坐标信息；S2.根据提取的所述边缘像素点的几何坐标信息，计算禽蛋的像素体积和V_p与像素表面积和S_p；S3.根据所述像素体积和V_p与像素表面积和S_p，建立实际体积V与像素体积和V_p、实际表面积S与像素表面积和S_p的关系模型；S4.根据所述关系模型，检测禽蛋的实际体积V与实际表面积S。本发明的技术方案具有以下优点(1)采用机器视觉方法，检测速度快，准确性高；(2)具有无损性，检测过程不影响禽蛋品质。
文档编号G01B11/00GK101509761SQ20091007998
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月16日 优先权日2009年3月16日
发明者吴文彪, 平 周, 刚 孙, 申长军, 赵春江, 郑文刚, 华 闫 申请人:北京市农林科学院