專利名稱：一種禽蛋體積和表面積的檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及農(nóng)產(chǎn)品無損檢測技術，尤其涉及一種禽蛋體積和表面 積的檢測方法。
背景技術：
禽蛋體積和表面積等特征參數(shù)在蛋品加工業(yè)和生物學研究上有
重要的意義，已廣泛用于不同年齡蛋雞的數(shù)量分布及生態(tài)形態(tài)學的研 究中，可以預測幼仔出生重量、孵化率、蛋殼表面特性及蛋內(nèi)部品質(zhì) 參數(shù)等。此外，運輸過程中要求禽蛋按體積大小進行分級包裝以減少
破損；銷售中要求保持外觀一致性以提高產(chǎn)品價格。精確測量禽蛋體 積可利用排水法，但目標測完后需風干，速度慢，效率低；而表面積 幾乎不能直接測量。因此，國外學者主要利用縱徑與最大橫徑來建立 禽蛋體積和表面積的預測模型。此類方法主要存在以下不足
(1) 因變量與自變量的預測模型通常是非線性的，它們之間的 關系不能從幾何意義上給出滿意的解釋；
(2) 檢測時主要利用手工檢測出縱徑與最大橫徑，再把參數(shù)代 入回歸方程，速度慢，效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供 一種禽蛋體積和表面積的檢測方法，以解決 現(xiàn)有技術中檢測方法存在不足。
為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案提出一種禽蛋體積和表面 積的檢測方法，該方法包括以下步驟
51、 根據(jù)獲取的禽蛋RGB顏色圖像，提取禽蛋在所述RGB顏色圖 像中的邊緣像素點的幾何坐標信息；
52、 根據(jù)提取的所述邊緣像素點的幾何坐標信息，計算禽蛋的像
4素體積和^與像素表面積和&;
53、 根據(jù)所述像素體積和^與像素表面積和&，建立實際體積F 與像素體積和^、實際表面積^與像素表面積和&的關系模型；
54、 根據(jù)所述關系模型，檢測禽蛋的實際體積r與實際表面積S。 其中，所述步驟S1具體包括
Sl-l、檢測邊緣點的像素值并順序保存，檢測出禽蛋的縱徑，縱
徑的兩端點記為丄5;
Sl-2、以所述縱徑為分界線，以^點為起點，按逆時針順序重新 保存至S點；
Sl-3、以^點為起點，依次每次取相鄰兩點，記為五、M兩點， 作E、 M兩點到縱徑的垂線，分別交另半邊緣于點F、 7V; Sl-4、計算爿5、 ￡F、 MV長度及五F與MV之間的距離。 其中，所述步驟Sl-2具體包括
Sl-2-l、根據(jù)縱徑端點4&A)、珠2,x2)的坐標，寫出縱徑在圖像 坐標系中的參數(shù)方程y=t+6,式中，力)/(jc「;c2)， 6 =力-fcc,;
Sl-2-2、令函數(shù)/(x,;;)"-ybc-6,把所有的邊緣點代入此函數(shù)進 行運算，符號相同的在縱徑的同一側(cè)，從而把邊緣點按縱徑為界進行 劃分；
Sl-2-3、把記錄下來的邊緣點重新進行排列存儲，排列的方法依 據(jù)到端點A距離的遠近。
其中，所述步驟Sl-3具體包括 Sl-3-l、計算出縱徑的方程少=紅+ 6，其斜率為yt; Sl-3-2、設五點坐標為(x,',;O，經(jīng)過五點與縱徑垂直交邊緣另一 點為F,則五F的方程為y —X :A:'(x-jO, *'=-1/"
Sl-3-3、令函數(shù)/(;c,力"一乂一^(x — ;0，在除五點之外的其它邊 緣點尋找另一點，使得/(x,力-0，那么此點即為F點。 其中，所述步驟S2具體包括 根據(jù)公式(8)計算像素體積和，r,S，)AA (8)
根據(jù)公式(6)計算像素表面積和，
S,f雄)A/ (6)
其中，
r(/z) = X2 ;r(《2 +《2 +《《) 柳=
丄一長度AB, A—長度EF, ^—長度MN， /2—五F到縱徑端點爿 的距離，A/z—五F與MV之間的距離，A/—點E、 M之間的距離。 其中，所述步驟S3中的關系模型分別包括
其中，<、&， ^和^為根據(jù)實際檢測的經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行曲線擬合得 到的常數(shù)。
本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果在于，釆用機器視覺方法，檢測速度快， 準確性高；具有無損性，檢測過程不影響禽蛋品質(zhì)。


圖1為本發(fā)明禽蛋體積和表面積的檢測方法實施例流程圖； 圖2為本發(fā)明檢測方法實施例釆集得到的禽蛋圖像； 圖3為本發(fā)明檢測方法實施例的理想模型圖； 圖4為本發(fā)明檢測方法實施例的原理微元圖； 圖5為本發(fā)明檢測方法實施例的理想模型一般圖。
具體實施例方式
以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。 圖1為本發(fā)明禽蛋體積和表面積的檢測方法實施例流程圖，如圖 所示，本實施例的檢測方法包括以下步驟
6Sl、根據(jù)獲取的禽蛋RGB顏色圖像，提取禽蛋在所述RGB顏色 圖像中的邊緣像素點的幾何坐標信息。
選取一定數(shù)量的禽蛋試驗樣本，分別加以標記。用排水法測出禽 蛋的真實體積(r,單位^3);打破禽蛋，取出內(nèi)容物，用排水法 測出蛋殼的總體積，利用螺旋測微儀測出蛋殼厚度，由蛋殼體積近似 等于表面積乘以厚度的關系，計算出蛋殼近似真實的表面積(5"，單 位cm2),并將檢測數(shù)據(jù)記錄下來。
如圖2所示，采集禽蛋圖像，濾波后得到圖像的RGB顏色空間， 在濾波后的圖像RGB顏色空間中，以R分量為變量函數(shù)，檢測禽蛋 在圖像中的邊緣點。
理想禽蛋是近似關于縱徑的旋轉(zhuǎn)體，垂直于縱徑的截面可近似看 作圓形。圖3是理想禽蛋圖像輪廓，圖中丄是縱徑，且為豎直方向， 」是頂點，直線，、五F與縱徑垂直，與輪廓的左交點為M、五，右 交點為7V、 F， MV與五F之間的距離為」/z, MV與五F的橫截面直徑 分別為4與4。 d尸l五"、^叫MAi。當A/z逐漸變得很小時，由五F、 MV所圍部分可近似看成圓臺，如圖4所示?？梢娢錐、 MV所截理想 禽蛋部分的體積、表面積可認為與上述輪臺的體積與側(cè)面積很大的相 關性。由公式可計算輪臺的體積與側(cè)面積。
^ r = + +仏= 一)屈 (1 )
z/S =;r(《+《)A/ = ( 2 )
因此，從微積分的角度看，理想禽蛋的實際體積可看作一系列圓 臺體積在縱徑方向的積分
(3)
理想禽蛋的實際表面積可近似看作一系列圓臺表面積在縱徑方向 的積分
M雄V/ (4)
考慮圖像數(shù)據(jù)是離散的，且當縱徑豎值時Z^最小值為l個像素 值，即￡尸、MV之間為相鄰兩行圖像。因此，當Z1/^1時，定義像素體積和為
力=1 "I
式中，Z為圖像縱徑的長度，單位像素(pixel),簡稱Aw F(/2)^j^4/,2 + ^2+^^， ^、 ^取值與A有關，4為離縱徑端點A
距離為/7處截圖像長度，^為距離為U+"處的截圖像長度，^的
單位為立方單位像素，尸J。
定義像素表面積和為<formula>formula see original document page 8</formula>(6)
式中，5(/0=%4《+^2)， &、 ^意義同上，」/計算可由兩點的距離
公式得到，設點五在圖像坐標系中的坐標為(;cp力)，點似為(A,為)，
則A,4U+(7,i)2 ，單位是平方單位像素，Ajc2。
若禽蛋的縱徑不是豎直時，這時體積公式形式上會發(fā)生 很大的變化。如圖5可知，此時A力不再是1，而等于l五。。當Zi力'-l 時(由圖像采樣量化造成)，五、M為相鄰兩行的邊緣點，兩點之間的 弧線可近似看成直線，則此時，兩點在縱徑方向的距離由式(7)計 算
<formula>formula see original document page 8</formula>( 7 )
l而l計算方法參照A/， |^|=|《-《|/2,這樣體積公式就變?yōu)?br> 事實上當，當禽蛋縱徑豎直時，此時<formula>formula see original document page 8</formula>=Vo廣力)2 H 乂 一沁I
又因為五、M為相鄰兩行，因此A/HM-Khi，即豎直情況可看作 上公式的特殊情況。
禽蛋RGB顏色圖像中，邊緣點按照以下步驟提取
Sl-l、檢測邊緣點的像素值并順序保存，檢測出禽蛋的縱徑，即 上述理想禽蛋中的丄S兩點；
Sl-2、以縱徑為分界線，對順序保存的邊緣點進行重新保存。以 圖5為例，即要求把左邊的邊緣點按以^點為起點，按逆時針順序保 存至^點；
Sl-3、以爿點為起點，依次每次取相鄰兩點，記為￡、 M兩點， 作E、 M兩點到縱徑的垂線，分別交另半邊緣于點F、 7V;
Sl-4、計算JS、五F、層的長度及五尸與MV之間的距離。
在上述四個步驟中，難點是步驟Sl-2和Sl-3，其中步驟Sl-2的 保存方法按照以下方式進行
Sl-2-l、根據(jù)縱徑端點4A4)、 S(X2,X2)的坐標，寫出縱徑在圖像 坐標系中的參數(shù)方程j=Ax+&式中，"d力)/(x,-x2)， "乂-^;
Sl-2-2、令函數(shù)/(x,力"-fcc-6，把所有的邊緣點代入此函數(shù)進 行運算，符號相同的在縱徑的同一側(cè)，從而把邊緣點按縱徑為界進行 劃分； .
Sl-2-3、把記錄下來的邊緣點重新進行排列存儲，排列的方法依 據(jù)到端點A距離的遠近。
步驟Sl-3的保存方法按照以下方式進行
Sl-3-l、計算出縱徑的方程少=&",其斜率為"
Sl-3-2、設￡點坐標為(^,>0,經(jīng)過五點與縱徑垂直交邊緣另一 點為F,則五F的方程為v-j,、&'0-x/) ， 1M;
Sl-3-3、令函數(shù)/Oc,力〃-W(x-x/)，在除五點之外的其它邊 緣點尋找另一點，使得/(x，力-0，那么此點即為F點。又因為方程是
9理論方程，而坐標是離散的，因此，可能找不到此點，這里需要進一 步處理。處理的依據(jù)是，端點另一端附近的邊緣點代入到構造函數(shù)中 異號，因此只要找到符號變換的那兩點，不妨設這兩點的坐標分別為
(X3J3)、 (X4,y4)，則滿足/^3,少3)/(14，少4<0),這樣F點的坐標可用
52、 根據(jù)提取的所述邊緣像素點的幾何坐標信息，計算禽蛋的像
素體積和Fp與像素表面積和&。
根據(jù)公式(8)計算像素體積和，
〖
r,2^C (8)
根據(jù)公式(6)計算像素表面積和，
S,允雄)A/ (6)
/ =1
其中， 柳=
丄一長度AB, ^—長度EF,《一長度MN, /z—五F到縱徑端點^ 的距離，Z/i—五F與MV之間的距離，^/一點E、 M之間的距離。
上述禽蛋體積和表面積的檢測方法中，得到禽蛋的像素體積和 ^與像素表面積和&之后還包括
建立禽蛋實際體積K與像素體積和)^之間的關系模型并用于檢 測禽蛋的實際體積r，該值F即為所需的禽蛋體積；
建立禽蛋實際表面積S與像素表面積和&之間的關系模型并用 于檢測禽蛋的實際表面積&該值S即為所需的禽蛋表面積；
53、 根據(jù)所述像素體積和^與像素表面積和&，建立實際體積F 與像素體積和^、實際表面積S與像素表面積和&的關系模型；
10上述禽蛋體積和表面積的檢測方法中，所述的實際體積r與像素 體積和^及實際表面積S與像素表面積和&之間的關系模型分別為
r = ^vXrp + 6v (12) S二W6、. (13)
其中，、、yt,， ^和6,為根據(jù)實際檢測的經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行曲線擬合得
到的常數(shù)。
下面是試驗過程中所建立的模型
7 = 3.03￡-05x^+25.51513 (14)
5 = 0.005088 xSp+14.26772 ( 15 )
S4、根據(jù)所述關系模型，檢測禽蛋的實際體積K與實際表面積S。 在以后的檢測中，通過式(14)和(15)計算出禽蛋實際體積與 表面積。
以上為本發(fā)明的最佳實施方式，依據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，本領域 的普通技術人員能夠顯而易見地想到一些雷同、替代方案，均應落入 本發(fā)明保護的范圍。
權利要求
1、一種禽蛋體積和表面積的檢測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟S1、根據(jù)獲取的禽蛋RGB顏色圖像，提取禽蛋在所述RGB顏色圖像中的邊緣像素點的幾何坐標信息；S2、根據(jù)提取的所述邊緣像素點的幾何坐標信息，計算禽蛋的像素體積和Vp與像素表面積和Sp；S3、根據(jù)所述像素體積和Vp與像素表面積和Sp，建立實際體積V與像素體積和Vp、實際表面積S與像素表面積和Sp的關系模型；S4、根據(jù)所述關系模型，檢測禽蛋的實際體積V與實際表面積S。
2、 如權利要求1所述的禽蛋體積和表面積的檢測方法，其特征 在于，所述步驟S1具體包括Sl-l、檢測邊緣點的像素值并順序保存，檢測出禽蛋的縱徑，縱 徑的兩端點記為A S;Sl-2、以所述縱徑為分界線，以J點為起點，按逆時針順序重新 保存至S點；Sl-3、以^點為起點，依次每次取相鄰兩點，記為￡、 M兩點， 作E、 M兩點到縱徑的垂線，分別交另半邊緣于點F、 7V;Sl-4、計算爿S、五F、 MV的長度及五F與MV之間的距離。
3、 如權利要求2所述的禽蛋體積和表面積的檢測方法，其特征 在于，所述步驟Sl-2具體包括Sl-2-l、根據(jù)縱徑端點4、A)、 Bfe，;O的坐標，寫出縱徑在圖像 坐標系中的參數(shù)方程_y=&+6,式中，h)/(^-x2)，"乃-fcc"Sl-2-2、令函數(shù)/(x,少)"-fcc-6,把所有的邊緣點代入此函數(shù)進 行運算，符號相同的在縱徑的同一側(cè)，從而把邊緣點按縱徑為界進行 劃分；Sl-2-3、把記錄下來的邊緣點重新進行排列存儲，排列的方法依 據(jù)到端點A距離的遠近。
4、 如權利要求2或3所述的禽蛋體積和表面積的檢測方法，其特征在于，所述步驟Sl-3具體包括Sl-3-l、計算出縱徑的方程>;=& + 6,其斜率為"Sl-3-2、設￡點坐標為"，>0，經(jīng)過五點與縱徑垂直交邊緣另一點為F,則五F的方程為y-y,'、) ， 1/A:;Sl畫3-3、令函數(shù)/(x，力十W(x-;c;)，在除五點之外的其它邊 緣點尋找另一點，使得/(x,力-0，那么此點即為F點。
5、 如權利要求2所述的禽蛋體積和表面積的檢測方法，其特征 在于，所述步驟S2具體包括根據(jù)公式(8)計算像素體積和，<formula>formula see original document page 3</formula>(8)根據(jù)公式(6)計算像素表面積和，<formula>formula see original document page 3</formula> (6)其中，= 乂2 t(《2 +《2 + "i"2) 柳=+^)丄一長度AB, ^—長度EF, c/2—長度MN， /2—五F到縱徑端點v4 的距離，Zl/7—五F與MV之間的距離，zl/—點E、 M之間的距離。
6、 如權利要求1所述的禽蛋體積和表面積的檢測方法，其特征 在于，所述步驟S3中的關系模型分別包括S4、 xS +&.、p .、其中，、、t， h和6,為根據(jù)實際檢測的經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行曲線擬合得 到的常數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種禽蛋體積和表面積的檢測方法，該方法包括以下步驟S1.根據(jù)獲取的禽蛋RGB顏色圖像，提取禽蛋在所述RGB顏色圖像中的邊緣像素點的幾何坐標信息；S2.根據(jù)提取的所述邊緣像素點的幾何坐標信息，計算禽蛋的像素體積和V_p與像素表面積和S_p；S3.根據(jù)所述像素體積和V_p與像素表面積和S_p，建立實際體積V與像素體積和V_p、實際表面積S與像素表面積和S_p的關系模型；S4.根據(jù)所述關系模型，檢測禽蛋的實際體積V與實際表面積S。本發(fā)明的技術方案具有以下優(yōu)點(1)采用機器視覺方法，檢測速度快，準確性高；(2)具有無損性，檢測過程不影響禽蛋品質(zhì)。
文檔編號G01B11/00GK101509761SQ20091007998
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月16日 優(yōu)先權日2009年3月16日
發(fā)明者吳文彪, 平 周, 剛 孫, 申長軍, 趙春江, 鄭文剛, 華 閆 申請人:北京市農(nóng)林科學院