基于计算机视觉和神经网络检测鸡蛋裂纹的研究

为了提高鸡蛋裂纹检测的准确性和效率，综合运用计算机视觉技术和BP神经网络技术，实现对鸡蛋表面裂纹的无损检测和分级。首先，通过计算机视觉系统获取鸡蛋表面的图像，对图像分析处理，提取了裂纹区域和噪声区域的5个几何特征参数。其次，将5个参数作为输入，建立结构为5-10-2的BP神经网络模型，对裂纹进行识别和鸡蛋的自动分级。试验结果表明模型对裂纹鸡蛋的识别准确率达到了92.9%，对整批鸡蛋的分级准确率达到了96.8%。     

基于卷积神经网络提取多尺度分层特征识别玉米杂草

为提高作物与杂草识别的准确率、稳定性和实时性,该文以幼苗期玉米及杂草为研究对象,提出了基于卷积神经网络提取多尺度分层特征的玉米杂草识别方法。首先建立卷积神经网络模型,以从图像的高斯金字塔中提取多尺度分层特征作为识别依据,再与多层感知器相连接实现图像中各像素的识别;为了避免目标交叠所带来的问题,对图像进行超像素分割,通过计算每个超像素内部的平均像素类别分布确定该超像素块的类别,再将相同类别的相邻超像素合并,最终实现图像中各目标的识别。试验结果表明:该方法的平均目标识别准确率达98.92%,标准差为0.55%,识别单幅图像的平均耗时为1.68 s,采用GPU硬件加速后识别单幅图像的平均耗时缩短为0.72 s。该方法实现了精确、稳定和高效的玉米与杂草识别,研究可为精确除草的发展提供参考。     

自然光照条件下采摘机器人果实识别的表面阴影去除方法

有效的阴影检测和去除算法会大大提高自然环境下果实识别算法的性能,为农业智能化提供技术支持。该研究采用超像素分割的方法,将一张图像分割成多个小区域,在对图像进行超像素分割的基础上,对自然光照下的果园图像阴影区域与非阴影区域进行对比分析,探索8个自定义特征用于阴影检测。然后采用SVM的方法,结合8个自主探索的自定义特征,对图像中每个超像素分割的小区域进行检测,判断每个小区域是否处于阴影中,再使用交叉验证方法进行参数优化。根据Finlayson的二维积分算法策略,对检测的每一个阴影区域进行阴影去除,获得去除阴影后的自然光照图像。最后进行阴影检测的识别准确性试验,试验结果表明,本研究的阴影检测算法的平均识别准确率为83.16%,经过阴影去除后,图像的阴影区域亮度得到了提高,并且整幅图像的亮度更为均匀。该研究可为自然环境下机器人识别果实及其他工农业应用场景提供技术支持。     

基于图像处理-深度学习的孵前种鸭蛋外部品质在线无损检测

种鸭蛋的品质影响着孵化率和健雏率,挑选优质种鸭蛋孵化不仅可以减少孵化占用的资源,还可以及时将不适宜孵化的种鸭蛋筛选出另做它用,避免其孵化失败造成浪费。为了对不同外部品质的孵前种鸭蛋进行检测分级,该研究设计了一种基于图像处理和深度学习的种鸭蛋外部品质检测系统。在传送轨道上获取种鸭蛋的透射图像后,选取多张鸭蛋图像中的最大长轴计算形状特征,通过交错值衡量大小头相似度;在伽马变换平衡图像颜色后,使用HSV分割提取脏污特征图来计算脏污面积;采用自适应阈值分割和脏污特征图掩膜对图像样本数据进行预处理,搭建裂纹识别网络CrackNet来识别脏污鸭蛋的裂纹。结果表明,该检测系统可计算种鸭蛋的大小、蛋形指数、脏污面积和大小头相似度,检测表面裂纹,计算所得长轴和蛋形指数的均方误差仅0.220 2 mm²和0.000 058,CrackNet的裂纹识别准确率为98.03%,研究结果可为入孵前种鸭蛋的筛选工作提供技术支持。     

利用偏振成像检测植物叶片含水量早期变化

为了实现含水量早期变化的精准识别并进行迅速干预,减少植物缺水带来的损失,该研究基于双波片旋转法搭建了一套偏振光成像系统,通过对冬青叶片Mueller矩阵图像及退偏指数图像的分析与试验。实现了对冬青叶片含水量的早期检测。结果表明：首先,退偏指数图像可以清晰地反映冬青叶片含水量的变化,经分析发现随着冬青叶片含水量的逐渐降低,叶肉组织上的退偏指数在不断增大;其次,进一步建立了冬青叶片的含水量预测模型,得到退偏指数与含水量的拟合曲线,拟合曲线的决定系数值为0.95。随后,选用不同部位的冬青叶片对预测模型进行验证,含水量预测值与实际值间的最大相对误差为4.90%,即只需对叶片退偏指数进行探测即可获取到该叶片当前的含水量状态。该研究为植物含水量变化的早期识别提供了新方向,同时也为植物盐、酸和肥胁迫等生理状态的快速无损检测提供了理论基础。     

深度多分支模型融合网络的胡萝卜缺陷识别与分割

缺陷检测是胡萝卜上市销售前的重要环节,开裂缺陷区域的分割提取是开裂胡萝卜修整的必要条件。基于图像处理的传统的胡萝卜表面缺陷识别算法复杂,通用性、鲁棒性较差。该研究提出一种集胡萝卜缺陷种类识别(C-Net)和开裂缺陷分割(S-Net)为一体的深度多分支模型融合网络(CS-Net)。C-Net将预训练的ResNet-50作为胡萝卜图像特征提取器,分别输出ResNet-50不同卷积层特征,将其作为支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的输入训练不同的分类模型,并利用不同策略将其融合以获取最终的分类模型;S-Net将预训练的ResNet-50作为分割网络的编码器,根据不同的分割网络构造思想设计解码器,构造胡萝卜开裂区域分割提取网络。结果表明,C-Net中,ResNet-50第49层输出模型在测试集上的准确率为94.71%,利用Stacking融合方法得到的模型性能最好,在测试集上的准确率为98.40%;S-Net中,根据U-net构造思想构造的网络分割效果最好,分割像素准确率(Pixel Accuracy,PA)、类别平均像素准确率(Mean Pixel Accuracy,MPA)和平均交互比(Mean Intersection over Union,MIoU)分别为98.31%、96.05%和92.81%。该研究构建的胡萝卜缺陷识别分割网络对胡萝卜外观品质的量化评价和表面缺陷的修整具有重要意义。     

基于改进ConvNeXt模型的黄羽鸡表皮层黑色素智能分级方法

为解决活体黄羽鸡表皮层黑色素分级方法成本高、效率低下、分级环境易受环境光干扰等问题,该研究探索一种基于ConvNeXt模型的黄羽鸡表皮层黑色素智能分级方法 ConvNeXt-WPCA,用于实现活体黄羽鸡表皮层黑色素智能分级。ConvNeXt-WPCA模型通过以下3点改进提高模型对黄羽鸡黑色素的识别效果：1）针对黄羽鸡黑色素图像RGB三通道内黑色素信息分布不均衡问题,改变输入图片通道权重来增强模型对黑色素特征的提取能力;2）使用部分卷积代替深度可分离卷积,减少模型计算量和内存访问次数提高对计算资源的利用率;3）引入坐标注意力机制,引导模型关注黄羽鸡胸腹部及肛门附近皮肤提升模型精度。同时,该研究还设计一种双光源图像获取装置,分别在自然光和偏振光条件下拍摄黄羽鸡样本,以减小分级结果受环境光干扰的影响,并探索偏振光在黑色素分级任务中的应用潜力。结果表明ConvNeXt-WPCA模型相较标准ConvNeXt模型,针对自然光下黄羽鸡黑色素图像数据集分级准确率提升9.68个百分点,最终达到89.03%的识别准确率,针对偏振光下黄羽鸡黑色素图像数据集分级准确率提升15.26个百分点,最终达到98.87...     

基于RF-DS图谱信息融合的孵化早期鸡胚蛋性别无损检测

针对图像或光谱单一信息检测孵化早期胚蛋性别识别率不高的问题，该研究提出一种随机森林（Random Forest，RF）和证据理论（Dempster-Shafer，D-S）的图谱信息融合的无损检测方法。利用机器视觉和光谱仪分别采集孵化期第4天水平横放的胚蛋信息，在对胚蛋图像和光谱预处理的基础上，提取图像纹理特征和光谱特征，再分别以2类单特征的RF分类结果作为独立证据构造基本概率分配函数，运用D-S证据理论进行决策级融合，根据分类判决门限得出最终的识别结果。试验结果表明，图像和光谱单特征RF模型识别准确率最高分别达78.00%和82.67%，多特征决策融合识别法准确率达到88.00%，其中雌雄识别率分别达到90.00%和86.25%，单个鸡蛋的平均判别用时为2.843 s。结果表明，该光谱-图像信息融合方法可以提高孵化早期胚蛋雌雄识别准确率。     

基于小波变换的稻米爆腰检测技术研究

稻谷裂纹(俗称爆腰)是导致大米在加工过程中破碎的重要原因，爆腰的检测对裂纹的研究和控制有重要意义。本文提出了一种新的爆腰检测方法。它利用小波变换在图像边缘提取和去噪中的优越性，通过对二进尺度下图像小波变换局部极大值的检测，提取边缘特征，去除噪声，对糙米爆腰图像中的裂纹进行了有效识别。从而实现爆腰率的自动检测，准确率达到92%以上。与传统的检测算子相比，取得了更为良好的效果。     

基于RGB-D的肉牛图像全卷积网络语义分割优化

基于卷积神经网络的深度学习模型已越来越多的应用于检测肉牛行为。利用卷积操作实现肉牛图像的像素级分割有助于实现远距离、无接触、自动化的检测肉牛行为,为肉牛异常行为早期发现提供必要手段。为了提高复杂背景下肉牛图像语义分割精度,降低上采样过程中的语义分割误差,该文提出基于RGB-D的肉牛图像全卷积网络(fully convolutionalnetworks,FCN)的语义分割优化方法,用深度密度值来量化深度图像中不同像素点是否属于相同类型的概率,并根据深度图像与彩色图像在内容上的互补关系,优化和提升FCN对肉牛图像的语义分割(像素密集预测)精度。通过试验验证,该方法与全卷积网络的最优分割结果相比,可以将统计像素准确率平均提高2.5%,类别平均准确率平均提升2.3%,平均区域重合度平均提升3.4%,频率加权区域重合度平均提升2.7%。试验证明,该方法可以提升全卷积网络模型在复杂背景下肉牛图像语义分割精度。     

鸡胚疫苗注射时蛋壳力学模型分析及参数优化

针对鸡胚疫苗注射时由针头冲击产生裂纹导致接种失败的问题,建立了蛋壳注射时冲击固体力学分析模型.首先,由冲量定理和动量守恒定律推导出注射孔单位长度所受合力与注射初速度、注射体系质量及针头锥形角之间的关系.由ANSYS19.2有限元分析软件初步确定注射初速度的范围为0.5～0.8 m/s,注射体系质量0.5～1.2 kg,...     

敲击振动检测鸡蛋裂纹的初步研究

现代化的蛋品加工业中,传统的照蛋检测鸡蛋裂纹技术远不能满足生产的自动化要求,为了实现快速在线无损检测鸡蛋裂纹,试验通过在鸡蛋不同部位施加机械冲击,利用计算机处理产生的声音信号,分析壳裂鸡蛋和完好鸡蛋的响应频率差异。结果表明：敲击赤道不同的部位,完好鸡蛋各点的特征响应频率十分接近,而壳裂鸡蛋差别较大。根据赤道四点特征响应频率变异系数(CV),建立了初步分级算法,使得裂纹鸡蛋检出水平达到91%,对整批鸡蛋的分级准确率达到87%。     

改进Hough变换的农作物病斑目标检测方法

为了能够快速、准确地对农作物病斑进行图像检测,该文根据病斑的形态特点,提出一种基于边缘检测与改进Hough变换的病斑目标检测方法。该研究根据不同种类的病害图像,采用R、G、B或者之间的差值分量确定病斑的特征图像,采用边缘提取、修复、过滤等方法获取病斑轮廓。对Hough变换的应用策略进行改进,采用边缘线编码,每个病斑根据自身形态确定变换的参数,并采用对应的圆形对病斑边界进行拟合,从而对病斑进行检测,同时对病斑边界进行有效识别。以90幅不同种类农作物病害图像为研究对象,对病斑进行类圆目标检测,检测圆拟合精度为87.01%,圆心定位误差为4.44%。结果表明,该方法能够快速、准确地对类圆病斑进行检测,同时对病斑边界有较好的识别效果。     

基于高光谱图像和光谱信息融合的马铃薯多指标检测方法

针对随机放置的马铃薯缺陷多项指标难以同时检测的问题,提出了一种基于高光谱信息融合的流形学习降维算法与极限学习机(extreme learning machine,ELM)相结合的方法,该方法可同时识别马铃薯的多项缺陷指标。分别采集发芽、绿皮、黑心和合格马铃薯的反射高光谱数据(390~1 040 nm),在光谱维,提取马铃薯样本感兴趣区域(region of interest,ROI)的平均光谱,分别采用扩散映射(diffusion maps,DM)、局部线性嵌入(locally linear embedding,LLE)和海森局部线性嵌入(hessian locally linear embedding,HLLE)3种流形学习降维算法对光谱数据进行降维;在图像维,对马铃薯伪彩色图像进行形态学处理,获取基于灰度共生矩阵(gray level co-occurrence matrix,GLCM)的图像纹理信息,采用连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)优选图像纹理特征;融合光谱维信息和图像维信息,分别建立基于极限学习机(ELM)与支持向量机(support vector machine,SVM)的马铃薯多分类识别模型。结果表明,扩散映射结合极限学习机(DM-ELM)模型的预测结果较优,该模型对发芽、绿皮、黑心和合格马铃薯样本的单一识别率分别为97.30%、93.55%、94.44%和100%,混合识别率达到96.58%,时间为0.11 s,可知高光谱信息融合技术结合流形学习降维算法可同时识别随机放置马铃薯的多种缺陷指标。     

膨胀土胀缩裂隙演化及其扰动规律分析

为定量研究膨胀土胀缩裂隙的演化特征及其对土体的扰动规律,从而探究其引发工程和生态环境灾害的机理。论文对合肥膨胀土进行干湿循环-CT(computed tomography)扫描试验,从获取的CT图中提取灰度值以及灰度共生矩阵特征值:角二阶矩(angular second moment,ASM)和对比度(contrast,CON),研究在干湿循环作用下裂隙图像的灰度值及其纹理的变化规律;并通过三轴剪切试验研究了在干湿循环作用下膨胀土的强度特征。结果表明:1)图像灰度值随裂隙的发育状态而变化;初始阶段灰度值沿试样轴向分布比较离散,但在后期逐渐均匀,离散系数在3次干湿循环后达到最大值,比干湿循环前增加了106%,随后逐渐减小;2)ASM随干湿循环次数的增加而减小,并且在0°和90°方向上的值比在45°和135°方向上的值大9%;CON随干湿循环次数的增加而减小,并且在0和90°方向上的值比在45°和135°方向上的值小52%,其对纹理的方向差异性更加敏感;3)胀缩裂隙对原状膨胀土的结构性会造成破坏,强度劣化显著;在5次干湿循环后,2种土强度分别降低62%和46%,并且原状膨胀土与重塑膨胀土强度的差值也由347.3 kPa降至21.3 kPa;4)由ASM和CON定义的扰动函数与由土体原生联结结构强度定义的扰动函数,扰动过程中函数变化曲线吻合度高,故基于灰度共生矩阵特征值的扰动函数能很好地描述胀缩裂隙扰动下的膨胀土强度特性。     

基于无人机遥感影像的覆膜农田面积及分布提取方法

针对基于无人机遥感的覆膜农田识别研究甚少的现状,该文以云南省昭通市鲁甸县为研究区,获取了研究区中地表类型复杂程度不同的2幅航空影像(复杂区影像和简单区影像)作为试验数据,利用灰度共生矩阵对原始航片影像进行纹理特征提取并选择纹理特征最佳提取参数;然后基于随机森林算法进行纹理特征重要性评价,优选纹理特征,结合原始数据进行最大似然初步分类;运用众数分析进行分类后处理;最后结合图像形态学算法与面积阈值分割法提取出了最终的覆膜农田面积及分布。通过试验结果发现,依据该文提出的方法,复杂区和简单区覆膜农田识别的总体精度、Kappa系数、产品精度、用户精度和面积误差分别达到了94.84%、0.89、92.48%、93.39%、0.38%和96.74%、0.93、97.39%、94.63%、1.95%。该文提出的融合监督分类和图像形态学算法的覆膜农田提取方法可以简单、快速的将地膜连成块,形成覆膜农田对象,进而通过面积阈值分割法获取高精度的覆膜农田分布信息。该方法可以为精准覆膜农田识别算法的发展提供参考。     

基于吊蔓绳的温室番茄主茎秆视觉识别

为了精确识别番茄植株以供精确对靶喷施,该文提出一种基于温室吊蔓绳对番茄主茎进行检测识别的算法。通过分析番茄作物图像在HSI颜色空间的分布特性,基于H分量应用Otsu分割算法对番茄作物图像进行二值化处理,以突出图像中吊蔓绳区域。利用细化算法提取出吊蔓绳区域离散特征点簇,并采用最小二乘法直线拟合特征点簇获取吊蔓绳位置。试验结果表明,处理分辨率640×480像素的图像平均用时0.16s,对100张图像进行识别试验,正确率达93%,该算法提取吊蔓绳和番茄主茎间的最大距离偏差为48像素单位,能够准确识别番茄主茎秆,具备较强的鲁棒性。     

基于机器视觉的马铃薯黑心病检测机构设计与试验

马铃薯黑心病是一种难以用肉眼分辨的内部病害。在生产加工中,为了准确检出黑心病个体,该研究基于光在马铃薯块茎组织中的透射特性设计了一种马铃薯黑心病检测机构。机构主要包括马铃薯块茎承托槽、光源单元以及光源位置调节轨道等部分,光源单元包括2个LED面光源,形成多点透射的结构,光源波长为705 nm。文中取50个正常样品和29个黑心样品采集图像分析,经过预处理,分别提取马铃薯目标图像和马铃薯高灰度区域的灰度平均值,以二者的相对比值作为黑心病的判别参数。通过与单点透射模式所采集的正常样品图像的相对比值比较,由该机构所采集的正常图像的相对比值普遍偏小,表明所获得图像的灰度均匀性更好,同时得到光源较佳夹角为45°。在该机构下获得的正常样品和黑心样品的灰度平均值相对比值的分类阈值为0.220,得到2种样品的判断正确率分别为98%和96.6%,且黑心样品的相对比值更大,表明使用该机构可以检测黑心马铃薯样品。该研究为马铃薯黑心病检测机构的设计提供了参考。     

蛋壳品质的近红外光谱检测分析

蛋壳品质对蛋品孵化、贮存和运输均有重要影响。为了探索近红外光谱技术快速检测蛋壳品质的方法,该文在鸡蛋蛋壳品质指标相关性分析的基础上进行了蛋壳品质的近红外光谱检测分析,研究比较了不同建模方法、不同光谱预处理方法和不同波段范围对预测结果的影响。结果表明：在5段特征波长范围内建立的经过多元散射校正的偏最小二乘回归（PLSR,partial least squares regression）模型对蛋壳强度的预测结果最好,相关系数r为0.86,校正、预测均方根误差分别为4.42、7.53 N;同时蛋壳百分比（蛋壳质量/蛋质量）的PLSR模型的相关系数r为0.92,校正、预测误差分别为0.313%、0.529%;蛋壳厚度的PLSR模型的相关系数r为0.81,校正、预测误差分别为0.0176、0.0234 mm。研究结果表明应用近红外光谱技术预测蛋壳品质是可行的,为蛋壳品质的快速无损检测提供了一种新的方法。