2009年 1月 农 机 化 研 究 第 1期 基 于 Matlab图 像 处 理 的 谷 物 颗 粒 计 数 方 法 研 究 贾 鹏 ，李 永 奎 ，赵 萍 (沈 阳农 业 大 学 工程 学 院 ，沈 阳 1 10161) 摘 要 ： 针 对 目前 谷 物 人 工计 数 和 光 电计 数 方法 存 在 的 不 足 ，提 出 了一 种 基 于 Matlab图像 识 别 和处 理 技 术 的 谷 物 计 数 方法 ，并 用 实 例 验证 了其 可靠 性 。该 方法 减 轻 了操 作 者 劳 动 强度 ，弥 补 了人 视 觉 的 不 足 之 处 ，提 高 了效 率 及 准 确 率 ，为今 后 进 一 步研 究 奠 定 了 必要 的理论 与实 践 基 础 ，对完 善 “精 细农 业 ”具 有 重 要 意义 。 关键词 ：图像处理 ；谷物 ；计 数方 法 ；Matlab 中 图分 类号 ：TP391．41 文 献标 识码 ：A 文 章 编 号 ：1003—188X(2009 JO1—0152-03 0 引 言 用数 码 相 机 获取 的 图像 为 真 彩 色 BMP或 JPG格 式 ，真彩 图像 是 既 含 亮 度 信 息 又 含 色 彩 信 息 的 图像 ， 谷 物 作 为主 要粮 食 和饲 料 作 物 ，在农 业 生 产 中 占 一 幅 m X n大 小 的 真 彩 图 像 要 由 m ×n x 3元 素 类 型 有 重 要地 位 。提 高 谷 物 产 量 和质 量 的主 要 方 法 是 选 为 字 节 的矩 阵表 示 ，而 灰 度 图像 是 只 含 亮 度 信 息不 含 育 出优 质 品 种 ，而 在 选 育 品 种 过 程 中 ，对 种 子 的 计 数 色彩 信 息 的 图像 ，一 副 灰 度 图像 可 以 由 m x n矩 阵来 是 不 可缺 少 的 内容 。 目前 ，种 子 的 计 数 方 法通 常采 用 表 示 。将 真 彩色 图像 转 换 为 灰 度 图像 ，一 方 面 可 以去 人 工 计数 ，或 半 自动 的 光 电 计 数 器 ，很 显 然 传 统 的计 掉 一 些无 用 的信 息 ；另 一 方 面大 幅度 减 少 图像 的数 据 数 方 法存 在 着效 率 低 、准确 性 不 高 等 缺 点 。笔 者 利 用 量 ，减轻 后期 处 理 的工 作 量 ，因 此 灰 度 处 化 处 理 是 图 计 算 机 图像识 别 和处 理 技 术 实 现考 种 过 程 中 的计 数 ， 像 处 理 中很 重 要 的一 步 。 为谷 物粒 群 的识 别 、精 选 、分 级 等 的 进 一 步研 究 奠 定 对 真 彩色 图像进 行 灰度 化 处 理 ，实 质 上是 将 RGB 必 要 的 理 论 与 实 践 基 础 ，并 为 育 种 工 作 提 供 一 种 高 图像 一个 像 素 的 3个 分 量 ，按 一 定 算 法 ，求 出灰 度 图 效 、快 捷 的 谷物 计数 新 技 术 。 像 的 1个 像 素 灰度 值 。其 算 法基 本公 式 为 1 谷物 图像 的获取 ， = aR + 8G +xB 其 中 ，尺，G，B 为 彩 色 图 像 某 个 像 素 的 3个 分 量 ， 常用 的 图像 采 集 方 法有 摄 像 机 采 集 、扫 描仪 扫 描 ， 为强 度 系 数 。．一 般 情 况 ，应 满 足 + + =1。 ， 及 数码 相 机 拍 摄 等 方 法 。本 文 采 用 像 素 不 低 于 500 很 显 然 ，不 同 的系 数组 合 将影 响 RGB 3个 分 量 在灰 度 万 的数 码 相 机直 接 获 得 种子 群 的数 码 图像 ，该 方 法具 图像 中所 起 到 作用 。 有操 作简 单 、图像 清晰 度 较高 、移 动 性强 等 优点 。 2 基 于 Matlab的 谷 物 图 像 处 理 2．1 谷物 图像 的读入 Matlab中 图像 的读 人 可 用 函数 imread读 人 ，其 支 持 的 图像 文 件 格 式 有 ：BMP，GIF，TIFF，JPEG(JPG)， HDF，PCX，XWD，PNG，ICO等 ，对 于一般数码 像机生 成 的 JPG图像 具 有很 好 的 支持 。 2．2 谷 物 图像 的处理 2．2．1 图像 的灰 度化 处理 收 稿 日期 ：2008—09—11 作者简介 ：贾 鹏(1968一)，男 ，辽宁辽阳人，在读硕士 。 通 讯 作 者 ：李 永奎 (1963一)，男 ，辽 宁 营 口 人 ，教 授 ，博 士 ，(E —mail) yklee@ syau．edu．on。 在 Matlab中 ，这 种 转 换 采 用 rgb2gray函数 实 现 。 其 中 ，系数 取值 为 [0．298 9 0．587 0 0．1 14 0]。针 对 特 定 颜色 的背 景和 目标 图像 ，也 可 以使 用 自 己求 得 的 系数 ，如在 背景 偏 红色 、目标 偏 绿 色情 况 下 ，可 以使 用 [0，1，0]或 [一1，2，0]之 类 的 系数 ，当 然 更 为 科 学 的 方 法 是采 用 统计 算 法求 出最佳 的系数 组 合 。 2．2．2 去 除 噪声处 理 在获 取 图 像 的 过 程 中 ，由 于 受 到 各 种 因 素 的 影 响 ，所 得 到 的 图像 总 会 或 多 或 少 的感 染 一 些 噪 声 信 息 ，这 些 噪声 信 息 会 恶 化 图 像 的质 量 ，所 以 要 进 行 去 噪处 理 。去 噪 的 方 法 有 很 多 ，大 致 分 为 两 大 类 ：一 类 是 时 域去 噪 ，另 一类 是 频 域 去 噪 。时 域 去 噪 的代 表 方 法 有加 权平 滑 法 、中值 滤 波 、二 值 形 态 学 法 等 ；频 域 去 噪 的代 表 方法 有 经 典 数 字 滤 波 器 、同 态 滤 波 、小 波 分 

2009年 1月 农 机 化 研 究 第 1期 析 等 。本 文采 用 时域 去 噪 中 的 中值 滤 波 法 ，其 具 有 抑 bw=im2bw(1TI，leve1)； ％ 图像二 值化 制 干扰 脉 冲和 点 状 噪声 的作 用 ，并 且 可 保 持 较 好 的 图 imshow(bw)； ％ 显示 二 值 图像 ，如 图 2(b)所 示 像 边缘 ，是 指 把 以某 点 为 中 心 的 小 窗 口内 的 所 有像 素 [1，n]=bwlabel(bw，4)； ％ 计 算 测 量 面 积 内豌 的灰度 按从 小 到 大 的顺 序 排 列 ，将 中 间 值 作 为 该 处 的 豆个 数 n 灰 度值 。在 Matlab中 中值 滤 波 的 函数 是 medfilt2。 display(n)； ％ 显 示 n的值 2．2．3 将 灰度 图像 转化 为二 值 图像 程序 最后 给 出 的值 ，就是 对 图 像 中谷 物 颗 粒 的计 二值 化 处 理 是 利 用 图 像 中 要 提 取 的 目标 物 与 其 数值 。 背景 在灰 度 特性 上 的差 异 ，把 图像 视 为 具 有 不 同灰 度 级 的两类 区域 (目标 和 背 景 )的组 合 ，其 关 键 是 选 择 合 理 的分 割 阈值 。当一 个 像 素 的灰 度 值 超 过 这个 阈值 ， 就 可 以说 这个 像 素属 于 人 们 感 兴 趣 的 目标 ，反 之 则 属 于 背景 部分 。 本文 采 取 自动 寻 找 最 佳 阈 值 法 ，该 方 法 自动 分 析 图像 的灰度 直方 图 ，根 据直 方 图确 定最 佳 阈值 ，然 后 用 寻找 到 的 最 佳 阈值 进 行 二 值 化 处 理 。 在 Matlab中 寻 找 最 佳 阈 值 的 函 数 为 graythresh，二 值 化 函 数 为 im2bw。 2．3 谷物 颗粒计 数 的实现 二值 化后 的图像 像 素 只有 0和 1两 个 值 ，分 别 表 示 背 景 和 目标 。 由于 一 个 谷 物 颗 粒 的 图 像 像 素 是 连 一 一 (b)经 处 理 的 一 值 图 像 ’ (a)原始图像 (b)经处理 的二值 图像 续 的 ，在 二值 图像 中表 现 为 连 通 性 ，因此 可 以利 用 计 图 2 谷 物 颗 粒 图 像 算 连通 图的 数 量 来 求 出 谷 物 颗 粒 数 量 。在 Matlab中 利 用 bwlabel函数 求 出连 通 图 ，并 给 出连通 图 的数量 。 4 结 果 与 讨 论 3 实 例 分 析 通 过 以上 阐述 及 实例 分 析 可 以得 出 ：利 用 Matlab 图像 处 理 技 术 很 方 便 地 实 现 了 考 种 过 程 中 的计 数 。 - 以用 数 码拍 摄 的 豆 类 图像 为 例 进 行 分 析 ，其 图像 试验 结 果 表 明 ，在谷 物 没 有 叠 压 的状 态 下 准 确率 可 以 处理 过程 基 本 流程 如 图 1所示 O 达 到 100％ ，这 不仅 减 轻 了人 的劳 动 强度 ，弥 补 了人 视 图像拍摄 == l 读入原始图像 觉 的不 足 之 处 ，大 大 提 高 了效 率 及 准 确 率 ，同 时 也 避 免 了其 他软 件 繁 琐 的 编程 工 序 ，为 后 续 进 一 步 研 究 奠 目标标记并输 出结果 g'--1 灰度图像 二值化 == 中值滤波 定 基 础 。 图 1 ，合 物 计 数 的 图 像 处 理 流 程 具 体程序 如 下 ： 至 于怎 么 解 决 谷 物 叠 压 问 题 ，本 文 没 有 阐 述 ，采 用 机 械振 动 的方 法可 以解 决 此 问题 。 I=imread(E：＼谷 物 图 像 ／j．bmp3；％ 读 人 原 始 参 考 文献 ： · 真彩 图像 imshow(I)； ％ 显示 原始 真彩 图像 ，如 图 2(a)所 示 g：rgb2gray(I)； ％ 将 真 彩 图像 转 变 为灰度 图像 m=medfilt2(g)； ％ 灰 度 图像 的 中值滤 波处 理 level=graythresh(m)； ％ 寻 找 灰 度 图像 的最 佳 阈值 [1] 刘星桥 ，李 娟 ，张 如通．MATLAB图像处 理在 水 产养 殖 中 的应用 [J]．微计算机 信息 ，2006，11(3)：300—302． [2] 董长虹 ，赖志 国，余 啸海．MATLAB图像处 理与应 用 [M]． 北 京 ：国 防 工 业 出 版 社 ，2004． [3] 衣雪梅 ，郭康权．Matlab图形图像 处理在 农机材 料定 量金 相分析 中的应用 [J]．农机化研 究 ，2006(5)：169—171． (下转 第 156页 ) 

2009年 1月 农 机 化 研 究 第 1期 Design on Corn Sheller by Extruding and Rubbing M ethod Chen Lidong，Ma Shuying，Shi Lei，Feng Lizhen (Department of Machinery and Electron，HNUST，Qinhuangdao 066600，China) Abstract：In order to reduce labour— intensity，improve work effi ciency of farmers during the threshing corn，a corn thresher was designed． The design mainly includes feed mouth，grid concave boards and a shelling cylinder with board— teeth，etc． Its characteristic is rub threshing technique used in the machine，and the machine have advantages of higher threshing performance and a lower percentage of kern el damage．It is capable of processing both common COrn and seed CO1"13． Key words：agricultural machinery ；corn sheller；rub principle (上接第 153页 ) Abstract ID：1003—188X(2009)Ol-0152一EA Grain Counting M ethod Based on M atlab Im age Processing Jia Peng，Li Yongkui，Zhao Ping (Engineering College，Shenyang Agricultural University，Shenyang 1 1 0 1 6 1，China) Abstract：In view of the deficiencies that grain is counted through manpower and photoelectricity methods at present，a grain counting method，which based on Matlab image recognition and processing technology，is presented；And its relia- bility is verified by concrete example．This method may reduce labor intensity，make up for visual defects of person，im- prove efficiency and accuracy and establish necessarily theoretical and practical basis for further studies．It is great impor- tant to perfect“precision agriculture”． Key words：image processing；grain；counting method；Matlab 《农机化研究》系中国农机学会农机化分会 、黑龙江省农机学会和黑龙江省农业机械工程科学研究院联合主办 欢迎订 阅《农机化研究》杂志 的于 1979年创 刊 的综合性 学 术期 刊 (全 国中文核 心期 刊 )，其 具体 情况 如下 ： 一 、 学术 地位 与影 响 通过对《中国期 刊全文数据库》中近 8000种期 刊 10年的引文分析与综合评价 ，经《中国知识资源总库》专家 委 员会 审核 ，遴选 500种 科技 类期 刊 编辑 出版 ”中 国科技 期 刊精 品数据 库 ”，本 刊 2005年被 正式选 人 6 二 、稿源 及发 行情 况 目前 ，在 本 刊发稿 单位 ：大 学本科 院校 200余 所 ，各 类农 业 、农机 管理 部 门 300余家 ，其 它 相关 行业 若 干 。发行 遍 及全 国各 地 ，光 盘 版 由清 华 大学代 理 国外发 行 。页码 252页 ，月 刊 ，全年 订价 240元 。 邮发代 号 ：14—324 电 话 ：(0451)86631651 联 系 人 ：迟 宏伟 E—mail：njhyj@ vip．sohu．corn 欲订 2009年期刊者，请发邮件或电话联系。 · 156 ·