在稻谷生產(chǎn)和儲藏過程中，傳統(tǒng)的稻谷外觀品質(zhì)檢測方法主要是通過人工自主識別，即通過人眼結(jié)合對照的直觀分析進(jìn)行鑒別。人工檢測和評估的方法不僅耗時耗力，而且結(jié)果也基本受到專業(yè)檢測人員主觀性的影響。由于檢測人員的主觀性以及不同地區(qū)造成的判斷標(biāo)準(zhǔn)的差異，使得快速、自動、準(zhǔn)確的檢測稻米外觀品質(zhì)成為行業(yè)的發(fā)展趨勢。
本研究通過引入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和圖像處理技術(shù)，自主設(shè)計了一套基于機(jī)器視覺技術(shù)的大米外觀品質(zhì)快速自動檢測系統(tǒng)。本研究通過將NIR和RGB圖像疊加生成五通道圖像數(shù)據(jù)，并采用Watershed算法和Otus自適應(yīng)閾值函數(shù)相結(jié)合的方法對圖像進(jìn)行預(yù)處理。對樣本中的不同顆粒進(jìn)行標(biāo)記，放入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行訓(xùn)練。通過選擇最優(yōu)的訓(xùn)練模型，對水稻籽粒進(jìn)行分類并對表型數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實現(xiàn)對水稻外觀品質(zhì)的檢測。
實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)的分辨率可達(dá)92.3 %。該系統(tǒng)在稻米外觀品質(zhì)檢測過程中，不僅減少了因檢測環(huán)境不同導(dǎo)致的主觀性問題、大樣本量導(dǎo)致的視覺疲勞以及檢測人員的個人因素，而且顯著提高了檢測精度，增強(qiáng)了稻米外觀品質(zhì)檢測效率和等級判定。從而實現(xiàn)了稻米外觀品質(zhì)的自動化、科學(xué)化、精確化檢測，成為傳統(tǒng)檢測方法的良好替代品，對大米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有積極意義。
圖1 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框架。系統(tǒng)包括暗箱、條形光源、五通道攝像頭、抽屜式載臺、秤架、背光板、控制模塊、計算機(jī)等。
圖2 系統(tǒng)的物理圖。
圖3 細(xì)分效果對比圖。（A） 手動閾值分割（閾值190）。（B） 手動閾值分割（閾值200）。（C） 手動閾值分割（閾值210）。（D） 自適應(yīng)閾值分割。
圖4 水稻預(yù)測效應(yīng)。（a） 完成。（二）病變。（三）霉菌。（四）不成熟。
圖5 檢測時間比較。
圖6 測量精度比較。
文獻(xiàn)來源：He Y, Fan B, Sun L, Fan X, Zhang J, Li Y, Suo X. Rapid appearance quality of rice based on machine vision and convolutional neural network research on automatic detection system. Frontiers in Plant Science. https://doi.org/3389.2023/fpls.1190591.
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