[發明專利]一種籽棉雜質定量快速檢測系統及方法

在審

• 申請號: 201811623305.2
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109738436A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 周萬懷;李浩;梁后軍;徐守東;劉從九;張雪東
• 申請（專利權）人: 安徽財經大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84
• 代理公司: 北京青松知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11384
• 代理人: 鄭青松

1.一種籽棉雜質定量快速檢測系統，其特征在于：包括樣品的圖像采集子系統和圖像分析檢測子系統，所述圖像采集子系統包括主控制器、操作臺、主動光源、CCD相機，所述主控制器架設在操作臺上方，操作臺的下方設有封閉區域作為采集倉室，位于采集倉室正上方的操作臺中部開設有檢測窗口并通過玻璃面板密封，所述主動光源固定于采集倉室內部，CCD相機設置于采集倉室內部并固定于升降機構上；所述主控制器通過控制信號線連接主動光源和CCD相機，CCD相機的信號輸出端通過數據信號線連接主控制器，主控制器連接電源，主控制器同時通過控制信號線為主動光源、CCD相機供電；所述圖像分析檢測子系統包括安裝在主控制器中的籽棉雜質含量快速分析與檢測軟件和配置在主控制器中的雜質顆粒、雜質面積百分比與含雜率之間的數學模型；所述籽棉雜質含量快速分析與檢測軟件基于HSI色彩空間，先后通過梯度變換、H-minima變換、分水嶺變換與分割、根據S閾值和H閾值判別完成顏色相近的相鄰區域間的合并，得到最終的雜質區域分割圖像，根據雜質形態學和紋理特征分別計算棉花植株莖稈、棉鈴殼和棉花葉片的顆粒數和面積百分比，根據相應的數學模型定量換算含雜率。

2.根據權利要求1所述的一種籽棉雜質定量快速檢測系統，其特征在于：所述升降機構包括有四個高度調節桿、一個底板、四個齒輪，底板的四角分別轉動安裝有一個齒輪，高度調節桿的內壁上設置有齒條、外壁上設置有刻度線，每個齒輪與其對應的高度調節桿上的齒條嚙合，CCD相機安裝于底板的上端面上。

3.根據權利要求1所述的一種籽棉雜質定量快速檢測系統，其特征在于：所述的操作臺為雙層結構，上層為橡膠板、下層為表面涂黑的金屬板。

4.根據權利要求2所述的一種籽棉雜質定量快速檢測系統，其特征在于：所述操作臺的中部開設的檢測窗口的橡膠板洞口大于金屬板洞口，檢測窗口密封采用的玻璃面板密封在金屬板上。

5.根據權利要求1所述的一種籽棉雜質定量快速檢測系統，其特征在于：所述的主動光源的器材選用可見波段LED燈或鹵素燈，照射角度與水平面呈40-50°夾角。

6.根據權利要求1所述的一種籽棉雜質定量快速檢測系統，其特征在于：所述的主控制器采用自帶Windows操作系統的觸控一體式智能設備。

7.一種基于權利要求1所述系統的籽棉雜質定量快速檢測方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)圖像采集

將1kg的籽棉樣品覆蓋在整個檢測窗口上，確保檢測窗口被完全覆蓋、且樣品分布較為均勻，點擊主控制器界面的“圖像采集”按鈕實施圖片采集，為保證分析結果的準確性，對樣品進行適當調整后再次采集圖像，如是連續采集三副圖像；

(2)圖像分析

圖像采集完成后，點擊主控制器界面的“分析結果”按鈕實施含雜率分析，含雜率分析過程由籽棉雜質含量快速分析與檢測軟件和雜質顆粒、雜質面積百分比與含雜率之間的數學模型自動完成，主要包括以下步驟：

1)雜質定位

對原始樣本圖像Img₁,Img₂,Img₃進行中值濾波，得到彩色梯度圖像

對圖像進行擴展極小值變換H-minima運算，限制局部極小值點的數目，得到梯度標記圖像具體公式如下：

式中：為濾波后的彩色梯度圖像，為經過標記的梯度圖像，Hmin表示形態學H-minima變換，h表示深度閾值；

對圖像進行形態學強制最小運算得到修正梯度圖像使得圖像的局部極小區域僅出現在被標記位置，具體公式如下：

式中：為經過標記的梯度圖像，為修正梯度圖像，IMmin表示形態學極小值標定操作；

利用分水嶺算法預處理后的圖像在空間位置上相近且灰度值相近的像素點連接起來構成一個封閉的輪廓，得到初始分割圖像具體公式如下：

式中：為預處理后的修正梯度圖像，為分水嶺變換分割后的圖像，WST表示分水嶺分割操作算子；

在初始分割圖像的基礎上進行兩次區域合并操作，得到雜質區域分割圖像；

2)雜質定量分析

根據雜質的形態學特征文理特征將識別的雜質歸類到棉花植株莖稈、棉鈴殼和棉花葉片3個類別中，并分別計算每個類別的雜質顆粒數與雜質面積百分比；

樣本雜質含量是指樣本雜質重量占樣本重量的百分比，由三種類別雜質顆粒數和雜質面積百分比與含雜率率之間的線性關系Y_i＝K_i+A_i*N_i+B_i*R_i計算得出，其中K_i為數學模型的截距，A_i和B_i分別對應雜質顆粒數N_i和雜質面積百分比R_i的系數。