鸡蛋品质检测系统的图像处理技术研究

91※基础研究食品科学2008, Vol. 29, No. 12

　鸡蛋品质检测系统的图像处理技术研究

王 婧1，孟超英1,*，朱大洲1，籍保平2

(1. 中国农业大学信息与电气工程学院，北京 100083；2. 中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083)

摘 要：鸡蛋品质检测系统中的图像处理主要涉及图像平滑、边缘检测和图像分割三个方面。本研究采用矢量中值滤波的方法对鸡蛋的彩色图像进行平滑去噪，很好的保护了彩色图像色度信息。选用Prewitt算子检测图像边缘。经过反复试验，选取全局阈值进行图像分割，将目标鸡蛋图像从背景中分离出来。 研究和实验结果表明，使用本实验的图像处理技术可以精确地提取鸡蛋品质检测的图像信息，为开发鸡蛋在线检测系统提供了技术基础。关键词：鸡蛋；图像处理；矢量中值滤波；边缘检测；阈值分割

Study on Image Processiong Technology in Egg Quality Detection SystemWANG Jing1，MENG Chao-ying1,*，ZHU Da-zhou1，JI Bao-ping2

(1.College of Information and Electrical Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China；2.College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China)

Abstract ：The image processing in egg quality detection system mainly involves image smoothing, edge detection and imagesegmentation. In the present study, the vector median filtering method was applied to smooth the image to protect theinformation of the color image. The prewitt edge operator was used to detect the image edge. After repeated experiment, a overallimage segmentation threshold was selected to separate the target egg image from the background. Results showed that the imageprocessing technology presented in this study can be used to accurately extract image information of egg.Key words：egg, image processing；vector median filtering；edge detection；threshold segmentation中图分类号：TS201.21 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2008)12-0091-03

收稿日期：2007-11-30作者简介：王婧(1983-)，女，硕士研究生，研究方向为计算机在食品检测中的应用。E-mail：wjregen@yahoo.com.cn*通讯作者：孟超英(1958-)，女，教授，研究方向为计算机在食品检测中的应用。E-mail：mcy@cau.edu.cn

鸡蛋是人类重要的食品之一，营养丰富，方便易得。鸡蛋蛋白质的消化吸收率高达99.6%，生物价高达94%，是天然食物中生物价最高的蛋白质(牛奶85%、鱼83%、牛肉76%、猪肉76%、羊肉69%)。此外，蛋的高磷脂含量和维生素含量在其他任何食物中都不可多得，专家称之为“完全蛋白质模式”，被人们誉为“理想的营养库”[1]。

我国是世界上最重要的禽蛋生产和消费大国。自1985年起，我国的禽蛋产量超过美国，成为世界第一产蛋大国[2]。随着国际贸易的迅猛发展和人民生活水平

的提高，鲜蛋的规格化生产成为趋势。特别是2006年中国国家标准化管理委员会出台了我国首部鸡蛋标准，对鸡蛋各项品质指标都有了详细的分级规定，因此，提高鸡蛋品质检测手段迫在眉睫。随着图像处理技术和计算机硬件的发展，机器视觉技术越来越广泛的应用到农产品的品质检测中。在鸡蛋品质检测方面，机器视觉技术已经成功应用于大小、形状、裂纹和新鲜度检测上。作为视觉信息处理的基础，

图像处理技术发挥着重要的作用。计算机图像处理是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。目前，图像处理技术已经在许多领域中得到应用，并且取得了巨大成就。图像处理技术重要的分支技术有：图像变换、图像增强与复原、图像压缩编码、图像分割、图像分析、图像识别、图像隐藏等[3]。

通常在一个实用的图像处理系统中，几种图像处理技术要结合应用，才能达到理想的效果。鸡蛋品质检测系统中的图像处理技术主要包括图像平滑、边缘检测和图像分割。如何对图像作进一步处理，需要根据具体的研究对象，采用合适的图像处理方法来对特定的图像特征进行特征提取、分析、处理和识别。

1材料与方法1.1材料本实验采用.德青源牌粉壳鸡蛋，样品从北京超市购买，生产日期为2008年8月3日。1.2图像采集装置 2008, Vol. 29, No. 12食品科学※基础研究92

图像采集装置由采集室，JVC TK-C1430EC CCD摄像机，OKC30图像采集卡和计算机组成，如图1所示。采集室上部为暗室，下部为光室。暗室顶部放置CCD摄像头，与安装在计算机中的图像采集卡相连。光室下部安装一枚12V 35W冷反射定向照明卤钨灯，内室壁为白色圆柱形。暗室和光室用一隔板隔开。隔板上开一直径为2.5cm的小孔放置鸡蛋。隔板覆软膜，保证光线不会直射入暗室。图1 图像采集装置Fig.1 Image acquisition device摄像头照相馆待测鸡蛋光照室光源图像采集卡1.3图像处理方法本实验中的图像预处理主要包括图像平滑、边缘提取和图像分割三部分。2结果与分析2.1图像平滑任何一幅原始图像，在获取和传输的过程中，都会受到各种噪声的干扰，可能使图像恶化，质量下降，图像模糊，特征淹没，对下一部图像分析及特征提取产生不利影响。本系统中为了消除鸡蛋表面色斑、污点和其他随机噪声的干扰，需要采用适合的图像平滑方法。对于非线性噪声的清除，目前常用的方法有超限像素平滑法和中值滤波法[4]。超限像素平滑法将每一个像素f(x,y)与它八个相邻像素平均值g(x,y)进行比较，如果差别大于某些阈值级别，这个像素被判断为噪声，以它邻近像素的平均值来代替它。该点最后的灰度g(x,y)表达式如下：g (x,y)＝ g(x,y), f(x,y)－g(x,y) ＞T f(x,y)该法对抑制椒盐噪声和保护具有微小灰度差的细节比较有效，但随着邻域增大，图像模糊严重。中值滤波是由Tukey提出的一种非线性信号处理技术[5]。在中值滤波中，对于给定一个滑动窗口，这个窗口的中心像素被窗口中所有像素灰度的中值所代替，阵列[x(i,j)]M×N经窗口为An的中值滤波后，像素点(i,j)的输出公式如下：y(i,j)＝med[x(i,j)]式中，An(i,j)表示像素点(i,j)邻域，它含有n个像素点。中值滤波可以有效抑制图像噪声，提高图像信噪比，并且能较好的保护图像边界。根据实验需要，采用矢量中值滤波方法对彩色图像进行平滑处理。2.2边缘检测边缘检测是图像分割和图像特征提取的重要工具。常用的边缘检测算子可分两种类型：一种为一阶算子，如Roberts算子、Sobel算子和Prewitt算子。另一种为二阶算子，如Laplacian算子、LOG算子和Canny算子[6]。

本系统中，鸡蛋图像和背景的灰度有明显差别，理想条件下是阶梯性边缘，但是由于受到随机噪声和硬件性能的影响，不能确定最优的边缘检测方法。根据应用不同算子检测图像边缘的效果对比，发现在本系统条件下，Prewitt算子检测到的边缘比较准确，连续性比较好。因此选用Prewitt算子检测图像边缘。Prewitt算子是一种一阶微分算子[7]：

M＝√Sx＋Sy

式中，Sx和Sy可用卷积模板来实现，

1 1 1 1 1 1Sx＝ 0 0 0 Sy＝ 0 0 0

－1 －1 －1 －1 －1 －1

2.3图像分割在利用机器视觉技术进行农产品品质检测时，必须先进行图像分割，将检测对象的图像从背景中分离出来，以便提取农产品的品质信息。图像分割一方面，它是目标表达的基础，对对象的特征测量有重要的影响，另一方面，因为图像分割及其基于分割目标表达、特征提取和参数测量等将原始图像转化为更为紧凑的形式，使其高层的图像处理成为可能[8]。图像分割的方法

很多，如阈值法、特征空间聚类法、区域分割法等。其中，阈值法在农产品品质检测中运用最广。所谓阈值，是指区分目标物体与背景像素的门限，大于或等于阈值的像素属于物体，而其他像素属于背景。图像阈值化分割特别适用于目标和背景占据不同灰度级范围的图像，它不仅可以极大地压缩数据量，而且也大大简化了分析和处理步骤。原始图像，通过合适的方法选取阈值，将图像分割为两部分，分割后的图像为：

g(x,y)＝ 1 f(x, y)＞T 0 f(x, y)≤T本系统中，鸡蛋图像和黑色背景灰度相差很大，且各灰度基本均匀。通过分析直方图，选取阈值50~100做多次实验，选定全局阈值75做图像分割。

3结 论3.1为了消除鸡蛋表面色斑、污点和噪声影响，选用彩色图像矢量中值滤波的方法对图像进行平滑处理，得

22

An(i,j)'{

{