基于計(jì)算機(jī)視覺和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的煙葉品質(zhì)智能識別

摘要：在對煙葉品質(zhì)進(jìn)行圖像處理過程中，借助MATLAB圖像處理工具箱和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對各種類型的煙葉的數(shù)字圖像進(jìn)行計(jì)算機(jī)視覺分析，包括邊緣檢測、輪廓提取、用圖像工具箱抽取煙葉數(shù)字圖像特征，將待測煙葉樣本與標(biāo)準(zhǔn)煙葉樣本進(jìn)行自適應(yīng)學(xué)習(xí)訓(xùn)練，最后迭到自動識別待測煙葉樣本的品質(zhì)的智能評定，由此推進(jìn)煙葉生產(chǎn)過程的技術(shù)創(chuàng)新。

1引言

煙葉是煙草工業(yè)的基礎(chǔ)原料，代寫論文 對煙草工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和煙草行業(yè)經(jīng)營效益具有舉足輕重的作用。對煙葉生產(chǎn)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)包括煙葉品質(zhì)的智能識別進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，提高品質(zhì)和效率，是一個(gè)前沿研究方向[1][5]。

當(dāng)前這一方面的研究，主要集中在數(shù)字圖像處理方面，把煙葉品質(zhì)的數(shù)字圖像處理與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)煙葉品質(zhì)的智能識別，是一個(gè)極有價(jià)值的工作。以下在此方面作出一個(gè)系統(tǒng)的、較為完備的、易于實(shí)際操作的研究。

2主要技術(shù)手段

2．1 MAⅡAB圖像處理工具箱

在MATLAB平臺上，借助圖像處理工具箱，可以簡易明快地實(shí)現(xiàn)對煙葉數(shù)字圖像的圖像處理。在煙葉生產(chǎn)一線，用數(shù)碼照相機(jī)對各種煙葉樣本進(jìn)行拍照，輸入計(jì)算機(jī)，用MAT_LAB將它轉(zhuǎn)換為各(．bmp；．jpeg；．gif；．png；．t 圖片以便進(jìn)行圖像處理。成本低，精確度高，宜于普及推廣。獲取各種類型的煙葉數(shù)字圖像以后，經(jīng)閾值使用權(quán)圖像二值化，可以當(dāng)即辨識出這一圖像是否具有何種類型的病蟲害或品質(zhì)異變。利用煙葉數(shù)字圖像的邊緣檢測、輪廓提取等分析命令，獲得待測煙葉的圖像參數(shù)和特征，再由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，完成對煙葉品質(zhì)的智能識別。

2．2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)新的智能識別工具。代寫畢業(yè)論文 經(jīng)過訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠存儲與過程有關(guān)的信息，能直接從歷史數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，經(jīng)過用各種煙葉樣本訓(xùn)練和學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能自動地識別出待測煙葉樣本的品質(zhì)類型。而且，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有濾除噪聲及在有噪聲情況下得出正確結(jié)論的能力。這一點(diǎn)對于煙葉生產(chǎn)實(shí)際中大量存在各種噪聲信息的情況而言，特別重要。它特別適合在線識別。

3應(yīng)用MATLAB圖像處理工具箱和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對煙葉品質(zhì)智能識別的操作過程

3．1煙葉圖片樣本庫的建立

用數(shù)碼相機(jī)或其它數(shù)字圖像采集工具，采集各種類型的煙葉的標(biāo)準(zhǔn)圖片，分類歸檔，借助MATLAB圖像變換功能，將各種類型的煙葉的標(biāo)準(zhǔn)圖片，轉(zhuǎn)換成各種圖片形式：．bmp；．jpeg；．sir；．png；．tif等，以便隨時(shí)調(diào)用。這些煙葉圖片，有不同品質(zhì)的樣本；還有各種病蟲害標(biāo)本和變異標(biāo)本。

3．2用直方圖均衡來實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)

當(dāng)從生產(chǎn)一線采集的煙葉待測樣本的圖像對比度較低，代寫碩士論文 即灰度直方圖分布區(qū)間較窄時(shí)，可用直方圖均衡實(shí)現(xiàn)灰度分布區(qū)間展寬而達(dá)到圖像增強(qiáng)的效果。

3．3煙葉圖像的邊緣檢測和特征提取

煙葉圖像的基本特征之一是圖像邊緣。圖像邊緣是圖像周圍像素灰度有階躍性變化或屋頂變化的像素的集合。煙葉的邊緣是由灰度的不連續(xù)性所致，因此考察圖像每個(gè)像素在某個(gè)鄰域內(nèi)灰度的變化，利用邊緣鄰近一階或二階方向?qū)?shù)變化規(guī)律可以檢測煙葉圖像邊緣。圖像特征反映煙葉的幾何結(jié)構(gòu)，如面積、周長、分形分維數(shù)、孔洞數(shù)、歐拉數(shù)等等。圖像特征的選擇是圖像識別的重要環(huán)節(jié)。運(yùn)用二叉分類法在找出判別特征后，對不同的圖像特征由分類閾值按二分的方法進(jìn)行分類；運(yùn)用相似距離分類方法把待判圖像與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖像相比，標(biāo)準(zhǔn)圖像用樣本圖像特征向量的均值來表示。通過計(jì)算待判圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像之問的在相空間中的距離來判別圖像和進(jìn)行分類。這一過程還為用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對煙葉品質(zhì)進(jìn)行智能識別作出必要的準(zhǔn)備。

3．4數(shù)字圖像矩陣數(shù)據(jù)的顯示及其傅立葉

變換這一變換的目的是為提取特征、進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別等作出必要的準(zhǔn)備。

這是使煙葉圖像性質(zhì)更為優(yōu)良而采取的一個(gè)技術(shù)操作，源代碼如下：

I=imread (yangshuo．tif#39;)；imshow (I)；

figure，imhist(I)；

[J，T]=histeq (I，64)；

％圖像灰度擴(kuò)展到0-255，但是只有64個(gè)灰度級

figure，imshow (J)；

figure，imhist(J)；

figure，Dlot((0：255)／255，T)；％轉(zhuǎn)移函數(shù)的變換曲線

J=histeq (I，32)；

figure，imshow 0)；

％圖像灰度擴(kuò)展到0～255，但是只有32個(gè)灰度級

figure，imhist(J)；

3．6采用二維中值濾波函數(shù)對受椒鹽噪聲干擾的圖像濾波

MATLA圖像處理工具箱具有強(qiáng)大的功能，能夠?qū)υ肼暩蓴_的煙葉圖片進(jìn)行消噪處理，模擬源代碼如下：

I=imread (eight．tif#39;)；

imshow (I)；

J2=imnoise (I，saltpepper ，0．04)；

％疊加密度為0．04 的椒鹽噪聲

figure，imshow 02)；

I_Filterl=medfdt2 （J2，[3 ，3])；

％窗口大小為3x3

figure．imshow (I Fiher1)；

I_Filter 2=medfdt2 （J2，[5， 5])；

％窗口大小為5x5

figure，imshow (I_Filter2)；

I_Filter3=medf#39;dt2 （J2，[7， 7])；

％窗口大小為7x7

figure，imshow (I_Filter3)；

3．7用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對煙葉圖像進(jìn)行智能識別

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種自適應(yīng)的模式識別技術(shù)，并不需要預(yù)選給定有關(guān)模式的經(jīng)驗(yàn)知識和判別函數(shù)，它能通過自身的學(xué)習(xí)機(jī)制自動形成所要求的決策區(qū)域。網(wǎng)絡(luò)的我由其拓樸結(jié)構(gòu)、神經(jīng)元特性、學(xué)習(xí)和訓(xùn)練規(guī)則所決定，它可以充分利用狀態(tài)信息，對不同狀態(tài)一一進(jìn)行訓(xùn)練而獲得某種映射關(guān)系，并且，網(wǎng)絡(luò)可以連續(xù)學(xué)習(xí)，即使環(huán)境變異，這咱映射關(guān)系可以自適應(yīng)調(diào)整。在上面各節(jié)獲取煙葉圖像特征基礎(chǔ)之上，可以用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行圖像模式識別。例如，基于概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PNN的煙葉品質(zhì)智能識別，它的主要優(yōu)點(diǎn)是：快速訓(xùn)練，訓(xùn)練時(shí)問僅略大于讀取數(shù)據(jù)時(shí)間；無論分類多么復(fù)雜，只要有足夠的訓(xùn)練數(shù)據(jù)(而這是煙葉生產(chǎn)一線可以做到的)，就可以保證獲得貝斯葉準(zhǔn)則下的最優(yōu)解，允許增加或減少訓(xùn)練數(shù)據(jù)而無需重新進(jìn)行長時(shí)間訓(xùn)練。這一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對于煙葉品質(zhì)的圖像識別，具有重要意義。

4結(jié)論

基于計(jì)算機(jī)視覺和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的煙葉品質(zhì)識別的數(shù)字圖像處理方法，代寫醫(yī)學(xué)論文 是煙葉生產(chǎn)環(huán)節(jié)的一種技術(shù)創(chuàng)新，它可以在煙葉生產(chǎn)一線普及推廣，簡便易行，能夠較大地提高煙葉品質(zhì)檢測的效率和質(zhì)量，以及自動化程度和智能化水平。

參考文獻(xiàn)

[1]于潤偉．基于圖像處理的稻米堊白自動檢測研究[J]．中國糧油學(xué)報(bào)，2007，1：122—124．

[2]章毓晉-圖像處理和分析[M]．北京：清華大學(xué)出版社，1999．

[3]崔屹．圖像處理與分析——數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法及其應(yīng)用[M]．北京：科學(xué)出版社，2000．

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