大米色選2010.01.10

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1、基于彩色線陣CCD大米色選算法實驗研究碩士研究生：胡明明指導教師：溫強副教授學科專業(yè)：光學工程答辯日期：2007.06.19一、緒論二、大米圖像數(shù)據(jù)采集三、圖像數(shù)據(jù)的特征分析及預處理四、K-均值聚類分析在色選中的應用五、基于聚類分析的色選算法的效果評估六、結論論文概要：一、緒論1.1研究課題的背景色選機（即顏色分選機）利用農副產品的光學特性和光電檢測原理，通過分析檢測到的物體外表顏色信息，將產品中的雜質去除或將產品分類。用色選機取代人工手選，排除人為因素的干擾，既提高了生產效率，又降低了生產費用。無論從經濟學角度或從生態(tài)學角度考慮，色選機的應用都是極為有利和有效的。隨著我國國民經濟的

2、發(fā)展，人民生活水平日益提高，高質量、高標準、精良且安全的食品成為人們生活的首選，人們對優(yōu)質大米的需求大大增加。但由于碾米工業(yè)生產技術落后等諸多原因，我國優(yōu)質大米的產量不高。國外的顏色檢測研究起步較早，各種顏色檢測儀器應用廣泛，其中典型的應用之一就是顏色分選機。主要用于農業(yè)綜合企業(yè)、農產品出口、食品加工業(yè)及出口，其次還有化學品及礦產品企業(yè)。（現(xiàn)在主要從事生產色選機的企業(yè)有日本的佐竹公司、安西制作所，瑞士的布勒公司，以及英國和美國的一些糧食加工設備公司）。在世界范圍內，日本佐竹公司和瑞士布勒公司的產品代表了農產品加工機械的先進水平，其產品遍布亞洲、歐洲、美洲、大洋洲及非洲等。日本佐竹株式會

3、社其機械產品廣泛運用光電、傳感、信息等先進技術，服務于大米的種植、收割和加工等各個生產階段，自動化程度很高。1.2國內外色選機研究狀況國內對大米色選機的研究起步較晚，還處在開發(fā)階段。(1)20世紀80年代，國內部分碾米廠開始使用色選機。(2)90年代以來，人們逐漸認識到大米色選背后的巨大經濟價值，完全依賴進口設備是不行的，需要擁有自己的知識產權。(3)因此國內也開始研制色選機，現(xiàn)已有數(shù)家色選機制造廠，其產品被很多精米加工廠所選用?，F(xiàn)有的國產大米色選機存在光源不穩(wěn)定、一次去除率不高等問題，且光電檢測元件一般都為硅光電池，其檢測精度相對國外產品而言要低。同時國內研發(fā)的大米色選機選別效率較低

4、，其生產效率很難與國外產品相抗衡。進入21世紀以來，不少科研單位開始利用黑白或彩色CCD研發(fā)大米色選機，已有部分產品投入市場。雖然目前國內自主生產機械在新技術的開發(fā)方面與國外設備以及外資合資企業(yè)生產的設備相比仍存在差距，但正逐步縮小。（像安科生產的SS-B_MC系列CCD雜糧色選機就已經投入市場，而且其各方面的性能在同類產品中都毫不遜色）。1.3色選方法概述色選就其本質而言可以說是模式識別的問題。模式識別是指用計算機的方法來實現(xiàn)人的識別能力，更具體的說是用計算機實現(xiàn)人對多種事物或對象的分析、描述、判別和識別。從數(shù)理方法上講，目前模式識別已形成三大類：統(tǒng)計識別方法、結構識別法和模糊集（神

5、經網絡）識別法。統(tǒng)計模式識別方法是受數(shù)學中的決策理論的啟發(fā)而產生的一種識別方法，它一般假定被識別的對象是符合一定分布規(guī)律的隨機變量。其基本思想是將特征提取階段得到的特征向量定義在一個特征空間中，這個空間包含了所有的特征向量，不同的特征向量（不同類別的對象）對應于空間中的一點。在分類階段，則利用統(tǒng)計決策的原理對特征空間進行劃分，從而達到識別不同特征的對象的目的。統(tǒng)計模式識別中個應用的統(tǒng)計決策分類理論相對比較成熟，研究的重點是特征提取。文獻資料顯示，基于人工神經網絡模式識別方法，統(tǒng)計識別方法都已開始應用于研發(fā)色選設備。本文提出的k-均值聚類分析色選方法就屬于統(tǒng)計識別方法的范疇。（目前文獻中

6、尚未見此方法應用到色選算法中）1.4課題研究的意義作為一個農業(yè)大國，生產高質量的農副產品，提高農副產品的競爭力將在很大程度上影響著國民經濟的發(fā)展。（我國對顏色分選儀器的研究起步較晚，核心技術還并不成熟，主要依靠國外進口，或國外公司在我國投資建廠，而且進口費用極其昂貴，很大程度制約了我國農業(yè)及糧食加工業(yè)的發(fā)展。）對于糧食加工企業(yè)來說，提高產品質量、走精品路線、創(chuàng)立自己的品牌也是在國際化競爭中能夠避免被淘汰的必由之路。無論是從滿足消費者需要，還是從企業(yè)長遠發(fā)展的角度看，目前國內的大米生產廠家都會添置色選機來進一步提高產品質量。因此，研制適合我國國情和農業(yè)發(fā)展的高技術水平顏色分選儀器將帶來十

7、分可觀的經濟效益。二、大米圖像數(shù)據(jù)采集2.1線陣CCD圖像數(shù)據(jù)采集實驗裝置根據(jù)大米色選機的色選過程，利用現(xiàn)有的彩色線陣CCD數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)搭建了一個圖像采集的實驗裝置。如下圖所示：該實驗裝置由：光源、背景板、彩色線陣CCD數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及固定支架輔助裝置組成。1、光源：采用寬譜、高頻率熒光燈管作為光源。這借鑒了大米色選機的光源設計。2、背景：通過不斷的實驗驗證，為了得到較高的對比度，而采用白色作為背景。具體制作的背景板是將大紙箱一個切去一個平面，然