بخشی از مقاله
چکیده
محاسبه سطح خارجی محصولات کشاورزی اهمیت زیادی در مراحل پس از برداشت و فرآوری آنها دارد . سطح خارجی میوه ها یکی ویژگی مهم در مطالعه خواص بیوفیزیکی محصولات کشاورزی است . همچنین محاسبه این ویژگی در علومی از قبیل فیزیولوژی رشد، مطالعات حشره شناختی و بیماری شناختی گیاهی نیز مؤثر است . با این حال، اندازه گیری مستقیم این ویژگی مشکل، غیر دقیق و تخریبی است .
هدف این تحقیق ارائه روشی بر مبنای تکنیک پردازش تصویر برای محاسبه غیر تخریبی سطح خارجی میوه های کشیده و استوانه ای شکل - به طور موردی کدو سبز یا کدوی تابستانیٌ - است .در این آزمایش، برای ارزیابی دقت مدل تعداد 40 نمونه کدو بطور جداگانه بررسی گردید .
نمونه های مورد آزمایش دارای شکل منظم و استوانه ای بوده و حجم آنها حول محور مستقیمی،تقریباً یکنواخت پخش شده بود . همچنین برای مقدار سنجی دقت کار، مقدار مساحت پوست کدو ها نیز توسط پردازش تصویر بعد از پوست کنی، توسط اسکنر و همان شرایط و الگوریتم پردازش تصویر بدست آمد .
نتایج نشان داد که روش ارائه شده در این تحقیق دارای دقت و سرعت مناسب در تخمین مساحت خارجی محصولات استوانه ای شکل می باشد . نتایج نشان داد که دقت مدل ارائه شده در این آزمای ش «%97/44» می باشد . همچنین کل زمان مورد نیاز برای تخمین مساحت هر محصول - گرداندن محصول و پردازش تصویر - حدود 5 ثانیه می باشد.
مقدمه
تعیین دقیق و سریع مساحت و حجم محصولات کشاورزی در بهینه سازی شرایط انبار داری، بسته بندی، حمل و نقل، تعیین جذب و دفع آب و گرما، حرکت آفت کش ها و مواد غذایی به خارج و داخل و تنفس آنها اهمیت زیادی دارند
تعیین مساحت سطح در پیشبینی صحیح از نرخ خشک کردن و در نتیجه تعیین زمان خشک کردن در خشک کن ها نیز سودمند است ]سلطانی و همکاران، .[2011 تعیین مساحت سطح در فن آوری غذایی برای پیشبینی مقدار مواد شیمیایی بکار برده شده،برآورد زمان پوست کنی،و تعیین غلظت میکروبی موجود در تولید استفاده می شود
همچنین تعیین مساحت سطح میوه ها و محصولات کشاورزی برای بررسی کیفی عیوبی که توسط حشرات و میکروارگانیسم ها ایجاد شده است، لازم میباشد. از طرفی مساحت سطح میوه در مراحل مختلف رشد یکی از پارامتر های مهم تعیین ارتباط سطح میوه و دوران رشد آن است
بووی و همکاران ٌ، .[2002 با استفاده از این ویژگی، میزان تخریب پوست میوه ها توسط حشرات یا میکرو ارگانیسم ها کیفیت سنجی می شود . امروزه تعیین مساحت سطح میوه ها به صورت دقیق، مشکل و تخریبی است . روش های مختلف برای محاسبه مساحت سطح میوه ها از جمله روش پلانیمتری، وزنی و هندسی وجود دارد تا ارتباط بین ا ین مقدار با طول، عرض - قطر - یا وزن - جرم - میوه بدست آید.
ماریلن و همکاران در سال 2002 با استفاده از روابط الومتری ٍ مساحت سطح میوه هلو را تخمین زدند .آنها برای تعیین مساحت از تصاویر دیجیتالی استفاده کرده و نتایج آنالیز را با روش وزنی مقایسه نمودند . دقت کار آنها حدود %98 بدست آمد.
خجسته نژند و همکاران در سال 2009، توسط پردازش تصویر مساحت سطح پرتقال را با مقدار واقعی آن مقایسه
کردند. تصویر بعد از جداسازی از پس زمینه، به چند تصویر از مخروط های ناقص بیضی شکل تقسیم می شد .
سطح را به روش تقسیم بندی محاسبه کردند . مقادیر بدست آمده را با روش نواری مقایسه کردند . اختلاف آماری داده های بدست آمده با داده های واقعی در سطح %5 معنی دار نبود . آنها یک مدل رگرسیون خطی با ضریب همبستگی %93 ارائه کردند .
در هیچکدام از روش های بکار برده شده، بطور مستقیم مقدار مساحت خارجی سطح میوه اندازه گیری نمی شود و بیشتر این روش ها مدل هایی را بین مساحت خارجی محصول و وزن یا مساحت دو بعدی محصول برقرار می کنند . هدف این تحقیق ارائه روشی سریع، آسان و غیر تخریبی برای محاسبه سطح خارجی میوه ها و سبزیجات استوانه ای شکل با استفاده از اسکنر معمولی و استفاده از تکنیک پردازش تصویر است.
مواد و روشها
سیستم تصویر برداری از یک اسکنر معمولی و نرم افزار تعبیه شده در سیستم عامل ویندوز تشکیل شده است . محصول با سرعت برابر با لامپ اسکنر بر روی صفحه شیشه ای اسکنر غلتانده شد تا تصویر کل سطح خارجی کدو بدست آید. در هنگام آزمایش، برای افزایش دقت و به منظور پرهیز از تکرار مساحت کدو در هنگام غلتاندن بر روی اسکنر، روی سطح خارجی کدو به صورت طولی خط مستقیم سیاه رنگی رسم گردید تا محاسبات فقط برای یک دور کدو ها انجام شود
همچنین برای جلوگیری از حرکت سریع تر یا کند تر میوه، سرعت حرکت میوه با لامپ اسکنر تقریباً مساوی بود . در این آزمایش ابتدا مساحت خارجی کدو طبق روش فوق اندازه گیری شد و سپس به منظور اندازه گیری واقعی مساحت کدو، پوست کدو کنده شد و روی صفحه اسکنر قرار گرفت
دسته اول تصاویر با دقت تصویر «160dpi» و اندازه «1275 × 1753» پیکسل تهیه گردید . دسته دوم تصاویر بعد از پوست کندن کدو ها توسط سیستم تصویر برداری مذکور با شرایط قبلی تهیه شدن د. تکه های پوست کدو طوری روی صفحه اسکنر چیده شده بودند که با هم همپوشانی نداشته باشند . برای ارزیابی دقت مدل ارائه شده تعداد 40 نمونه کدوی رسیده استفاده گردید . محدوده خارج از دو خط سیاه تصویر برداری شده - که نشان دهنده تکرار مساحت کدوی غلتانده شده است - حذف و به رنگ زمینه در آمد.
الف - ب - شکل -1 الف - تصویر کلی کدو غلتانده شده - نشاند دهنده دو دور غلتش - ب - تصویر یک دور چرخش کدو
برای پردازش تصاویر، الگوریتمی با «Visual Basic 2008» پیاده شد. عملیات صورت گرفته بر روی تصاویر در دو مرحله انجام شد :
-1 پیش پردازش تصاویر: توسط دستور «Contrast Stretch» در برنامه - عملکرد این دستور به الگوریتم «Normalization» معروف است - وضوح تصویر توسط »کششٌ« دامنه مقادیر شدتی بهتر میشود. نتیجه کار تصویری با کنتراست بیشتر است .
-2 پردازش تصویر : در ابتدا توسط دستور «Extract» از تصاویر «RGB» تهیه شده از کدو ها مؤلفه های آبی و سبز استخراج شد . حاصل تصویر خاکستری از کانال های رنگی تصاویر بود. سپس دو تصویر حاصل از کانال های سبز و آبی را انتخاب کرده و تصویری جدید که هر پیکسل آن برابر است با تفاوت مقادیر پیکسل های هم مختصه هر دو تصویر ورودی بدست می آید. پیکسل های خروجی توسط رابطه زیر ایجاد می شوند
در مرحله بعد به منظور حذف زائده های ریز در مرحله آستانه گیری باید تصویر مات گردد . با یک آستانه گیری با استفاده از مقدار معین آستانه، تصویر باینری می شود . مقادیر مختلف آستانه را انتخاب کرده و آزمایش را تا زمانی که نتیجه بدست آمده طبق نتایج مشاهدات مناسب باشد تکرار شد تا مقدار آستانه 32 حاصل شد .
با دستور «Close»که یک دستور مورفولوژیکی است، یک »گسترشٍ« به همراه »فرسایشَ« بر روی تصویر اعمال می شود. با به کار بردن این دستور روی تصاویر باینری اشیای نزدیک به هم متصل و یا پر می شوند . عملگر بستن موجب هموار شدن بخش هایی از محیط ناحیه می شوداین. عملگر عموماً شکستگی های کوچک را به هم مرتبط، فواصل باریک طولانی و حفره های کوچکتر را پر می کند
این دستور برای پر کر دن نقاط ریز درون سطح کدو که با زائده هایی مثل لک های تیره یا خاک و گل پوشانده شده اند و احیاناٌ رفع نشده اند روی تصاویر اعمال شد . در پایان اشیای درون تصویر باینری شده استخراج و مشخصات شی، از جمله مساحت پیکسلی و مساحت کالیبره شده در واحد سانتی متر مربع محاس به شد. در مرحله دوم نیز، تصاویر حاصل از اسکن پوست کدوها، با همان الگوریتم قبلی مورد پردازش قرار گرفت و مجموع مساحت تکه های جدا شده پوست هر کدو محاسبه شد.
