بخشی از مقاله
چکیده
ایران بزرگترین تولیدکننده انار در جهان است. یکی از مشکلات پیش از برداشت انار آفتاب سوختگی است که در اثر تقابل دما و نور شدید رخ می دهد. این عارضه موجب کاهش کیفیت و ارزش اقتصادی محصول می گردد که نیازمند جداسازی آن از میوههای سالم است. لذا در این پژوهش درجه بندی انار با استفاده از روش پردازش تصویر مد نظر قرار گرفته است. بر این اساس تصاویر 140 نمونه انار آفتاب سوخته و سالم، رقم ملس، با استفاده از یک اتاقک تصویربرداری تهیه گردید. الگوریتمی در نرم افزار متلب 2010 برای پردازش تصاویر کدنویسی گردید. توسط این الگوریتم مراحل پیش پردازش و استخراج ویژگی انجام شد.
در نرم افزار متلب 2010 یک الگوریتم طبقهبند به روش شبکه عصبی مصنوعی برای طبقهبندی ویژگیهای استخراجشده طراحی گردید. در کل تعداد 267 ویژگی از فضاهای مختلف رنگی استخراج گردید که از بین آنها میانگین کانال قرمز، میانه کانال قرمز، مد کانال قرمز، میانگین کانال a*، میانه کانال a*، مد کانال a*، میانگین کانال b*، میانگین کانال cg، و سهم مساحت سیاهه به عنوان ویژگیهای کارا برای طبقهبندی انار های سالم و آفتاب سوخته تشخیص داده شد. دقت تشخیص انارهای آفتابسوخته از انواع سالم توسط الگوریتم %100 بدست آمد. در نهایت یک سامانه برای تشخیص انار سالم از آفتابسوخته بر اساس دو الگوریتم پردازش تصویر و شبکه عصبی مصنوعی طراحی و ساخته شد. نتایج این تحقیق برای جداسازی مکانیزه میوههای انار آفتابسوخته از سالم قابل استفاده میباشد.
کلمات کلیدی: آفتابسوختگی، انار، شبکه عصبی مصنوعی، طبقهبندی، ماشین بینایی.
مقدمه:
انار، Punica granatum، یکی از قدیمیترین میوههایی است که در ایران کشت میشود. این گیاه بومی مناطق مرکزی آسیا از ایران تا هیمالیا است . - Jackson and Looney, 1999 - ایران رتبه اول تولید انار را در جهان دارد که تولید کل آن در سال زراعی 93-92 میزان 990 هزار تن بوده است. متوسط میزان عملکرد انار آبی در کشور 14/5 تن در هکتار و از آن انار دیم 7/4 تن در هکتار بوده است - آمارنامه کشاورزی . - 1395 بیشتر مناطق انار کاری ایران در مناطق گرم و خشک استانهای فارس، مرکزی، اصفهان و یزد قرار دارند که آفتابسوختگی تابستانه در این مناطق یک پدیده شایع است.آفتاب سوختگی از نابسامانیهای پیش از برداشت است که موجب کاهش کیفیت و ارزش اقتصادی محصول میگردد - ناصری، . - 1380
آفتابسوختگی در اثر تقابل دما و نور شدید رخ میدهد . - Schrader et al., 2009 - گرمای زیاد و اشعه خورشید به ویژه اشعه فرابنفش سبب ایجاد آفتابسوختگی و تغییر رنگ پوست میوه به زرد یا برنزه میشود . - Glenn et al ., 2009 - آفتابسوختگی معمولاً در سالهای اول باردهی، به دلیل پوشش برگی پایین، در قسمت جنوب غربی درخت بیشتر اتفاق میافتد . - Gindab and Wand, 2007 - تغییر رنگ یا سوختگی سطحی میوه از آسیب های اولیه آفتاب سوختگی است که در مرحله شدیدتر تغییر رنگ پوست از قهوهای به سیاه و کاهش محتوای آب و خشکی دانهها را در پی دارد . - Yazici and Kaynak, 2009 - در مواردی آفتابسوختگی باعث از بین رفتن بیش از 40 تا 50 درصد از کل محصول شده است - شاکری و همکاران، . - 1385
همچنین ارزش اقتصادی میوههای انار آفتاب سوخته بسیار پایینتر از انار سالم است. لذا نیاز است این نوع میوهها از میوههای سالم جدا شده و سپس وارد بازار شده و یا برای صادرات آماده و بستهبندی شوند.در دهه های گذشته یکی از موضوعات مورد علاقه محققان بررسی کیفیت میوهها بوده است. در سالهای گذشته درجهبندی کیفی محصولات کشاورزی توسط کارگران به صورت دستی صورت گرفته است ولی هزینه زیاد کارگری، خستگی، بازده پایین و متفاوت بودن سطح تشخیص کارگران به علت تأثیرپذیری از شرایط محیطی، لزوم استفاده از روش های نوین را به سبب شده است.
در حال حاضر روش های غیرمخرب مرسوم بوده و بخش عمدهای از کار سامانه کنترل خودکار کیفیت در فراوری و جداسازی به عهده سامانههای ماشین بینایی می باشد. ماشین بینایی علاوه بر توانایی بررسی ویژگیهای ظاهری مانند رنگ، اندازه، آسیبهای سطحی را دارد، در صورت به کارگیری در طول موج های مختلف می تواند عامل هایی همچون آسیب های زیرپوستی و حتی برخی از ویژگیهای شیمیایی میوه را به سامانه پردازشی انتقال دهد - صدیقی انارکی و همکاران، 1383؛ سلاجقه و شاه بیک، . - 1379 این روش به دلیل ویژگیهایی مانند قیمت پایین، سرعت بالا، غیرمخرب بودن و عدم تاثیر پذیری از شرایط محل کار مورد توجه محققین و همچنین بخش صنعت و کشاورزی قرار گرفته است.
جارالمسجد و همکاران - 1387 - یک سامانه جداسازی سیب زمینی با استفاده از ماشین بینایی را که یک کاربر غیرمتخصص نیز بتواند از آن استفاده کند طراحی کردند. آزمایش ها بر روی 50 نمونه سیبزمینی انجام گرفت و با رعایت اصول یادشده سامانه %98 سیبزمینیها را به درستی جدا کرد در این آزمایش از روش میکروکنترلر استفاده شد. یک ماشین خودکار برای درجهبندی و بستهبندی دانه انار طراحی وساتته شده است. محققین دانه انار بعد را از جدا شدن بر اساس رنگ به چهار طبقه دستهبندی نمودند . - Blasco et al., 2009 - نتایج تحقیق آن ها نشان از%90 موفقیت بود. دهکردی و همکاران - 1390 - از سامانه ماشین بینایی برای درجهبندی سیب بر اساس رنگ استفاده نمودند.
بدین منظور آنها ویژگی های 95 تصویر را استخراج کرده و با استفاده از شبکه عصبی با دقت %96 درجهبندی سیب را با موفقیت انجام دادند. خزائی و همکاران - 1394 - با استفاده از روش پردازشتصویر و شبکه عصبی مصنوعی سیبزمینی را از کلوخه و سنگ با دقت % 100 تشخیص دادند. خیرعلیپور و پرماه - 1394 - مطالعهای جهت درجهبندی خیار بر اساس شکل با استفاده از روش پردازش تصویر انجام دادند. آنها با استفاده از روش طبقهبندی تحلیل تفکیک درجه دوم توانستند با دقت 93/1 درصد تصاویر نمونههای خیار با شکل مطلوب را از نامطلوب تشخیص دهند.
از روش پردازش تصویر برای درجهبندی میوه خرمالو بر اساس پردازش تصویر و روش تحلیل تفکیک درجه دوم استفاده شده است و محققین به دقت طبقهبندی % 90/24 دست یافتند . - Mohammadi et al., 2015 - با توجه به فقدان روشهای نوین و عدم وجود فناوریهای پیشرفته در بخش درجهبندی مکانیزه برای جداسازی میوههای انار آفتاب سوخته از سالم، در این پژوهش به طراحی الگوریتمهایی برای تشخیص میوههای انار سالم و آفتابسوخته با استفاده از روشهای پردازش تصویر و شبکه عصبی مصنوعی پرداخته شده است.
مواد و روشها
اکتساب تصویر
این پژوهش در آبان ماه 1393 در گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشگاه ایلام، انجام گرفت. تعداد 140 نمونه میوه انار از رقم ملس تهیه گردید. نمونهها به صورت دستی تمیز داده شد که شامل تعداد 68 نمونه انار سالم و 72 نمونه انار آفتابسوخته بود. تصاویر نمونهها در آزمایشگاه پردازش تصویر اکتساب گردید - شکل . - 1 سامانه تصویربرداری موجود در آزمایشگاه پردازش تصویر دانشگاه ایلام دارای یک رایانه، یک اتاقک تصویربرداری و یک کارت تصویر میباشد.جهت گرفتن تصاویر با کیفیت بالا از زمینه سفید با کاغذ کالک استفاده شد. نمونههای مورد نظر به طور جداگانه در اتاقک تصویربرداری قرارگرفته و در ابتدا فاصله لنز دوربین از نمونهها به طور ثابت برای تمامی نمونهها 20 سانتیمتر تعیین و منابع نوری موجود روشن شد. بعد از تنظیم دوربین برای تصویربرداری، درب جعبه بسته شد و بعد از اکتساب تصویر از نمونهها فایل آن با فرمت jpg در رایانه ذخیره گردید.
پردازش تصویر
برنامه ای در نرمافزار متلب 2010 جهت پردازش تصاویر اکتساب شده از نمونههای مورد نظر کد نویسی شد. در ابتدا تصویر اکتساب شده توسط نرمافزار خوانده، سپس مرحله پیشپردازش و پس از آن استخراج ویژگی صورت گرفت.
