西红柿果实目标识别方法研究_基于模糊聚类算法

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1、2015年10月农机化研究第10期西红柿果实目标识别方法研究—基于模糊聚类算法122王富春，徐越，宋怀波(1．柳州职业技术学院机电工程系，广西柳州545006;2．西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌712100)摘要:为了准确识别成熟的西红柿目标，提出了一种模糊C－均值聚类算法(FuzzyClusteringMeans，FCM)的西红柿目标分割方法。该方法首先利用FCM算法对西红柿图像进行模糊聚类，并对聚类后的果实图像与丢失的部分目标图像进行相加，以得到更加完整的西红柿目标;然后对西红柿目标进行二值化、去

2、噪、开运算与闭运算等处理，完成西红柿目标的分割。为了验证算法的有效性，利用20幅图像进行了试验并与K－means算法和Otsu算法分割效果进行了对比。结果表明:利用文中算法所分割出的西红柿目标最高分割误差率均低于K－means算法和Otsu算法，平均分割错误率为16．55%，比K－means算法低了3．56%，比Otsu算法低了12．80%。这表明，将该方法应用于西红柿目标的识别是可行的。关键词:西红柿;FCM算法;图像分割;目标识别中图分类号:TP391．4;S641．2文献标识码:A文章编号:1003－188X

3、(2015)10－0024－05DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.10.005［6］也取得了一定的成果。李昕等利用了一种改进的0引言类圆随机Hough变化算法，并在算法中添加了边缘预在果蔬种植业中，采摘作业所用的劳动力占整个检测、快速定位圆心点等模块，成功将油茶果实从树［7］生产过程所用劳动力的33%～50%。因此，研究和开枝、树叶等外界遮挡中分离出来。熊俊涛等基于双发果蔬采摘智能机器人对于节省人工成本、降低果蔬边滤波的Ｒetinex图像增强算法凸显图像中的荔枝果损伤率、提高果农经济效益，

4、以及促进现代农业装备实与果梗，再利用Otsu自动阈值分割去除荔枝果实和朝着机械化、智能化方向发展均有重要意义［1－3］。果梗外的复杂背景，最后通过将双三次插值算法和传准确识别出成熟的果实是果实采摘机器人的首统的FCM算法融合，实现了不同光照下荔枝果实和果［8］梗的识别。陈科尹等针对模糊聚类分割方法在水要任务，也是成功实现自动化采摘作业的关键技术。果图像分割中的过分割现象和计算量大等问题，提出目前，国内外研究人员展开了大量研究工作。国外对［4］了一种基于多尺度视觉显著性改进的水果图像模糊于这方面的研究较早，Bulan

5、on等采用结合机器视［9］聚类的分割算法，提高了果实分割率。吕小莲等利觉系统和激光距离传感器的方式定位水果，采用机器用采摘西红柿图像中目标与背景的颜色差异建立了视觉系统识别苹果，用激光距离传感器来测量距离。一种采摘西红柿识别方法，对非遮挡的采摘西红柿具田间试验结果显示:末端执行器能够在7．1s的时间［10］有较高的识别效果。宋怀波等基于凸壳理论对重［5］内采摘单果，采摘成功率达到90%。Ｒakun等通过叠苹果目标进行分割，并重建算法实现对遮挡苹果目整合目标颜色、纹理及三维形状信息来识别水果，利标进行识别与定位。模糊

6、聚类算法已有了很多的应用多视几何方法来进行空间定位，较好地处理了光照用，但由于果实颜色饱和度的差异，部分果实目标会不均匀、部分遮挡及相似背景等问题。我国在农业机被聚类为其它目标。器人领域的研究虽然起步晚，但发展速度快，近年来本文以西红柿为研究对象，利用FCM算法对西红柿目标进行分割，对于在聚类过程中丢失的果实部收稿日期:2014－10－20分，采用超红图像进行处理分割出丢失的果实，与聚基金项目:国家“863计划”项目(2013AA10230402);陕西省自然科学基金项目(2014JQ3094);西北农林科技大学本

7、科生优质类得到的果实图像进行相加，以期得到较为完整的分课程建设项目(2012)割结果。作者简介:王富春(1979－)，男，广西玉林人，讲师，硕士，(E－1西红柿目标识别mail)luotuo2761@sohu．com。1．1FCM算法原理通讯作者:宋怀波(1980－)，男，山东济宁人，副教授，硕士生导师，［11］［12］(E－mail)songyangfeifei@163．com。FCM算法由Dunn提出，Bezdek等对其进·24·2015年10月农机化研究第10期行了完善。其用于图像分割的基本思想是使用隶属围为

8、1．1～5。通过试验，选定对西红柿目标分割效果度来确定每个数据点属于某个聚类的程度，对目标函较好的m值为4。［13］数进行迭代最小化，以确定其最佳类别。其中，目采用上述选定的参数对西红柿目标进行分割得标函数的定义为到的分割结果如图1所示。图1(a)为西红柿原始图cn像，图1(b)、1(c)、1(d)分别是采用FCM算法分割出m2J(U，V)=∑∑(uik)‖