[发明专利]一种玉米果穗表面缺陷检测方法及装置

权利要求书

1.一种玉米果穗表面缺陷检测方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1：采集玉米果穗外观信息；

步骤2：生成玉米果穗展开图像；

步骤3：玉米果穗展开图像的数据扩增，得到更多展开图像数据；

步骤4：玉米果穗分类数据平衡；

步骤5：建立玉米果穗缺陷检测架构；

步骤6：将训练样本输入建立的检测架构生成玉米果穗缺陷检测模型。

2.根据权利要求1所述的一种玉米果穗表面缺陷检测方法，其特征是：实现所述步骤1的采集玉米果穗外观信息的方法为：

使用玉米果穗表面缺陷检测装置，该装置包括暗箱、旋转装置、顶针、照明装置、图像采集装置和控制装置，旋转装置、顶针、照明装置和图像采集装置设置在采集暗箱中，控制装置对旋转装置、照明装置和图像采集装置进行控制；

采集玉米果穗外观信息时，玉米果穗竖立摆放，其尾部固定在顶针上，顶针与旋转装置相连，控制装置控制旋转装置与图像采集装置同步触发，玉米果穗开始旋转时图像采集装置对玉米果穗外观信息进行视频信息采集，当玉米果穗旋转一周并回到初始位置时，玉米果穗停止旋转，图像采集装置停止采集，获得玉米果穗旋转一周的完整视频，实现玉米果穗外观信息的采集。

3.根据权利要求1所述的一种玉米果穗表面缺陷检测方法，其特征是：实现所述步骤2的生成玉米果穗展开图像的方法为：

对玉米果穗旋转一周的视频中的每一帧图像采用滤波算法去除噪声，采用阈值分割方法生成二值图像，黑色区域为背景所在区域，白色区域为玉米果穗所在区域；通过质心法计算玉米果穗形心所在位置，保留以形心为中心的最窄外接矩形区域，提取玉米果穗动态视频中每一帧玉米果穗以形心为中心的最窄外接矩形区域的像素，并按照时间序列进行拼接，形成完整的玉米果穗展开图像；

上述最窄外接矩形区域宽度的计算方式为：对相机内玉米果穗图片进行标定，得到真实空间的1mm对应图像空间的f个像素，在二值图像中绘制宽(水平方向为宽)与图像底边平行的玉米果穗最窄外接矩形，玉米果穗在图片中的像素高度为(h×f)与像素直径为(d×f)，根据公式：周长l＝π×d×f，周长即为玉米果穗展开后图像的像素宽度，相机硬件的采集帧率为m帧每秒，玉米果穗旋转一周所用时间t秒，则最窄外接矩形区域的宽为最窄外接矩形区域的高度为二值图像的像素高度。

4.根据权利要求1所述的一种玉米果穗表面缺陷检测方法，其特征是：实现所述步骤3的玉米果穗展开图像的数据扩增的方法为：

在步骤2中生成的玉米果穗展开图像的基础上进行玉米果穗展开图像扩增，将玉米果穗展开图像的宽度(水平方向为宽度)进行n等分，将其前k份组成图像一，将剩余(n-k)份组成图像二，将图像二与图像一交换位置形成新的图像，其中kn，根据实际需要，改变n与k的具体数值，实现玉米果穗展开图像的数据扩增。

5.根据权利要求1所述的一种玉米果穗表面缺陷检测方法，其特征是：实现所述步骤4的玉米果穗分类数据平衡的方法为：

根据玉米果穗实际情况，玉米果穗中健康区域与缺陷区域的大小存在较大的差异，健康区域占据玉米果穗展开图像的绝大部分，而缺陷区域占据图像的小部分，首先进行缺陷区域的人为分割，确定缺陷所在区域的最小外接矩形，保存含有缺陷的最小外接矩形图像区域，形成玉米果穗缺陷区域数据库，计算健康玉米果穗健康区域与缺陷区域的尺寸，以缺陷区域小于健康区域为原则，随机从缺陷数据库中挑选缺陷区域图片，并覆盖健康玉米籽粒区域，增加缺陷玉米籽粒区域占比，从而实现玉米果穗展开图片数据中健康样本区域与缺陷样本区域各占30％-70％，同时，为了保证玉米健康区域与缺陷区域边界无缝衔接，采用微调方法进行边界处理；

所采用的微调方法是针对玉米果穗缺陷区域与健康区域边界的图像处理方法，其微调方法为：

a.明暗调整：待覆盖区域覆盖前R、G、B三通道像素均值为标准值1，覆盖后区域R、G、B三通道均值为标准值2，待覆盖区域向外扩展形成宽为20个像素的封闭圆环，在圆环内以线性过渡方式进行亮度拟合调整；

b.玉米籽粒边界调整，玉米籽粒在切割的过程中存在籽粒不完整的情况，将不完整的玉米籽粒进行去除；

c.边界模糊处理，对过渡区域进行高斯模糊，以实现玉米籽粒健康区域与缺陷区域较好的过渡。