一种基于计算机视觉的淡干海参复水可视化监控方法

摘要

本申请公开了一种基于计算机视觉的淡干海参复水自动监控方法，包括以下步骤：步骤一，将预处理后的淡干海参进行复水；步骤二，采集复水图像，实时记录所述淡干海参的体型数据，并形成一以实时所述淡干海参体型面积和复水时间构成的所述淡干海参复水轨迹曲线；步骤三，对所述轨迹曲线进行曲线拟合，并计算所述拟合曲线的切线斜率；步骤四，判断所述拟合曲线的切线斜率是否满足复水标准，如果满足则结束，若不满足转入步骤二。本申请使用摄像机实时采集海参复水的图像，传输给计算机对图像进行分析处理，通过拟合海参复水体型变化的模拟曲线，以此判断海参复水是否达到复水要求。

说明书

技术领域

本申请是一种在淡干海参深加工过程中采用计算机视觉进行监控的方法，是现代信息处理技术与海产品深加工的结合。

技术背景

由于海参的本身特性，活体不能长时间的保存，需要将活体海参制成淡干海参，在需食用时进行复水得到食材。2003年我国海参产量达到了5万吨，其中80％会做成淡干海参。因此，如何有效地对淡干海参进行复水非常重要。

目前我国淡干海参复水主要依靠人工，而淡干海参的复水过程需要较长时间，三种温度水中复水时间总和大约需要40小时，特别是在50℃水中复水，是整个海参复水的关键部分，淡干海参在50℃水中复水成功的标准是其长度增大到原来的2～2.5倍，体积增大到约为复水开始时体积的10倍，此时的海参具有较好的口感，适宜食用。在50℃水中复水时，判断复水成功的难度很大，需要经验丰富的工人长时间观察监视，判别海参的体型变化状况，工人的劳动强度较大。因此海参复水的自动监控系统的研制不仅可以减少企业的劳动力使用，降低工人的劳动强度，同时也可以提高海参复水的质量，对海洋珍品产业的开发有积极的意义。

计算机视觉主要研究如何使用计算机来模拟人的视觉功能，通过采集目标物体的图像来还原现实世界模型，以用于实际检测、测量或控制。

在国外，计算机视觉技术在水产品加工方面已经得到了相当广泛的应用，比如三文鱼片上的黑点检测，其特点是检测成功率高、速度快，可以节省大量人力资源。

在我国，在水产品深加工方面应用较少，在农业上有了较多的应用，主要有一些水果的成熟度监测和大小分级，基于计算机视觉的海参复水自动监控系统的研究成功可填补计算机视觉在水产品深加工方面的技术空白。

发明内容

本申请的目的是研究一种监控淡干海参复水过程的方法，在海参复水过程中引进计算机视觉技术，利用计算机信息处理技术对海参体型变化进行实时监控。

淡干海参在食用前需要在100℃、50℃、4℃等三种不同温度的水中进行复水。100℃水中复水时间为60分钟，目的是软化淡干海参，增加其吸水性能；4℃水中复水的时间约1200分钟，目的是提高海参的弹性，增加口感；成功的关键部分是50℃水中的复水，体型变化是判断淡干海参50℃水中复水成功的主要标准。通过采集海参目标图像，使用图像处理技术获取海参体型变化数据，结合复水中海参重量、弹性等技术参数，建立海参复水过程中体型与复水效果的数学模型，以海参复水的实时体型为参数，绘制体型变化与复水时间的关系曲线。在海参复水达到成功标准前后，其曲线的变化趋向与横坐标轴平行，曲线斜率趋近于0。根据海参个体的不同，其复水所需时间也有较大差别。依据体型变化曲线，可以准确地确定海参复水成功与否，有效减少海参复水过度以及个体之间复水不均衡状况的发生，缩短复水时间，节约各种资源。

具体来说，本申请采用的技术方案为，一种基于计算机视觉的淡干海参复水自动监控方法，包括以下步骤：步骤一，将预处理后的淡干海参进行复水；步骤二，采集复水图像，实时记录所述淡干海参的体型数据，并形成一以实时所述淡干海参体型面积和复水时间构成的所述淡干海参复水轨迹曲线；步骤三，对所述轨迹曲线进行曲线拟合，并计算所述拟合曲线的切线斜率；步骤四，判断所述拟合曲线的切线斜率是否满足复水标准，如果满足则结束，若不满足转入步骤二。

比较好的是，所述步骤一中，所述预处理是将所述淡干海参经过100℃沸水煮，所述复水的温度按照各阶段的复水要求进行调整。

比较好的是，所述步骤三中，所述曲线拟合采用3次曲线方程为：

f(x)＝p1*x^3+p2*x^2+p3*x+p4

所述3次曲线方程的切线斜率方程为：

f‘(x)＝a1*x^2+a2*x^2+a3

其中，x表示所述轨迹曲线的横坐标，p1、p2、p3、p4表示曲线方程的系数，是根据所述淡干海参复水轨迹曲线的离散点通过最小二乘法计算得出，a1、a2、a3是切线斜率方程的系数。

比较好的是，所述步骤一中的复水温度为50℃，上下温度变化范围±2℃。

比较好的是，所述步骤四中，在满足所述复水标准后，进一步包括将所述淡干海参转移至4℃水中继续复水。

比较好的是，所述步骤二中，所述采集图像的频率包括1张/分钟。

使用本申请的方法，1)通过海参复水的计算机视觉监控，实现淡干海参复水的精确化、无人化；2)提高淡干海参复水效率，降低企业的生产成本；3)克服传统淡干海参复水过程中需要人工干预、海参复水后质量差别较大的缺点；4)减少企业的劳动力使用，降低工人的劳动强度；5)将计算机视觉技术应用于水产品加工，提升海参加工的技术含量。

本申请应用于实际生产后，可以改变现有的海参复水加工方式、拓宽原有的技术领域，缩短国内外海珍品加工技术的差距，对我国水产加工业的发展具有积极的意义。

附图说明

下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本申请方法的详细描述中，本申请的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。

图1示出了本申请方法在实际应用中的具体实例；

图2示出了本申请的基于计算机视觉的淡干海参复水流程图。

具体实施方式

请具体参照附图1，附图1示出了本申请方法在实际应用中的具体实例，图示为一幅二维坐标图，本图为海参复水成功后的拟合坐标图，横坐标表示海参复水时间，单位是分钟，横坐标是复水过程中的海参图像像素数量，表示海参复水面积。

参照附图2，附图2示出了本申请的基于计算机视觉的淡干海参复水流程图，随后对本申请中实例进行说明。

实施步骤1：将经过100℃沸水煮过的淡干海参转移至复水槽中，温度调节至50℃，上下温度变化范围±2℃；

实施步骤2：在复水的过程中，使用计算机视觉系统按照一分钟采集一张复水图像，并处理得到复水海参实时体型数据。复水的水温控制在50±2℃。通过摄像机摄取海参复水实时图像，利用计算视觉技术计算图像中目标海参体型的大小并进行记录。

以实时体型面积为纵坐标，以复水时间为横坐标，由这些数据构成了一系列的反应实时体型数据的离散的点。在本实例中，面积表示为经由摄像机采取到的海参图像的象素数，横坐标表示为复水时间，用分钟表示。图1中可以看到很多的离散点，这些点表示了实际复水过程中复水海参体型的变化轨迹。

实施步骤3：对上述步骤2中得到的数据进行曲线拟合，并计算拟合曲线的切线斜率。在复水过程中每分钟对记录的离散点进行曲线拟合，曲线拟合采用3次曲线方程，方程的系数依据海参复水过程中的离散点通过最小二乘法计算得出。对得到的3次曲线方程求导得到2次的斜率方程；

具体实施实例说明，如上述步骤进行海参复水，在复水成功时拟合的曲线方程为：

f(x)＝p1*x^3+p2*x^2+p3*x+p4

p1＝1.3437e-005

p2＝-0.051293

p3＝62.505

p4＝4845.2

此时曲线方程的切线斜率方程为：

f‘(x)＝a1*x^2+a2*x^2+a3

a1＝4.0311e-005

a2＝-0.102586

a3＝62.505

上述公式即由图1中的这些离散点，在计算机中拟合出的3次曲线方程。其中，p1、p2、p3、p4表示曲线方程的系数，a1、a2、a3是切线斜率方程系数，根据此拟合曲线方程，根据曲线的切线斜率可以表示曲线在切线点与水平横坐标的平行度关系，因此可以用来表示海参体型变化的趋势。

实施步骤4：对得到斜率进行判断，是否达到复水成功标准，生产中厂家可以通过计算机预定等手段实现这里的复水标准，若成功转向步骤5，若没则转向步骤2；本实例中，通过检测，在复水时间为1000分钟时，海参复水成功。通过数据分析，方程中对应复水时间为1000分钟时的曲线切线斜率为0.025。经由多组经验数据得出的平均斜率，即可作为视觉监控中判别海参复水完成的依据。

实施步骤5：结束该可视化监控流程，提示将50℃水复水成功的淡干海参转移至4℃水中继续复水。

在实际生产中，当海参的体型曲线达到判别值时，即可由计算机控制将海参转到下一道程序，继续生产，从而实现高效率自动化生产。

说明，本实例中海参复水采取先用100℃沸水煮后温水浸泡的工艺。根据工艺的不同，操作步骤和技术要求会略有不同，而本申请中的可视化监控同样适用于其他工艺下的复水过程。

本申请填补国内海参复水可视化监控的空白，改变目前靠人工经验判别，技术落后的局面，提高了海参复水的效率和产品稳定性，提高自动化程度，促进了我国海珍品加工业的发展。

以上实施实例仅供说明本申请之用，而非对本申请的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化，因此所有等同的技术方案也应该属于本申请的范畴应由各权利要求限定。