DTD版本： 1.0.0
發明專利說明書
※申請案號：095120695 ※I P C 分類：
一、 發明名稱：
基於機器視覺的測重方法
二、 中文發明摘要：
本發明基於機器視覺的測重方法，主要利用果實主色彩的彩度模式(HSI model)與背景色 區別出果實來，並找出其側視面積與頂視面積，以估計出果實的體積，再用此參數，以迴 歸分析方式求出與重量的相關係數，並導出直線迴歸方程式。有了此迴歸方程式後，只需 用相同手段獲得果實面積和體積，就可預測果實的重量，而不需依賴較為費時的機械式測 重。
三、 英文發明摘要：
四、 指定代表圖：
(一)本案指定代表圖為： 第2圖 (二)本代表圖之元件符號簡單說明：
五、 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：
六、 發明說明：
【發明所屬之技術領域】
[0001] 本發明係關於一種測重方法，尤指基於機器視覺的測重方法。
【先前技術】
[0002] 隨著果品貯藏加工業的發展和人們生活水平的提高，使得消費者對水果質量的要求也越 來越高，這使得水果採後分級工作顯得日益重要。水果生產的產業化，使實現水果採後分 級機械化與自動化技術成為可能。
[0003] 果實分級機械按工作原理可分為大小分級機、重量分級機、果實色澤分級機和既按大小 又按色澤進行分級的果實色澤重量分級機。
[0004] 果實大小分級機按果實大小進行分級，由於選出果實大小形狀基本一致，有利於包裝貯 存和加工處理，故在果實分級機中應用最廣泛。
[0005] 傳統上，果實大小大多採用機械式天秤為主要測重工具。只是，機械式天秤所能測得的 重量大多有間隔，例如100g、120g、140g…，因此在每個間隔之間的重量通常無法準確分 類。除此之外，機械式天秤既無法批次處理，也容易因為震動、損耗等原因而容易有誤 差、損壞。就算改採電子測重來取代機械式天秤，因在測重過程中的容易有震動，而必須 等待震動消除後，才能完成測重。
[0006] 由於如蓮霧的多數個待測物在面積和/或體積與重量之間原本就存在有一致性的關係，
若能找出此一致性的關係時，當然便能利用此線性或非線性關係而反推出其重量。目前已 有人提出利用CCD攝影機先擷取待測物的影像，然後在利用所獲得的面積、圓周長和半 徑，去推算待測物的重量。然而，由於CCD所獲得的影像為極為複雜的RGB影像，因此常常 在推測其面積、圓周長和半徑的過程中需要等待很久，雖然其正確性以能滿足測重需求，
但整個測重的過程太過耗時。此外，拍攝果實所使用的光源，也容易在影像中留下反光區 域，這反光區域在整個判斷過程中容易造成干擾。
【發明內容】
[0007] 本發明之主要目的在提供一種基於機器視覺的測重方法，主要將CCD攝影機所擷取的影 像，先後利用轉換成HSI彩色空間、二值化等手段，降低所處理的影像的複雜度後，在更 快速獲得待測物的邊界(面積和/或體積)後，再利用迴歸分析藉著所獲得的面積和/或體積 快速、準確地對待測物進行測重。
[0008] 基於上述目的，本發明基於機器視覺的測重方法主要利用果實主色彩的彩度模式(HSI model)與背景色區別出果實來，並找出其側視面積與頂視面積，以估計出果實的體積，再 用此參數，以迴歸分析方式求出與重量的相關係數，並導出直線迴歸方程式。有了此迴歸 方程式後，只需用相同手段獲得果實面積和體積，就可預測果實的重量，而不需依賴較為 費時的機械式測重。
[0009] 關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
【實施方式】
[0010]
本發明基於機器視覺的測重方法，主要利用如第1圖所示之系統架構獲得用來測重用的待 測物影像，然後先如2圖所示之流程基於複數個待測物影像(亦即對不同的待測物進行相對
次數處理後獲得)獲得用來測重的迴歸方程式，再利用如第4圖所示之流程進行測重(尤其 是利用第2圖所示之流程獲得的迴歸方程式)。重複越多次如2圖所示之流程，其所獲得的 迴歸方程式越準確。
[0011] 請參閱第1圖，第1圖為本發明基於機器視覺的測重方法之實施示意圖。如第1圖所示，本 發明基於機器視覺的測重方法，主要利用光源12照射待測物14時，藉著CCD攝影機10獲得 待測物影像，並傳送至測重處理裝置16進行如第2圖和第4圖所示之流程。若需要擷取待測 物14的側面影像時，光源12需分別從45度和135度照射待測物14的。若需擷取待測物14的 頂視圖時，光源12則改由上往下照射待測物14。
[0012] 簡略而言，本發明基於機器視覺的測重方法主要利用待測物14(即果實)的如側視面積與頂 視面積，以估計出待測物14的體積，再用此參數，以迴歸分析方式求出與重量的相關係 數，並導出直線迴歸方程式。有了此迴歸方程式後，只需用相同手段獲得待測物14面積，
就可預測待測物14的重量，而不需依賴較為費時的機械式測重。不過，本發明測重方法需 針對不同類的待測物重新作迴歸分析。。底下分別詳細說明如何獲得待測物14的體積、以 及如何利用迴歸方程式快速地量測其他同類待測物。
[0013] 請參閱第2圖，第2圖為獲得本發明迴歸方程式之流程圖。如第2圖所示，首先藉著如第1圖 所示之設備取得待測物14的待測物影像(步驟S10)。為了降低處理複雜度，將CCD攝影機10 所獲得屬於RGB彩色影像的待測物影像，轉換成屬於HSI彩色空間的待測物影像，如步驟 S12。為了更容易在後續程序中找到待測物14的邊界(可用來獲得面積和/或體積)，如步驟 S14基於HSI彩色空間的待測物影像，依據色調(hue)選取範圍值(例如：0.001~0.5弳度、
5.0~6.28弳度)而二值化待測物影像成僅包含黑白兩色的二值化圖像，如步驟S14。然後，
尋找二值化圖像中有顏色轉變處，並定義有顏色轉變處為待測物影像的待測物邊界，如步 驟S16。最後，如步驟S18依據待測物邊界推算出待測物的面積和/或體積，並且如步驟S20 依據待測物的面積和/或體積和預先得知的待測物14的重量做迴歸分析，找出用以預測待 測物的重量的迴歸方程式。由於以蓮霧作為待測物14時，在所獲得的待測物影像中容易會 有反光，因此在推算面積和/或體積前，需先以步驟S13去除反光或背景(例如陰影)，以避 免干擾後續判斷程序。
[0014] 本發明去除如反光或背景的手段，主要是依據HSI影像直方圖中所統計出來的色彩資料，
並從中選出在比例上較高的色彩為主色彩。掌握蓮霧的主色彩之後，就可輕易地區分出在 待測物影像中哪個部分為反光或背景，以便讓如步驟S14所示之二值化能更準確地完成。
[0015] 在二值化待測物影像時，若影像點的色彩落在色調選取範圍值中，則將之設定成黑點，若 影像點的色彩未落在色調選取範圍值中，則將之設定成白點，而產生出二值化圖像。不 過，為了提高品質和穩定性，可使用數理型態學的閉合(colosing)運算法去除雜訊。
[0016] 然後在定義待測物影像的待測物邊界時，可由待測物影像的水平左右兩邊向中間進行分 析，若影像點由白變黑時，即為有顏色轉變處，而將之定義成待測物邊界。不過，初步獲 得的待測物邊界，並不會像真實的蓮霧為曲線邊界，因此可利用內差法將之修補成較為曲 線的邊界。
[0017] 在獲得待測物邊界後，用右邊界減左邊界，可獲得單一水平方向的長度值。然後累積整個 圖像在水平方向上的長度值之後，就可求得蓮霧的總面積。由於本發明測重方法僅是大致 測重並不要求非常高的精確度，因此為方便運算可假設蓮霧的橫切面接近圓形，故可將水 平方向上的長度值視為直徑，而找出橫切面的圓面積值，進而求得蓮霧的體積。
[0018] 迴歸分析屬於一種統計方法，它主要一組預測變數對某一應變數建立關係式，以便作為預 測的依據，同時它也可以作為評估預測變數對應變數的關係。總之，先前所謂依據待測物 14的面積、體積或其組合(即面積和體積同時考慮)和其重量做迴歸分析時，可採面積與重 量簡單直線迴歸分析、體積與重量簡單直線迴歸分析、面積、體積與重量多元直線迴歸分 析、面積、體積與重量主成份多元直線迴歸分析，如第3A~3D圖所示。然後，從這些迴歸 分析後可獲得如預測重量的迴歸方程式。
[0019] 請參閱第4圖，第4圖為本發明基於機器視覺的測重方法之流程圖。如第4圖所示之測重方 法，其步驟S10、S12、S13、S14、S16、S18仍如第2圖所示，只是已經按照上述方法獲得 如第3A~3D圖所示之線性迴歸方程式，而不在需要進行步驟S20的迴歸分析。總之，在如步 驟S18獲得面積和/或體積後，可套入如第3A~3D圖所示之線性迴歸方程式後，獲得相對的 重量，而完成測重。
[0020] 藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以 上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋 各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
【圖式簡單說明】
[0025] 第1圖為本發明基於機器視覺的測重方法之實施示意圖。
[0026] 第2圖為獲得本發明迴歸方程式之流程圖。
[0027] 第3A~3D圖為本發明迴歸分析之示意圖。
[0028] 第4圖為本發明基於機器視覺的測重方法之流程圖。
【主要元件符號說明】
[0021] 10．．．CCD攝影機 [0022] 12．．．光源 [0023] 14．．．待測物
[0024] 16．．．測重處理裝置
七、 申請專利範圍：
1.一種基於機器視覺的測重方法，該測重方法包含：取得一待測物的一待測物影像；將屬 於RGB彩色影像的該待測物影像轉換成屬於HSI彩色空間的該待測物影像；利用該屬於HSI 彩色空間的該待測物影像藉由一色調(hue)選取範圍值以二值化該待測物影像成為僅包含 黑白兩色的一二值化圖像；尋找該二值化圖像中有顏色轉變處，並定義有顏色轉變處為該 待測物影像的一待測物邊界；依據該待測物邊界推算出該待測物的面積和/或體積；以及 依據該待測物的面積和/或體積和預先得知的該待測物的重量做迴歸分析，找出用以預測 該待測物的重量的一迴歸方程式。
2.如申請專利範圍第1項所述之基於機器視覺的測重方法，其中該基於機器視覺的測重方 法進一步包含：利用該待測物的主色彩去除該待測物影像的屬於反光或背景的部分。
3.如申請專利範圍第1項所述之基於機器視覺的測重方法，其中該色調選取範圍值可為 0.001~0.5弳度、5.0~6.28弳度。
4.如申請專利範圍第3項所述之基於機器視覺的測重方法，其中在二值化該待測物影像 時，若影像點的色彩落在該色調選取範圍值中，則將之設定成黑點，若影像點的色彩未落 在該色調選取範圍值中，則將之設定成白點，而產生出該二值化圖像。
5.如申請專利範圍第1項所述之基於機器視覺的測重方法，其中定義該待測物影像的該待 測物邊界時，由該待測物影像的水平左右兩邊向中間進行分析，若影像點由白變黑時，即 為有顏色轉變處，而將之定義成該待測物邊界。
6.如申請專利範圍第1項所述之基於機器視覺的測重方法，其中依據該待測物的面積和/或 體積和其重量做迴歸分析時，可採面積與重量簡單直線迴歸分析、體積與重量簡單直線迴 歸分析、面積、體積與重量多元直線迴歸分析、面積、體積與重量主成份多元直線迴歸分 析。
八、 圖式：
第1圖
第2圖
第3A圖
第3B圖
第3C圖
第3D圖
第4圖
