طراحی الگوریتمی برای برآورد مساحت سطح رویه ی محصولات کشاورزی با استفاده از پردازش تصاویر دیجیتال
چکیده
تخمین سطح رویه¬ی محصولات کشاورزی در مطالعاتی که به پوشش اسپری، حذف بقایای اسپری، نرخ تنفس، جذب و دفع رطوبت، برآورد زمان لایه برداری، تعیین غلظت میکروبی، انعکاس نور و ارزیابی رنگ می پردازند و نیز مطالعات مربوط به انتقال حرارت درفرآیند های گرم و سرد کردن محصول، بسته¬بندی، درجه¬بندی، فضای ذخیره-سازی، تعیین سطوح آسیب¬دیده و بازارپسندی محصول مهم است. به دلیل شکل هندسی ناهمگون اغلب محصولات کشاورزی، محاسبه¬ی سطح¬رویه¬ی آنها به روش¬های ساده¬ی هندسی چندان دقیق نیست و روش¬های دقیق برآورد سطح¬رویه نیز روش¬هایی مخرب و طاقت فرسایی هستند. هدف از این تحقیق طراحی الگوریتمی برای برآورد مساحت سطح رویه¬ی محصولات کشاورزی با استفاده از پردازش تصاویر دیجیتال است که بتواند با سرعت و دقت بالا سطح-رویه¬ی آنها را اندازه¬گیری کند. براین اساس دستگاهی طراحی شد و الگوریتمی با استفاده از زبان برنامه¬نویسی c# برای آن کدنویسی گردید. این دستگاه به همراه الگوریتم موجود در برنامه¬ی آن با استفاده از یک دوربین و سیستم نورپردازی ساختاریافته، می¬تواند، یک اسکن 360 درجه از نمونه تهیه¬کرده و مدل سه¬بعدی آن را شبیه¬سازی کند. الگوریتم به این ترتیب بود که: نمونه¬ها در جعبه¬ی تاریک دستگاه در مرکز یک آینه¬ی تخت گرد قرار داده شدند و پرتو لیزر به صورت خطی و مماس بر محور عمود بر آینه به نمونه تابانده شد. در ادامه درحالیکه آینه با سرعت ثابت پنج rpm ، یک دور حول محور خود گردش می¬کرد، حدود 170 عدد تصویر از پرتو لیزر بیرون و داخل آینه تهیه شد سپس به کمک الگوریتم طراحی شده طی چند مرحله پردازش و به¬کارگرفتن قوانین پرسپکتیو دونقطه-گریزی، از هر تصویر، منحنی کالیبره¬شده¬ی سطح مقطع نمونه استخراج شد. ابرنقاط نمونه با استفاده از منحنی¬های کالیبره¬شده¬ی مقاطع آن و به¬کارگیری معادله¬ی دوران یک نقطه حول یک محور محاسبه شد و مدل سه¬بعدی نمونه با استفاده از ابر نقاط استخراج شده و المان¬هایی به شکل قسمتی از مخروط ناقص بدست آمد. سپس سطح¬رویه¬ی تخمینی نمونه از مجموع سطح المان¬ها محاسبه¬شد. برای ارزیابی دقت سطح¬رویه¬ی تخمینی، 30 نمونه سیب¬زمینی به عنوان یک محصول با شکل هندسی نامنظم و 22 نمونه لیموشیرین، به¬عنوان یک محصول با شکل هندسی منظم انتخاب¬ شد. سطح¬رویه¬ی تخمینی با استفاده از دستگاه ساخته¬شده و سطح رویه¬ی واقعی از روش پوست¬کندن بدست آمد. نتایج مقایسه¬ی سطح¬رویه¬ی تخمینی و واقعی نشان داد که: دقت این الگوریتم برای محصولات با شکل منظم و نا¬منظم تقریباً یکسان بوده و برابر با 93/1 درصد است. در این آزمون مدت زمان لازم برای اندازه¬گیری سطح¬رویه¬ی تخمینی و واقعی هر نمونه نیز ثبت شد که میانگین آن برای روش تخمینی (روش پیشنهادی) 20 ثانیه و برای روش واقعی (روش پوست¬کندن) 10 دقیقه بدست آمد. درآزمون بعدی بار محاسباتی پردازش تصاویر10نمونه از محصول سیب¬زمینی اندازه¬گیری و میانگین آن 5/4 ثانیه محاسبه¬شد.