王国栋，王书志，冯全

（1.甘肃农业大学工学院，甘肃 兰州 730070；2.西北民族大学电气工程学院，甘肃 兰州 730030）

甜瓜在生产或收获过程中容易受到人为和自然等因素的影响，会产生各种表面缺陷。提取这些缺陷对于甜瓜的品质分级十分重要。常见的水果缺陷分割算法为阈值分割法，首先从背景中分割出水果，然后以水果为背景，再分割缺陷区域。而使用分水岭分割算法可以一次完成缺陷分割，尤其是在缺陷面积比水果表面积小很多时，相比阈值分割算法如Otsu算法，分水岭算法能有效地分割出缺陷区域。

分水岭算法是一种有效的图像分割算法，但是由于该算法对图像的变化非常敏感，图像中的噪声和其他因素经常会导致图像的过度分割，从而降低检测系统效率。分水岭算法结合标记、区域合并和预处理的方法[1]可以有效防止图像的过度分割。尽管传统分水岭算法已经很成熟，但由于基于软件的算法时间开销大，用时不确定，有时很难满足水果在线检测实时性的要求。

本文在现场可编程门阵列（FPGA）上实现了分水岭算法，FPGA器件含有大量查找表和并行结构单元，适合流水线算法设计，使甜瓜的在线检测成为可能。

1 分水岭算法

1.1 算法原理

分水岭算法是一种基于数学形态学的图像分割技术，其变换思想来源于地质形态学。如果将图像像素的灰度看作高度，图像中极大灰度值和极小灰度值之间相连的区域就与地质形态学的山峰和山谷盆地对应，分水岭就是盆地的边缘。……