张樱飘，于亚萍※，衡 耿，李留安，赵 喆

（1.天津农学院工程技术学院，天津 300384；2.天津农学院动物医学与动物科学学院，天津 300384；3.金洼农业科技发展有限公司，天津 300273）

0 引言

鸡蛋的大小、清洁度、新鲜度是评价鸡蛋的重要指标[1]。散养鸡场因母鸡活动范围广、蛋窝不够用等因素，由于母鸡下蛋时间主要集中在上午的9：00～11：00时，因此，在散养鸡场容易产生窝外蛋，因而很难保证窝外蛋表面的清洁。鸡蛋表面沾染污染物，不仅外观不好看、不卫生且易发出难闻的味道[2]，而且，蛋壳上沾染的细菌易感染堆放在一起的其他鸡蛋。对于鸡蛋的售卖者，会影响到鸡蛋的售卖价格而产生经济损失[3]。为了降低经济损失，需要对鸡蛋表面的污染物面积进行分类。采用人工分类的方法，一方面由于工作时间长，易引起视觉疲劳，浪费大量的人力物力；人为地去分类会导致没有一个分类标准。采用图像处理区分鸡蛋表面污染物面积，从而评判鸡蛋的清洁度显得非常重要。本文从自然光、直射光和透射光3种情况进行分析，确定最佳的鸡蛋污染物面积测试条件。

1 材料与方法

1.1 实验材料与设备

有污染物的鸡蛋；黑色幕布、光源、自制图像采集暗室；LND-AL40 手机相机、像素1 300 万摄像头、计算机及Matlab软件。

1.2 图像采集过程

将鸡蛋分别放在处于光源透射、直射、自然光下的3 种情况中进行采集图像。在这3组对比实验中，只有鸡蛋处在的光源环境不同，其余鸡蛋摆放的方向以及相机距离鸡蛋的高度都是一致的[4]。接着通过电脑中Matlab软件对采集的图像进行处理，进而得到鸡蛋表面污染物的面积[5]，并对3种情况得到的结果进行分析，得出判别鸡蛋表面污染物面积较好的方法。采用自然光、光源直射和光源透射对鸡蛋进行照射，将鸡蛋沿轴中线分别转动180°，对鸡蛋进行图像采集。

2 图像处理

2.1 鸡蛋在透射情况下采集的图像

2.1.1 图像灰度化、均衡化

图像灰度化处理如图1 所示。在黑暗环境下，通过光源透射得到的原图如图1（a）所示。图像识别污染物，最关键的因素是不同颜色的梯度，需要将图像转换为灰度图，灰度化后的图像，计算机进行处理的计算量会减少，因而提高了图像处理速度。图1（b）所示为对鸡蛋进行灰度处理图，为确定污染物与蛋壳之间的合适阈值，需要图像更清晰。图1（c）所示为将灰度图进行直方图显示，这样可以将各个不同的灰度值及出现的概率更直观地展现出来。由图中的灰度直方图可以看出黑色出现的概率集中，但是其余的灰度值不明显。

图1 图像灰度化处理

图像均值化处理如图2 所示。可以看出，均衡化后的图像灰度值不同分布区域的区分度明显，提高了对比度，使不同级别的灰度区分更清晰，对于之后的图像二值化，更容易突出目标区域，使计算面积更加准确。

图2 图像均值化处理

2.1.2 图像二值化

将256 个亮度等级的灰度图像通过适当的阈值选取而获得仍然可以反映图像整体和局部特征的二值化图像。图像的二值化使图像变得简单，而且使待处理的数据量减小，能凸显出感兴趣目标的轮廓[6]。图像二值化处理如图3 所示。图3（a）所示为二值化图像。如果直接对灰度图进行二值化，会产生多余的黑色连通域，所以在本实验，先采用了迭代法去寻找图像的最合适阈值，因为均衡化后的图片目标区域更加明显，所以对均衡化后的图像进行迭代法二值化处理，得到如图4所示的均衡化后二值图。迭代法的主要思想是图像分割后的两部分A 和B 的均值和基本保持稳定，随着迭代的进行，取[mean（A）+mean（B）]/2 最终的收敛值作为分割阈值，经过多次实验去改变收敛的阈值参数，最终得到合适的二值化阈值。图3（b）所示为经过迭代法找到最合适的阈值二值化图。通过实验对比，发现合适阈值的二值化图像比之前二值化的图像效果更加明显，更真实地体现鸡蛋表面污染物的多少。

图3 图像二值化处理

图4 均衡化后的二值图

图5 填充污染物后的图像

均衡化后的二值图如图4 所示。由图可以看出，对于一些小的细节部分，均衡化处理后得到的二值化图像更较为准确一些，因此采用图4均衡化后的二值图进行污染物面积计算。

2.1.3 计算污染物面积

经过上面的预处理后，蛋壳图像只含有黑、白两种，即对应的值只有0、1，因为图片的背景颜色是黑色，和污染颜色相同，所以接着对目标区域进行白色填充，填充后如图5所示，填充后可以计算蛋壳面积。首先计算二值化图像中的白色面积，然后填充后计算蛋壳的面积，蛋壳的面积减去图像二值化的白色干净部分面积，得出污染物的面积。具体计算过程如图6所示。由于鸡蛋的另一面无污染物，经过计算，可得到均衡化后鸡蛋污染物的面积比例为14.15%。

图6 计算污染物面积框图

2.2 鸡蛋在直射情况下

保持相机拍摄鸡蛋的高度以及鸡蛋的摆放位置不变，将本来透射的鸡蛋光源改为在上方照射鸡蛋，即为直射情况下采集鸡蛋图像，接着用电脑对采集的图像进行分析。图像分析过程方法与鸡蛋透射方法一致。直射情况下的鸡蛋图如图7所示。

图7 直射情况下的鸡蛋图

2.3 鸡蛋在自然光情况下

保持相机拍摄鸡蛋的高度以及鸡蛋的摆放位置不变，将鸡蛋放置在自然光下，可采集的鸡蛋图像如图8所示。计算自然光下的鸡蛋污染物面积方法同上，可得到污染物的面积比为11.6%。

图8 自然光情况下的鸡蛋图

3 结束语

鸡蛋在透射（均衡化后）、直射、自然光下得到的表面污染物面积的所占比例依次为14.15%、9.2%、11.6%。采集鸡蛋在透射情况下的图像时，鸡蛋表面的污染物基本都能很好地呈现出来，而直射的效果不太好，是因为有光源直射时，鸡蛋表面会产生亮的光源，即鸡蛋外表面反射了一部分光[7-8]，这样对后续的灰度化处理以及二值化处理都有影响，最终计算污染物面积会产生较大的误差。自然光计算的鸡蛋表面污染物的面积介于其余两者之间，没有直射光源大的影响，但整体亮度的提高会影响后续的二值化处理。对比鸡蛋处于3种不同情况下所得到的鸡蛋表面污染物面积的比例，透射得出的结果更加准确。本文的研究为实现鸡蛋表面污染物等级的自动化区分采用测试条件奠定了基础。