CN109460781B - 一种基于决策树归纳学习的牛排等级划分方法 - Google Patents

一种基于决策树归纳学习的牛排等级划分方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于决策树归纳学习的牛排等级划分方法，主要包括：A.建立牛排等级划分模型，统一采集牛里脊肉横切面图像，对图像进行预处理，消除图像背景；B.计算牛排图像的边缘分布，对其进行水平集演化得到图像梯度，从而提取图像边缘，进行肌肉和脂肪的分割；C.建立牛排大理石花纹的像素灰度几何矩，通过将像素灰度矩特征作为大理石花纹图像特征进行提取；D.建立大理石花纹特征的相关函数作为测试属性构造决策树，进行归纳学习，对牛排进行自动分级，完成牛排等级划分。该方法具有较好的稳定性和鲁棒性，能够达到规模化、标准化、批量化，肌肉和脂肪的分割精确，评定结果客观、评定速度快、准确率高，从而保证商品的高效、连续供应。

Description

一种基于决策树归纳学习的牛排等级划分方法
技术领域
本发明涉及一种基于决策树归纳学习的牛排等级划分方法，属于食品生产、图像识别、数学领域。
背景技术
牛排作为西餐的招牌菜，受到众多消费者的青睐，随着牛排越来越普及，消费者对牛排的等级也更加看重。目前大多数牛排等级划分都是通过大理石花纹进行分级，仅靠人的感官难以进行评定，受评级员主观因素、环境因素的影响，效率较低且分级速度慢。而利用计算机视觉进行无损检测，由于牛排中肌肉和脂肪分布较为杂乱，目标提取效率低，分类不准确，易造成企业的损失。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有较好的稳定性和鲁棒性的牛排等级划分方法，能够达到规模化、标准化、批量化，肌肉和脂肪的分割精确，评定结果客观、评定速度快、准确率高，从而保证商品的高效、连续供应。
本发明解决其问题所采用的技术方案，包括以下步骤：
A.建立牛排等级划分模型，统一采集牛里脊肉横切面图像，对图像进行预处理，消除图像背景；
B.计算牛排图像的边缘分布，对其进行水平集演化得到图像梯度，从而提取图像边缘，进行肌肉和脂肪的分割；
C.建立牛排大理石花纹的像素灰度几何矩，通过将像素灰度矩特征作为大理石花纹图像特征进行提取；
D.建立大理石花纹特征的相关函数作为测试属性构造决策树，进行归纳学习，对牛排进行自动分级，完成牛排等级划分。
本发明的有益效果是：
在牛排等级划分越来越重要的情况下，本发明具有较好的稳定性和鲁棒性，能够达到规模化、标准化、批量化，肌肉和脂肪的分割精确，评定结果客观、评定速度快、准确率高，从而保证商品的高效、连续供应。
附图说明
图1为一种基于决策树归纳学习的牛排等级划分方法的整体流程图；
图2为牛排等级划分模型图；
图3为决策树归纳学习流程图。
具体实施方式
参照图1，本发明所述的方法包括以下步骤：
A.建立牛排等级划分模型，统一采集牛里脊肉横切面图像，对图像进行预处理，
消除图像背景；
(1)建立牛排等级划分模型，如图2所示，统一采集牛里脊肉横切面图像，传送给主控设备。将图像中的每个像素点(x,y)的灰度值f(x,y)按照一定的比例映射进行灰度变换：
Figure BDA0001835740250000021
其中，[a,b]是变换前的灰度范围，(α,β)是变换后的灰度范围。扩大图像的灰度范围。牛排图像的灰度直方图为：
Figure BDA0001835740250000031
其中，N是图像的总像素数，nk是第k个灰度等级的像素数量。通过直方图的峰值和谷值确定背景区域。
(2)通过最大方差法在图像灰度级间选取阈值：
Figure BDA0001835740250000032
其中，σb是目标与背景的类间方差，σc是类内方差，(i＝1,2,…L)是图像的灰度级，M∈L，Pi是灰度值的概率，Pi＝ni/N，N是图像像素总数量，n是灰度值的像素数量。通过阈值分割将背景去除。
B.计算牛排图像的边缘分布，对其进行水平集演化得到图像梯度，从而提取图像边缘，进行肌肉和脂肪的分割；
(1)原图像通过初始平滑后得到图像f(x,y)，对图像进行高斯滤波：
Figure BDA0001835740250000033
其中，σ是图像高斯滤波的标准差。根据滤波结果进行水平集演化得到图像的梯度矢量V(x,y)，水平集演化为：
Figure BDA0001835740250000034
其中，V是速度函数，
Figure BDA0001835740250000035
是拉普拉斯算子。
V(k)＝V0+V1(k)＝F(x,y)*(1-εk)
其中，k是函数的曲率，F(x,y)是图像的边缘函数，ε是常数项。
(2)图像的边缘函数为：
Figure BDA0001835740250000041
边缘函数推动水平集随时间进行迭代演化，使水平集演化函数达到最优，最终向边缘收敛，获取零水平集作为曲线演化的最终结果，即完成肌肉和脂肪的分割。
C.建立牛排大理石花纹的像素灰度几何矩，通过将像素灰度矩特征作为大理石
花纹图像特征进行提取；
(1)统计水平方向x和垂直方向y的连续灰度值相同像素累加值和频数，即定向灰度值P(r,s)和灰度频数N。将图像设为二值图像，肌肉灰度值为255，脂肪灰度值为0。分别计算两个方向上定向灰度值与灰度频数的比值：
Figure BDA0001835740250000042
和
Figure BDA0001835740250000043
r是肌肉像素，s是脂肪像素。
(2)设立图像的二维连续函数为f(x,y)，则像素灰度的(m+n)阶几何矩为：
Figure BDA0001835740250000044
像素灰度的(m+n)阶中心矩为：
Figure BDA0001835740250000045
其中，
Figure BDA0001835740250000046
(x0,y0)是图像的重心坐标。归一化中心矩：
Figure BDA0001835740250000047
其中，肌肉像素
Figure BDA0001835740250000048
构造不变矩：M1＝y20+y02，M2＝(y20-y02)2+4y11，
Figure BDA0001835740250000049
作为矩阵向量，以此得到大理石花纹图像特征。
D.建立大理石花纹特征的相关函数作为测试属性构造决策树，进行归纳学习，对牛排进行自动分级，完成牛排等级划分(如图3所示)。
(1)输入训练样本，设立训练样本集的自相关函数：
Figure BDA0001835740250000051
其中，Xi(i＝1,2,…,n)是训练样本集，n是样本数量，P是类别的先验概率。自相关函数在第m维空间的投影为Am(X)，则投影的归一化能量E为：
Figure BDA0001835740250000052
其中，
Figure BDA0001835740250000053
是样本在第m空间的投影。
(2)自相关函数的傅里叶变换为：
Figure BDA0001835740250000054
其中，t∈X，i是虚数单位，ρ是训练样本的频谱。将自相关函数投影集合进行排序，取较大的元素代替训练样本。将训练样本构成的数字滤波器的中心作为训练样本数据集的重心，则：
Figure BDA0001835740250000055
其中，Cov(X)是样本集的协方差。选取E中最大的元素对应的属性作为测试属性来构造决策树进行自学习。决策树学习结束后输入步骤C提取的矩特征进行分类，从而对牛排等级进行划分。
综上所述，便完成了本发明所述的一种基于决策树归纳学习的牛排等级划分方法。该方法具有较好的稳定性和鲁棒性，能够达到规模化、标准化、批量化，肌肉和脂肪的分割精确，评定结果客观、评定速度快、准确率高，从而保证商品的高效、连续供应。

Claims (4)

1.一种基于决策树归纳学习的牛排等级划分方法，其特征在于，对牛排进行肌肉和脂肪分割，提取像素灰度矩特征作为图像特征进行识别，所述方法包括以下步骤：
A.建立牛排等级划分模型，统一采集牛里脊肉横切面图像，对图像进行预处理，消除图像背景，具体实现方式为：
(1)建立牛排等级划分模型，统一采集牛里脊肉横切面图像，传送给主控设备，将图像中的每个像素点(x，y)的灰度值f(x，y)按照一定的比例映射进行灰度变换：
Figure FDA0003388233870000011
其中，[a，b]是变换前的灰度范围，(α，β)是变换后的灰度范围，扩大图像的灰度范围，牛排图像的灰度直方图为：
Figure FDA0003388233870000012
其中，N是图像的总像素数，nk是第k个灰度等级的像素数量，通过直方图的峰值和谷值确定背景区域；
(2)通过最大方差法在图像灰度级间选取阈值：
Figure FDA0003388233870000013
其中，σb是目标与背景的类间方差，σc是类内方差，(i＝1，2，...L)是图像的灰度级，M∈L，Pi是灰度值的概率，Pi＝ni/N，N是图像像素总数量，n是灰度值的像素数量，通过阈值分割将背景去除;
B.计算牛排图像的边缘分布，对其进行水平集演化得到图像梯度，从而提取图像边缘，进行肌肉和脂肪的分割；
C.建立牛排大理石花纹的像素灰度几何矩，通过将像素灰度矩特征作为大理石花纹图像特征进行提取；
D.建立大理石花纹特征的相关函数作为测试属性构造决策树，进行归纳学习，对牛排进行自动分级，完成牛排等级划分。
2.根据权利要求1所述的基于决策树归纳学习的牛排等级划分方法，其特征在于，所述步骤B的具体实现方式为：
(1)原图像通过初始平滑后得到图像f(x，y)，对图像进行高斯滤波：
Figure FDA0003388233870000021
其中，σ是图像高斯滤波的标准差，根据滤波结果进行水平集演化得到图像的梯度矢量V(x，y)，水平集演化为：
Figure FDA0003388233870000022
其中，V是速度函数，
Figure FDA0003388233870000023
是拉普拉斯算子，
V(k)＝V0+V1(k)＝F(x，y)*(1-εk)
其中，k是函数的曲率，F(x，y)是图像的边缘函数，ε是常数项；
(2)图像的边缘函数为：
Figure FDA0003388233870000024
边缘函数推动水平集随时间进行迭代演化，使水平集演化函数达到最优，最终向边缘收敛，获取零水平集作为曲线演化的最终结果，即完成肌肉和脂肪的分割。
3.根据权利要求2所述的基于决策树归纳学习的牛排等级划分方法，其特征在于，所述步骤C的具体实现方式为：
(1)统计水平方向×和垂直方向y的连续灰度值相同像素累加值和频数，即定向灰度值P(r，s)和灰度频数N，将图像设为二值图像，肌肉灰度值为255，脂肪灰度值为0，分别计算两个方向上定向灰度值与灰度频数的比值：
Figure FDA0003388233870000031
和
Figure FDA0003388233870000032
r是肌肉像素，s是脂肪像素；
(2)设立图像的二维连续函数为f(x，y)，则像素灰度的(m+n)阶几何矩为：
Figure FDA0003388233870000033
像素灰度的(m+n)阶中心矩为：
Figure FDA0003388233870000034
其中，
Figure FDA0003388233870000035
(x0，y0)是图像的重心坐标，归一化中心矩：
Figure FDA0003388233870000036
其中，肌肉像素
Figure FDA0003388233870000037
构造不变矩：M1＝y20+y02，M2＝(y20-y02)2+4y11，
Figure FDA0003388233870000038
作为矩阵向量，以此得到大理石花纹图像特征。
4.根据权利要求3所述的基于决策树归纳学习的牛排等级划分方法，其特征在于，所述步骤D的具体实现方式为：
(1)输入训练样本，设立训练样本集的自相关函数：
Figure FDA0003388233870000041
其中，Xi(i＝1，2，...，n)是训练样本集，n是样本数量，P是类别的先验概率，自相关函数在第m维空间的投影为Am(X)，则投影的归一化能量E为：
Figure FDA0003388233870000042
其中，
Figure FDA0003388233870000043
是样本在第m空间的投影，
(2)自相关函数的傅里叶变换为：
Figure FDA0003388233870000044
其中，t∈X，i是虚数单位，ρ是训练样本的频谱，将自相关函数投影集合进行排序，取较大的元素代替训练样本，将训练样本构成的数字滤波器的中心作为训练样本数据集的重心，则：
Figure FDA0003388233870000045
其中，Cov(X)是样本集的协方差，选取E中最大的元素对应的属性作为测试属性来构造决策树进行自学习，决策树学习结束后输入步骤C提取的矩特征进行分类，从而对牛排等级进行划分。
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