CC BY
9
Scientific Research of the Union of Scientists in Bulgaria - Plovdiv,
series B. Natural Sciences and Humanities, Vol. XVII, ISSN 1311-9192, International Conference of Young Scientists, 11 - 13 June 2015, Plovdiv
ПРИЛОЖЕНИЕ НА АЛГОРИТЪМА „MOMENT-PRESERVING THRESHOLDING" ПРИ ОЦЕНЯВАНЕ ШУПЛИВОСТТА
НА БЯЛ ХЛЯБ
Христина Андреева, Атанаска Босакова-Арденска,
Лена Костадинова-Георгиева Университет по хранителни технологии - Пловдив
APPLICATION OF ALGORITHM "MOMENT-PRESERVING THRESHOLDING" FOR EVALUATION OF WHITE BREAD
POROSITY
Hristina Andreeva, Atanaska Bosakova-Ardenska, Lena Filipova-Kostadinova University of food technologies - Plovdiv
Abstract: By standard white bread must satisfy the several groups of parameters -organoleptic, physico-chemical, microbiological and chemical pollutants [5]. One of the physico-chemical parameters determining the quality of bread crumb is porosity, which must be not less than 67%. The standard procedure for the determination of porosity is a labor intensive and requires the use of specific instruments. The idea of the study is by image processing to reduce the time to determine the porosity. This article presents the results of binarization images of white bread using the algorithm "Moment-Preserving Thresholding". The resulting binary images are used to determine the porosity of the bread.
Въведение
Потреблението на хляб се увеличава и се превръща в неразделна и основна част от хранителния режим на хората [1]. Днешните потребители са все по-взискателни към произведените продукта, което налага използването на различни методи за контрол на показателите на качеството на хранителния продукт. За контрола най-често се използват физико-химичен и органолептичен анализ, които са разрушаващи и с голяма субективност. За постигане на по-обективни резултати се използват различни методи за осигуряване на качеството на хлебни продукта с прилагане на съвременни компютърни технологии.
В настоящата работа е разгледан методът Moment-Preserving Thresholding за определяне на праг за бинаризиране на изображение и е изчислен коефициента на различие като отношение на броя пиксели с бял цвят към общия брой пиксели в бинарното изображение. Резултатите получени чрез компютърно базираният метод са сравнени с референтни данни получени чрез физико-химичен анализ.
Материали и методи
Използван е компютърен метод базиран на алгоритъма Moment-Preserving [2], който се използва за определяне на прага на полутонови входни изображения. Прагът се определя 28
по такъв начин, че от определена стойност нататък изображението се запазва непроменено. Този подход може да се разглежда като запазване на избрани стойности (moment-preserving) при преобразуване на изображението, което възстановява идеалното изображение от неясен вариант. Алгоритъмът запазва първите три момента (стойности) в бинарното изображение. Моментите се изчисляват по формулата:
където p0 и Pj означават фракциите на пикселите под прага и пикселите над прага в изображението;
z0 и z са цветовете черно и бяло. Запазването на първите три момента в бинарното
изображение означава, че са изпълнени следните формули: ifi£ = т.;. i = 1,2,3
При метода „Moment-Preserving Thresholding" се изчислява праговата стойност така, че
всички стойности в полутоновото изображение, които са под стойността на прага се заменят
с z0, а тези над прага се заменят с ъ . След това първите три момента от изображението се
запазват в полученото бинарно изображение.
Определянето на шупливостта по физико-химичния метод представлява отношението
на обема на шуплите в средината към нейния общ обем, изразено в проценти [4]. Вземат
се три проби от средината на хляба на разстояние около 1 cm от кората с цилиндричен
пробовземач. Всяка проба от хлебната средина е с еднакви размери - диаметър 3 cm и
дължина 4 cm, т.е. общият обем на трите проби от средината е винаги еднакъв (85 cm3).
Взетите проби се претеглят и се разрязват на равномерни парчета, всяко от които се пресова
до пълното премахване на шуплите и се оформя в топче без пукнатини. Така получените
топчета се поставят в мерителен цилиндър съдържащ растително масло. Разликата в
обема на течността преди и след пускането на топчетата дава техния обем. Относителната
плътност на хляба се изчислява по формулата: М
където ОП - относителна плътност на хлебната средина; М - общата маса на трите проби хлебна средина, в g; Vj - обемът на топчетата от трите проби средина, в cm3. Шупливостта на хляба се изчислява в проценти по формулата: М л
X =
V - ——
оп
* 100
където X - шупливостта на хляба, в %;
V - общият обем на трите проби средина, в cm3;
M - общата маса на трите проби средина, в g;
ОП - относителната плътност на хляба.
Резултати и обсъждане
От търговската верига са закупени три хляба от различни марки. От всеки са избрани произволно по 10 проби (филии), тъй като всеки хляб има различен брой филии в опаковката. Пробите се заснети с оптико-електронна система, която включва цифрова CCD камера, луминисцентно осветление с възможност на регулиране на осветеността, компютърна система с интерфейс за връзка на National Instruments. Заснета е само средината на филията с цел избягване влиянието на цвета на кората при определяне на прага на бинаризиране.
Получените цветни изображения се конвертират в полутонови и се обработват с програмата на Tsai Moment-Preserving за определяне на праговата стойност, с която ще се бинаризират изображенията [3]. След това изображенията се бинаризират чрез програма разработена в Microsoft Visual Studio 6.0 като конзолно приложение, в която се задава прага за бинаризиране и се определя коефициента на различие (Kdiv). В таблица 1 са представени примери за оригинално изображение от трите марки хляб и полученото бинарно изображение.
Таблица 1 Бинаризиране на изображения чрез алгоритъма Moment-Preserving
Проба
Оригинално изображение
Бинаризирано "Moment preserving"
Средно
Kdiv,
%
Средно Kdiv % (отм. 15)
по физико-
химичен _метод_
Хляб 1
38,22
71,73
Хляб 2
33,81
69,09
Хляб 3
35,69
70,49
В таблица 2 са представени получените резултати за коефициента на различие за различните проби от трите марки хляб. В последния ред от таблицата е направено осредняване на резултатите, с цел определяне на средната шупливост на средината на хляба. Получените резултати са много ниски и следва, че закупените хлябове не отговатят на стандарта [5]. Същите изображения са бинаризирани отново като към получения праг за бинаризиране е добавено отместване 15 и за трите марки хляб, след което е изчислен коефициента на различие и получените резултати са нанесени в таблица 2. Направено е осредняване на получените резултати, нанесено в последния ред на таблицата.
Таблица 2 Коефициент на различие в %
Марка 1 Марка 2 Марка 3
Проба Kdiv Kdiv (отм 15) Проба Kdiv Kdiv (отм 15) Проба Kdiv Kdiv (отм 15)
1 37,46 68,82 1 39,41 71,53 1 19,58 53,57
2 37,83 75,36 2 30,35 63,14 2 30,11 58,69
3 34,10 74,82 3 33,05 68,48 3 31,69 67,24
4 30,19 73,45 4 31,48 67,49 4 37,29 75,39
5 37,99 68,05 5 33,20 69,88 5 37,78 74,59
6 42,24 70,35 6 32,01 70,66 6 40,70 76,91
7 37,50 67,47 7 33,32 68,42 7 41,73 78,26
8 38,49 68,08 8 36,39 72,59 8 39,07 70,25
9 41,99 75,02 9 34,78 69,84 9 38,28 77,43
10 44,41 75,83 10 34,14 68,82 10 40,62 72,59
Средно 38,22 71,73 Средно 33,81 69,09 Средно 35,69 70,49
Фиг. 1 Графично представяне на осреднените коефициенти на различие
След като са заснети пробите от трите марки хляб, те са използвани за провеждане на референтен физико-химичен анализ. Получените резултати са осреднени за съответната марка и са нанесени в последната колона на таблица 1.
На фигура 1 са представени графично осреднените резултати за коефициента на различие получен при бинаризиране с метода Moment-Preserving, при бинаризиране на изображенията със задаване на отместване на прага с константна стойност 15 и шупливостта на хляба, получена по физико-химичния метод. Резултатите показват, че коефициента на различие получен при бинаризиране с добавяне на константно отместване към прага се доближават до резултатите получени чрез референтния анализ.
Заключение
В настоящата работа беше разгледан метод за автоматично бинаризиране на изображения и определяне на коефициента на различие. За изследваните три марки хляб средното отклонение на предложения компютърно базиран метод спрямо физико-химичния е 0,4 (фиг.1). Получени резултати показват, че алгоритъма за бинаризиране Moment-Preserving Thresholding може да се използва за оценяване шупливостта на хляб.
Библиография
1. Gogova, Tzv., M. Baeva, Aliments et boissons speciales (fonctionnels) a la base des cereales, UFT Academic Publishing House, Plovdiv, 2012
2. Tsai, W-H, Moment-Preserving Thresholding: A New Approach, in CVGIP, vol.29, pp 377-393, 1985
3. http://www.djvu-soft.narod.ru/bookscanlib/035.htm
4. БДС 3412-79, Хляб и хлебни изделия. Правила за вземане на проби и методи за изпитване, София
5. Утвърден стандарт „БЪЛГАРИЯ" - УС 02/2011 - Хляб „Бял", Министерство на земеделието и храните, София, 2011
