CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.5. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CÀ CHUA
Cà chua là một trong những mặt hàng nông sản cũng như rau quả thực phẩm quen thuộc với chúng ta. Quá trình sinh trưởng của quả cà chua từ lúc kết quả đến lúc chín hồn tồn trải qua các giai đoạn biến đổi hình thái về màu sắc mà bằng mắt thường, con người có thể thấy được sự thay đổi đó. Các giai đoạn chuyển hóa của quả cà chua được trình bày cụ thể sau đây: 8
❖ Thời kỳ quả xanh: Quả và hạt phát triển chưa hoàn thiện. Nếu thu hái quả
vào lúc này và thơng qua thúc chín tới thì quả khơng bình thường, khơng có hương vị, khơng có màu sắc đặc trưng của giống.
❖ Thời kỳ quả chín xanh: chất keo bao quanh hạt được hình thành, quả chưa
có màu hồng hoặc màu vàng. Nếu thúc chín thì quả sẽ thể hiện màu sắc của giống nhưng hương vị khơng rõ như quả chín trên cây.
❖ Thời kỳ chín vàng: Đỉnh quả xuất hiện màu vàng hoặc màu hồng với diện
tích bề mặt chiếm khoảng 10%.
❖ Thời kỳ chuyển màu: Diện tích bề mặt 10-30%, có màu vàng hoặc đỏ nhạt.
❖ Thời kỳ quả chín hồng: diện tích bề mặt 30-60%, có màu đỏ nhạt hoặc vàng.
❖ Thời kỳ chín đỏ: diện tích bề mặt quả 90% có màu đỏ. 8
Ở phạm vi của đề tài, những quả cà chua sẽ được phân thành 3 nhóm quả có màu như sau, dựa trên đặc điểm về màu sắc ở các giai đoạn:
Loại 1: Quả chín hồng và quả chín đỏ. Loại 2: Quả chín vàng hoặc vàng xanh Loại 3: Quả xanh hoặc quả non.
Cơ sở và các tiêu chí phân loại:
Trong quá trình thực hiện đề tài tụi em có tìm hiểu về các tiêu chuẩn xuất nhập khẩu nông sản trong nước, nghiên cứu quá trình phát triển của cà chua và giá cả thị trường của các loại cà chua.
=> Nhận thấy có 3 giai đoạn rõ rệt:
- Khi cà chua mới được hình thành màu xanh, non và khơng có chất dinh dưỡng. Khi tiêu thụ sẽ dễ gây ngộ độc thực phẩm nhiều hơn. Các triệu chứng ngộ độc do ăn cà chua xanh thường là buồn nôn, nôn mửa, tiết nước bọt, yếu sức, mệt mỏi và… thậm chí trường hợp nghiêm trọng có thể đe dọa tính mạng
- Cà chua vàng thì đang trong giai đoạn phát triển nên có để chờ chín 1 vài ngày thì sẽ sử dụng được.
- Cà chua đỏ là trạng thái hoạn thiện nhất, có thể sử dụng rộng rãi trên thị trường làm thực phẩm hoặc mỹ phẫm => năng suất tiêu thụ lớn.
2.5.1.Các màu sắc cơ bản của sản phẩm
Khơng gian màu là một mơ hình tốn học dùng để mô tả các màu sắc trong thực tế được biểu diễn dưới dạng số học. Trên thực tế có rất nhiều khơng gian màu khác nhau được sử dụng vào những mục đích khác nhau. Trong phần này sẽ tìm hiểu qua về hai không gian màu cơ bản hay được nhắc tới và ứng dụng nhiều, đó là hệ không gian màu RGB, HSV.
⚫ Không gian màu RGB
RGB là không gian màu rất phổ biến được dùng trong đồ họa máy tính và nhiều thiết bị kĩ thuật số khác. Ý tưởng chính của khơng gian màu này là sự kết hợp của 3 màu sắc cơ bản: màu đỏ (R, Red), xanh lục (G, Green) và xanh lơ (B, Blue) để mô tả tất cả các màu sắc khác. 4
Nếu như một ảnh số được mã hóa bằng 24 bit, nghĩa là 8 bit cho kênh R, 8bit cho kênh G, 8 bit cho kênh B, thì mỗi kênh màu này sẽ nhận giá trị từ 0-255. Với mỗi giá trị khác nhau của các kênh màu kết hợp với nhau ta sẽ được một màu khác nhau, như vậy ta sẽ có tổng cộng 255x255x255 = 1.66 triệu màu sắc. Dưới đây là một số màu cơ bản được biển diễn trong hệ màu RGB: 4
❖ (255, 0, 0) là màu đỏ
❖ (0, 255, 0) là màu xanh lá cây ❖ (255, 255, 0) là màu vàng
⚫ Không gian màu HSV
HSV là không gian màu được dùng nhiều trong việc chỉnh sửa ảnh, phân tích ảnh và một phần của lĩnh vực thị giác máy tính. Hệ khơng gian này dựa vào 3 thơng số sau để mô tả màu sắc H = Hue: màu sắc, S = Saturation: độ đậm đặc, sự bảo hòa, V = value: giá trị cường độ sáng. Không gian màu này thường được biểu diễn dưới dạng hình trụ hoặc hình nón . Theo đó, ứng dụng xử lý ảnh trong thực tế với thư viện OpenCV. 9
Hình 2. 30 Khơng gian màu HSV và mơ hình khơng gian màu HSV Hệ toạ độ cho không gian màu HSV ta thấy:
➢ Giá trị màu thuần khiết (Hue): chạy từ 0 đến 360°
➢ Độ bão hòa màu (Saturation): là mức độ thuần khiết của màu, có thể hiểu là có bao nhiêu màu trắng được thêm vào màu thuần khiết này. Giá trị của S nằm trong đoạn [0, 255], trong đó S = 255 là màu tinh khiết nhất, hồn tồn
chất.
➢ Độ sáng của màu (Value): có giá trị dao động trong đoạn [0, 255], trong đó V = 0 là hoàn toàn tối (đen), V = 255 là hồn tồn sáng. Nói cách khác, V càng lớn thì màu càng sáng. 9
2.5.2.Phương pháp nhận dạng màu sắc cà chua
Ảnh sau khi được camera chụp và định dạng RGB sẽ được chuyển sang một hệ màu mới thích hợp cho việc phân tích màu sắc hơn, trong đó có sự phân chia biểu diễn về vùng màu, độ bão hịa, và độ sáng. Đó là hệ màu HSV.
Hình 2. 31 Dải màu sắc (H) trong hệ màu HSV
Trong phạm vi đề tài, mỗi màu sắc được biểu diễn bằng một tổ hợp bộ 3 giá trị (H, S, V). Đối với các đặc trưng về độ bão hịa (S) và độ sáng (V), cần lấy tồn bộ các giá trị từ [0÷255] để đảm bảo có thể nhận biết được màu sắc với mọi mức bão hòa và độ sáng khác nhau. Riêng giá trị (H), cần căn cứ vào dải phổ màu (hình 2.15) để đưa ra được khoảng giá trị màu sắc phù hợp, phản ánh đúng đặc trưng màu sắc ở bề mặt cà chua. 10
Các giá trị HSV có được sau nhiều lần lấy mẫu, hiệu chỉnh, đối chiếu và so sánh
Đầu tiên, em căn cứ vào bảng màu HSV để đưa ra những giá trị HSV phù hợp. Sau q trình này, ta sẽ có được những giới hạn (hoặc ngưỡng màu) như sau:
❖ Màu đỏ: (0, 0, 0) ÷ (8, 255, 255) ❖ Màu vàng: (15, 0, 0) ÷ (60, 255 ,255) ❖ Màu xanh lục: (70, 0, 0) ÷ (150, 255, 255)
Cơng đoạn tiếp theo, cà chua được phân tách màu sắc bề mặt với các ngưỡng màu đã có được từ việc đối chiếu thủ cơng với bảng màu HSV từ trước. Ở giai đoạn này, sẽ có sai lệch về màu sắc chọn ngưỡng và màu sắc thực tế của cà chua nhưng không quá lớn.
thực tế của màu sắc bề mặt quả cà chua. Dưới đây là 4 loại màu sắc trong phạm vi đề tài: ⚫ Màu đỏ: Giá trị HSV (0, 100, 100) ÷ (10, 255, 255) (160, 100, 100) ÷ (179, 255, 255) Hình 2. 32 Cà chua đỏ ⚫ Màu vàng: Giá trị HSV (21, 39, 64) ÷ (40, 255, 255 ) Hình 2. 33 Cà chua vàng ⚫ Màu xanh:Giá trị HSV (45, 68, 34) ÷ (54, 86, 47 )
Hình 2. 34 Cà chua xanh
2.5.3.Phương pháp đánh giá chất lượng theo màu sắc
Với sự giúp đỡ của thư viện OpenCV, ngôn ngữ lập trình Python và kit Raspberry Pi 3, cơng việc nhận biết và phân loại màu sắc của quả cà chua sẽ gồm những cơng đoạn chính như sau:
❖ Chụp và lưu ảnh quả cà chua.
❖ Dùng thuật tốn phát hiện màu (tìm màu, tính số lượng pixel vùng màu, tính phần trăm số lượng pixel của mỗi màu trên số lượng pixel toàn bề mặt quả cà chua) và “dán nhãn” phân loại cà chua (gồm 3 loại cà chua: đỏ, vàng, xanh ) từ ảnh đã được chụp bằng camera.
❖ Lưu dữ liệu cho bộ phận phân loại làm việc
❖ Bộ phận đánh giá phân loại cà chua theo dữ liệu đã cho ❖ Cập nhật ảnh chụp mới.