درجه بندی گردو با استفاده از ماشین بینایی بر اساس جرم ویژه (258)
محمد حاجی زاده  ، مهدی کسرایی


چکیده
      برخی از محصولات کشاورزی مانند گردو، بادام و پسته بر اثر امراض یا آفات دچار چروکیدگی یا پوکی مغز شده و کیفیت داخلی این محصولات پایین آمده و در نتیجه نیاز به جدا کردن محصول سالم از غیر سالم و یا جدا کردن محصول در گروه های مختلف می شود. خصوصیات ظاهری (خارجی) نمی توانند معیار خوبی برای بررسی کیفیت این محصولات باشد. در این تحقیق یک روش سریع، دقیق و غیر مخرب برای درجه بندی میوه گردو بر اساس جرم ویژه آن ها با استفاده از سیستم ماشین بینایی ارائه شده است. برای به دست آوردن جرم ویژه، جرم 60 گردو با استفاده از یک ترازوی دیجیتالی با دقت 01/0 گرم اندازه گیری شد و حجم آن ها به سه روش شعاع موثر، مساحت سطح و مجموع المان ها ازطریق پردازش تصویر محاسبه گردید و در نهایت جرم ویژه (نسبت جرم به حجم) در هر روش مشخص شد. بر اساس آستانه هایی که برای درجه بندی انتخاب شد، میوه گردو در 3 درجه مختلف درجه بندی گردید. مقادیر ضریب تعیین برای سه روش شعاع موثر، مساحت سطح و مجموع المان ها به ترتیب  82/0، 94/0 و 87/0 به دست آمد که روش مساحت سطح به دلیل داشتن ضریب تعیین بالاتر نسبت به دو روش دیگر مناسب تر بود. در نهایت مقادیر واقعی و محاسبه شده جرم ویژه بر اساس آستانه های انتخابی مورد مقایسه قرار گرفت که خطای درجه بندی در سه روش شعاع موثر،  مساحت سطح و مجموع المان ها به ترتیب 6/6، 3 و 6/6 درصد به دست آمد.

كليدواژه: ماشین بینایی ، درجه بندی، گردو، جرم ویژه، پردازش تصویر
 
مقدمه
    بر اساس گزارشهای(FAO,2004) میزان تولید گردوی جهان به بیش از 5/1 میلیون تن رسیده است . گردو ها از نظر تجاری در 48 کشور دنیا در مساحتی حدود 650000 هکتار تولید می شوند و متوسط محصول در حدود 3/2 تن بر هکتار می باشد.
جدول1. درصد تولید گردو در 10 کشور برتر تولید کننده گردو
  1. چین (28%)    5. اکراین (5%)    9. مصر (2%)
2. ایالات متحده (20%)    6. رومانی (2%)    10. صربستان و مونته نگرو (2%)
3. ایران (11%)    7. فرانسه (2%)   
4. ترکیه (8%)    8. هند (2%)   

آمارها نشان از ارزش اقتصادی بالای این محصول با توجه به سطح زیر کشت بالای آن در کشورمان دارد. بنابراین درجه بندی این محصول و رعایت کردن استاندارد های بین المللی باعث افزایش مشتری پسندی این محصول در بازار های رقابتی داخلی و خارجی خواهد شد. جدول شماره (1) درصد تولید 10 کشور برتر تولید کننده گردو را نشان می دهد.
علت استفاده از روش ماشین بینایی در این پژوهش، کاربرد وسیع آن در علوم کشاورزی است به طوری که در کشورمان در بسیاری از امور پژوهشی اصلاح بذر نیاز به شمارش، تعیین سطح، طول، عرض و دیگر کمیت های فیزیکی دیگر وجود دارد. در حال حاضر کارشناسان این گونه خصوصیات را در بسیاری از مراکز پژوهشی کشورمان با وسایل دستی اندازه گیری می کنند. کار با این دستگاه ها وقت گیر بوده و خستگی ذهنی کارشناس، تجربه و دیگر محدودیت های فیزیکی وی در تعیین اندازه ها تاثیر گذار است. بنابراین با گسترش چشمگیر علوم و فناوری رایانه ای و امکان استفاده از این سیستم(ماشین بینایی) برای اندازه گیری کمیت های فیزیکی، درجه بندی، بازرسی و کنترل کیفیت تولیدات، توجه بسیاری از تولید کنندگان و پژوهشگران معطوف به استفاده هر چه بیشتر از این فناوری بشود.
برای درجه بندی محصولات کشاورزی معمولایکی از خصوصیات فیزیکی مثل رنگ، حجم، قطر و مساحت مورد استفاده قرار می گیرد.سیب بر اساس رنگ، شکل و اندازه، هلو بر اساس رنگ و گوجه فرنگی بر اساس شکل و رنگ می توانند درجه بندی شوند[4]. با توجه به اینکه مغز گردو برای ما اهمیت زیادی دارد، بنابر این باید از فاکتوری استفاده کرد تا کیفیت مغز را برای ما مشخص کند و بر اساس تحقیقات انجام شده برای بررسی کیفیت داخلی محصولات کشاورزی جرم ویژه می تواند معیار خوبی از کیفیت داخلی گردو باشد.
به طور کلی تعیین جرم ویژه برای تشخیص معایب داخلی (مخفی) مثل سرمازدگی  (یخ زدگی) و آسیب های داخلی ایجاد شده بوسیله حشرات مفید خواهد بود که یک چنین سیستمی برای گردو، بادام، پسته، پرتقال و سایر مرکبات که ماده خوراکی آنها به طور کلی با جرم ویژه میوه در ارتباط است، مفید می باشد[3].
مواد و روشها
در این تحقیق بر اساس تفاوت جرم ویژه در گردو ها، پوکی و پر بودن گردو تشخیص داده شد و به این منظور،  گردو ها در چند گروه طبقه بندی شدند. در ابتدا جرم (M) و حجم (V) گردو ها تعیین شد و در نهایت با استفاده از رابطه    و تفاوت جرم ویژه ، گردو ها درجه بندی گردیدند.
اندازه گیری جرم :
جرم هر گردو به طور جداگانه با استفاده از یک ترازوی دیجیتالی با دقت حداقل 01/0 گرم اندازه گیری شد.
اندازه گیری حجم:
در حالت کلی مشكلات مختلفی براي اندازه گيري حجم محصولات كشاورزي به روش هاي معمول وجود دارد كه مهم ترين آنها عبارتند از:
1.   شكل بي قاعده محصولات كشاورزي
2.    اندازه كوچك بسياري از محصولات همانند دانه ها و بذر ها
3.    طبيعت متخلخل بعضي از محصولات كشاورزي
4.    وقت گير بودن اين روش ها
5.     دقت نا كافي