Dialnet-SistemaDeSeleccionElectronicoDeCafe

investigacin

Tecnura Vol. 16 No. 34 octubre-diciembre de 201284 Tecnura Vol. 16 No. 34 pp. 84 - 93 octubre diciembre 2012

Palabras clave: caf excelso, procesamiento digital de imgenes, seleccin, umbraliza-cin multinivel.

Key words: excelso coffee, digital image processing, screening, multilevel threshold.

$$"Z

procesamiento de imgenes An automatic sorting system based on coffee-grain color

processing

ILBER ADONAYT RUGE RUGEIngeniero electrnico, magster en Ingeniera de Control Industrial. Docente de la Universidad de Cundinamarca. Fusagasug, Colombia. Contacto: [email protected]

ARTHUR STEVEN PINZON ARIASIngeniero electrnico. Investigador de la Universidad de Cundinamarca. Fusaga-sug, Colombia. Contacto: [email protected]

DANIEL ENRIQUE MORENO OCHOAIngeniero electrnico. Investigador de la Universidad de Cundinamarca. Fusaga-sug, Colombia. Contacto: [email protected]

Fecha de recepcin: 9 de noviembre de 2011 Clasificacin del artculo: Investigacin

Fecha de aceptacin: 28 de agosto de 2012 Financiamiento: Universidad de Cundinamarca

RESUMEN

En este artculo se describe brevemente una apli-cacin del procesamiento de imgenes digitales mediante la tcnica de umbralizacin multinivel,

que pretende dar solucin a una problemtica ! ] -_ cuentan con un medio ms adecuado en costo y produccin para la seleccin del caf en la pre-sentacin excelso de una manera automtica y se

Sistema de seleccin electrnico de caf excelso basado en el color mediante procesamiento de imgenesILBER ADONAYT RUGE RUGE / ARTHUR STEVEN PINZON ARIAS / DANIEL ENRIQUE MORENO OCHOA

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ven en la necesidad de seleccionar este producto de manera manual.

ABSTRACT

This paper describes an application of digital-ima-ge processing using multi-threshold techniques

intended to solve an existing problem at the low- and medium-production coffee farms. The moti-vation behind this study is that these farms do not

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Tecnura Vol. 16 No. 34 octubre-diciembre de 201286

En la etapa de ubicacin del grano de caf y la realizacin de la captura de imagen, se dispone de un sistema de disco con agujeros que, al rotar, ]-"

El sistema de captura de imagen digital est con-stituido por una caja hermticamente sellada con iluminacin constante, que facilita las condicio-nes adecuadas para la toma de imgenes con una cmara digital y una compuerta que permite la salida de los granos luego de ser evaluados. El -cionado a 7 cm de la base de disposicin del grano debido que sta es la distancia de foco de la cmara.

inadecuado. Un producto de color uniforme posee un aspecto ms atractivo, incrementando su va-lor, calidad y evitando las aspectos indeseables de granos defectuosos en las caractersticas de una buena bebida.

Tomando como caracterstica principal el color ` -puestos a realizar para la seleccin del caf excel-"

Zinicial del sistema selector. Su funcin es recibir los granos de caf sin seleccionar y ubicarlos uno a uno para la etapa de captura de imagen.

Para la recepcin del grano de caf, sin seleccio-nar, se dispone de una tolva receptora metlica.

Tabla 1B""Z

""ZB

"Z

Aro

ma

Asp

ecto

1.Negro total o parcial

2.Cardenillo

3.Vinagre o parcialmente vinagre

4.Cristalizado

5.Decolorado veteado

6.Decolorado reposado

7.Ambar o mantequillo

8.Decolorado sobresecado

10.Picado por insectos

11.Averanado o arrugado

'&B*I

13. Aplastado

'C

Afecta Puede afectar No afecta

Fuente: Federacin Nacional de Cafeteros de Colom-bia, Aprenda a vender su caf.

Figura 1.$"Z

Fuente: elaboracin propia

Figura 2.H!*$



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Las imgenes son adquiridas con una cmara dig-

__ {|{_- ~"{{ !3 -sider adecuada de acuerdo a pruebas realizadas con diferentes cmaras ejecutando el algoritmo 3_-periores, el tiempo de ejecucin era muy elevado

3-bido a las caractersticas bajas de los equipos de "

Posteriormente, se determin el fondo ms ade-cuado para las paredes del ambiente de captura |

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')

'|)

\!

_ imagen luego de ser recortada.


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Para la segmentacin de una imagen a color se emplea la tcnica de umbralizacin multinivel [5], debido a que se pueden establecer, con ma-]

-nas, sin confusin con otras zonas en la imagen. Z_un color caracterstico de los granos buenos que ya est predeterminado de acuerdo a informacin proporcionada por comercializadores del caf.

Teniendo en cuenta otras consideraciones, las imgenes son analizadas en modelo de color RGB, al ser ste el estndar que manejan la ma-yora de las cmaras digitales, lo que permite op-timizar el programa de control en velocidad, pues no necesita realizar conversiones.

Otro aspecto de gran importancia en el uso del espacio de color RGB es su gran cantidad de to-nalidades para cada color, que aporta mayor pre-cisin en la formacin de los grupos, evitando que se confundan lo colores entres s dentro de los grupos.

Para la utilizacin del mtodo de segmentacin por umbralizacin multinivel, es necesario esta-blecer grupos para cada rea que se desee seg-mentar. A cada grupo hay que asignarle un rango mnimo y uno mximo, para cada componente +W$3]mnimo y otro mximo, del mismo modo con el 3lmites del conjunto que contiene los pixeles rela-cionados con el rea analizada. Los rangos encon-trados se emplean de la siguiente manera:

'+&!+!)?%\'W&!W!)?%\'&!!)W+K-PO 1,

'+ &! +!) ?%\ 'W&!W!)?%\'&!!)GRUPO 2,

'+%&!+!%)?%\'W%&!W!%)?%\'%&!!%)W+K&@%

Entonces,

'W+K&@`@+W+K&@@+W+K&@%)AREA SEGMENTADA

Los pasos mostrados anteriormente se deben eje-cutar para cada rea que se desee segmentar, para el caso tratado en este trabajo de investigacin, slo es necesario establecer tres reas: fondo, rea buena del grano y rea mala del grano.

Los rangos de los grupos son tomados de manera experimental en las reas de las imgenes que se desean segmentar, con la ayuda de un programa (/Z?$-sibilidad de tomar datos de los pixeles de cada rea dando como resultado el valor en RGB de cada pixel y su coordenada.

Para segmentar las reas de grano bueno se nece-sit realizar un proceso igual al utilizado para el fondo, pero esta vez con la zona buena del grano.

Figura 9.J$!K@] B

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Posteriormente, se segmenta, con IMLAB, la ima-gen con los datos obtenidos. Para la segmentacin '`{)


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cesamiento de imagen, se logr determinar que un grano bueno se puede catalogar como aquel que tiene menos de 1000 pixeles de rea mala o daada de grano evaluado.

3. RESULTADOS

Z`|_selectora de caf implementada.

Para analizar los resultados alcanzados por el sis-tema selector fue necesario contar con la ayuda del experto de la Hacienda Cafetera California, en el municipio de Viota-Cundinamarca, Carlos Lpez, quien, observando los resultados ofreci-dos por el sistema, dio su propio concepto con los granos evaluados por el sistema selector.

Para la realizacin de las pruebas se emplearon 100 granos de caf, los cuales fueron selecciona-dos por el sistema selector, ofreciendo resultados 3compararlos con el veredicto dado por el experto que los seleccion manualmente.

Figura 13$"Z


Figura 14."Z


Figura 15. Pruebas y resultados de la evaluacin del "Z

Fuente: Federacin Nacional de Cafeteros de Colom-bia, Aprenda a vender su caf.

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Se encontr que el sistema coincidi de manera !en relacin a los granos que estaban afectados _3presentando tan slo un problema con un grano que tena un grado de dao bastante pequeo y la resolucin del sistema no lo tom, el rea afec-

|

-terio del experto no era de importancia, pues los granos de caf, en su inmensa mayora, cuando se encuentran con algn defecto, existe una alta tendencia a que se afecte el grano en su totali-dad. Por tal motivo, luego de buscar ms gra-nos con esta misma caracterstica se determin que el sistema est en capacidad de seleccionar

|"&segn recomendaciones del conocedor del caf, lo importante es que reconozca reas afectadas

{-ma cumple con las expectativas de este experto.

4. CONCLUSIONES

Para segmentar por umbrales es necesario una iluminacin uniforme en la imagen, puesto que, en esta tcnica de segmentacin, se establecen unos rangos para los pixeles y los cambios de luz en el ambiente afectan notablemente los re-sultados de forma negativa. Por ello, es impor-tante el uso de un ambiente controlado que logre garantizar condiciones correctas para la toma de las imgenes.

En las aplicaciones donde se requiera segmentar objetos que no se resaltan con facilidad, y que se encuentran con otros objetos que s sobresalen,, -]

3al no ajustarse a las regiones ms relevantes y limitarse a segmentar lo que se le estipul como ]3-dos mostrados en el presente trabajo, donde es

importante resaltar defectos del grano que tienen gran parecido con las areas buenas del grano.

En la segmentacin de imgenes por mltiples umbrales, es importante que estos no posean un rango muy grande, porque una ventana de tra-bajo amplia permitira que se segmentaran zo-nas indeseadas, abriendo la posibilidad de que los componentes de la imagen se combinaran de diversas formas obteniendo una segmentacin inadecuada.

Para el desarrollo del sistema selector de granos de caf se emple el espacio de color RGB, puesto que tiene una ventana amplia de 0 a 255 valores para cada componente de color, lo que contribuye con la precisin en la segmentacin, al momento de generar los rangos de los um-brales, adems, este espacio de color lo emplean la mayora de las cmaras digitales, lo que evita la conversin de la imagen, ahorrando tiempo de ejecucin y evitando errores en las aproximacio-nes al transformar la imagen de un espacio de color a otro.

La seleccin de la cmara digital empleada para la adquisicin de las imgenes cumple un papel importante en el buen desempeo del sistema, puesto que las cmaras poseen sensores de lu-minosidad que tienen relacin proporcional con el contraste y la toma de imgenes con colores reales.

Una ventaja que poseen los mtodos de segmen-]]]-ables, es que en la ejecucin de un algoritmo no se necesita iterar en busca de los parmetros para _3consiguiente son ms rpidos. Pero la desven-taja fundamental que tienen estos mtodos, al no ser ajustables, es que son diseados para ciertas cambian un poco no funcionan.


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[1] Federacin Nacional de Cafeteros de Co-lombia, Cartilla cafetera, Tomo II, Centro Nacional de Investigaciones de Caf: Co-lombia, Octubre de 2004, pp.152-190.

[2] Federacin Nacional de Cafeteros de Co-lombia, Aprenda a vender su caf, Colom-^{{|"`{`"

&rocesamiento digital de Imgenes, Depar-tamento de recursos hdricos, Facultad de Ingeniera Agrcola, 2010, [en lnea]. Dispo-nible:

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