CN101403610B - 一种基于数字图像法测量皮革面积的***及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于数字图像法测量皮革面积的***及其方法，包括与图像采集设备镜头相连的CCD摄像机，CCD摄像机连接图像采集卡并与计算机相连，测量步骤包括：第一，对***进行标定，获取***的像素当量ε，得到单位像素所代表的实际尺寸，第二，获取待测皮革的灰度图像，第三，对灰度图像去噪，第四，利用迭代阈值法将灰度图像转化为二值图像，将目标与背景区分开，第五，对图像进行二次去噪，第六，用矢量分析法对皮革图像处理，得到目标区域的边缘轮廓以及像素数，第七，计算出待测皮革面积；具有成本低、非接触、测量精度高、便于工业化使用的特点。
Description
技术领域
本发明属于皮革面积测量技术领域，特别涉及一种基于数字图像法测量皮革面积的***及其方法。
背景技术
在革制品制备过程中，皮革是按面积计价的，如果没有快速准确的面积测量仪器与设备，革制品的制备过程中会产生较大的误差，在皮革交易中，同样会导致交易一方一定程度上的经济损失。
目前测量皮革面积广泛使用的是量革机，该仪器由光电转换电路和一系列集成电路组成，其测量原理是将皮革微分，然后累计求和。即将皮革分成一个个大小相等的单位面积，然后利用光电转换电路将皮革的有无转换为电平的高低即“1”或“0”。计算机对皮革进行扫描检测，记录光电转换电路的输出电平，送进累加器求和。这样，皮革的面积就转化为单位面积的总和，根据一定的转换关系，就能得到皮革的实际面积。显然，单位面积划分得越小，测量的面积就越接近于实际值。但是单位面积划分得越小，难度也越大，实际上很难达到理想的精度。该仪器成本高、测量精度低，相对误差≥3％，操作复杂，测量前要用标准板对仪器进行多次校准，并且不能连续测量，不便于工业化使用。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种基于数字图像法测量皮革面积的***及其方法，具有测量的非接触性、成本低、精度高的优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于数字图像法测量皮革面积的***，包括有图像采集设备镜头，图像采集设备镜头的后端与CCD摄像机的前端相连，CCD摄像机的后端连接有图像采集卡，图像采集卡装在计算机中。
一种基于数字图像法测量皮革面积的方法，包括如下步骤：
第一步，对***进行标定，即用***对一个已知几何参数物体的尺寸进行测量，获取***的像素当量ε，得到单位像素所代表的实际尺寸。
第二步，用图像采集设备镜头对待测皮革进行成像，将获取的图像通过CCD摄像机与图像采集卡输入计算机，获取待测皮革的图像。
第三步，对得到的皮革的图像，在计算机中采用图像处理算法中的滤波处理对信号去噪，减小图像噪声。
第四步，对图像进行增强处理。由于皮革图像是一种全纹理图像，所以在处理时必须消除皮革纹理的影响，最简单有效的方法就是寻找一个阈值将皮革图像区域与背景区域区分开。本发明利用迭代阈值法将灰度图像转化为二值图像，将皮革图像与背景区分开来。
第五步，对二值化后的图像进行二次去噪，去除目标区域内的孤立噪声点以及皮革边缘的突刺。由于皮革图像边界上有许多不规则的突起，即所谓的“突刺”，且边界上的“突刺”由于面积过小而无法使用，因此在处理时应该尽量将突刺去掉；另外由于皮革纹理表面是光滑的，所以在获取图像的过程中必然会由于光照不均而产生反光，导致利用迭代阈值法处理后得到的二值图像内部会存在噪声点，因此要进行二次去噪。
第六步，经过上述处理后，利用矢量分析法对皮革图像进行处理。具体包括如下步骤：边界跟踪，将边界点标号及记录相关矢量；边界标点按逆时针方向重新排序；按排序由小到大逐点判断当前边界点右侧像素是否满足边界点内点的条件，若满足则计算边界内像素，若不满足则继续判断下一个边界点；判断是否所有边界点都判断完，若全部判断完，则进行面积计算，否则继续判断。由于皮革图像多为轮廓区域不规则的图像，利用该方法能够得到同时得到理想的目标区域的边缘轮廓以及目标区域的像素数。
第七步，根据计算公式：D＝ε*N计算出待测皮革面积。其中，D为待测皮革的几何参数，N＝B/2+IB为测得的待测皮革物体的像元数，ε＝S/M为***的像素当量，其中B为物体的边界像素数，IB为物体边界内像素总数，S为标定物体的几何参数，M为测得的标定物体的像元数。
本发明采用基于数字图像法测量物体表面积，该测量***通过光学***对被测物的几何尺寸以一定的、准确的倍率成像于CCD光敏面上，对CCD的输出进行A/D转换，然后送往计算机进行处理以实现测量，能够实现在非接触环境中对皮革的面积进行测量，具有成本低、非接触、测量精度高、便于工业化使用的特点。
附图说明
图1为本发明的数字图像法测量皮革面积的***图。
图2为本发明图像处理流程图。
图3为本发明矢量分析法对皮革图像进行处理的流程图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的测量***及其方法作进一步详细说明。
参见图1，一种基于数字图像法测量皮革面积的***，包括有图像采集设备镜头1，图像采集设备镜头1的后端与CCD摄像机2的前端相连，CCD摄像机2的后端连接有图像采集卡3，图像采集卡3装在计算机4中。
参见图1、图2、图3，一种基于数字图像法测量皮革面积的方法，包括如下步骤：
第一步，对***进行标定，即利用该***对一个几何参数S已知的物体进行测量，得到代表其参数的像素数M，然后利用公式ε＝S/M计算出***的像素当量ε，得到单位像素所代表的实际尺寸。
第二步，用图像采集设备镜头1对待测皮革5进行成像，将获取的图像通过CCD摄像机2与图像采集卡3输入计算机4，获取待测皮革5的图像。
第三步，在计算机中采用图像处理算法中的中值滤波处理对得到的图像去噪，减小图像噪声。
第四步，对图像进行增强处理。由于皮革图像是一种全纹理图像，所以在处理时必须消除皮革纹理的影响，最简单有效的方法就是寻找一个阈值将皮革图像区域与背景区域区分开，将图像中大于阈值的灰度值设为1，小于阈值的灰度值设为0。本发明中采用迭代阈值法达到这个目的。
第五步，对二值化后的图像进行二次去噪，去除目标区域内的孤立噪声点以及皮革边缘的突刺。由于皮革图像边界上有许多不规则的突起，即所谓的“突刺”，且边界上的“突刺”由于面积过小而无法使用，因此在处理时应该尽量将突刺去掉；另外由于皮革纹理表面是光滑的，所以在获取图像的过程中必然会由于光照不均而产生反光，导致利用迭代阈值法处理后得到的二值图像内部会存在噪声点。为了去除这些噪声，本发明中采用以下的方法：对每一个像素点，判断其八领域中与其灰度值不同的像素个数，若大于半数，则将其视为噪声点，将该点赋予相反的灰度值，反之不变。
第六步，经过上述处理后，利用矢量分析法对皮革图像进行处理，具体包括如下步骤：边界跟踪，即边界点标号及记录相关矢量；边界标点按逆时针方向重新排序；按排序由小到大逐点判断当前边界点右侧像素是否满足边界点内点的条件，若满足则计算边界内像素，若不满足则继续判断下一个边界点；判断是否所有边界点都判断完，若全部判断完，则进行面积计算，否则继续判断。由于皮革图像多为轮廓区域不规则的图像，利用该方法能够同时得到理想的目标区域的边缘轮廓以及目标区域的像素数。
第七步，根据计算公式：D＝ε*N计算出待测皮革面积。其中，D为待测皮革的几何参数，N＝B/2+IB为测得的待测皮革物体的像元数，ε＝S/M为***的像素当量，其中B为物体的边界像素数，IB为物体边界内像素总数，S为标定物体的几何参数，M为测得的标定物体的像元数。
实施例一
一种基于数字图像法测量皮革面积的方法，包括如下步骤：
第一步，选取一个已知面积S＝1135mm2的圆物体，利用该***对其进行标定测量，经过5次测量取平均值，得到其像素数M＝19452，然后利用公式ε＝S/M计算出该***的像素当量ε＝0.058348755911988mm2/像素。
第二步，用图像采集设备镜头1对面积为1620mm2的待测皮革进行成像，将获取的图像通过CCD摄像机2与图像采集卡3输入计算机4，获取待测皮革图像。
第三步，在计算机中采用图像处理软件算法中的中值滤波处理对得到的图像去噪，减小图像噪声。
第四步，用迭代法选取一个最优阈值，将图像中大于阈值的灰度值设为1，小于阈值的灰度值设为0。
第五步，对每一个像素点，判断其八领域中与其灰度值不同的像素个数，若大于半数，则将其视为噪声点，将该点赋予相反的灰度值，反之不变。
第六步，边界跟踪，将边界点标号及记录相关矢量；边界标点按逆时针方向重新排序；按排序由小到大逐点判断当前边界点右侧像素是否满足边界点内点的条件，若满足则计算边界内像素，若不满足则继续判断下一个边界点；判断是否所有边界点都判断完，若全部判断完，则进行面积计算，否则继续判断，如此最终得到被测皮革边界像素总数B＝649，边界内像素总数IB＝27623。
第七步，利用公式D＝ε*N计算出待测皮革面积，即面积＝(0.058348755911988mm2/像素)×(649/2+27623)＝1630.701856mm2。测量相对误差为0.660608％。
实施例二
一种基于数字图像法测量皮革面积的方法，包括如下步骤：
第一步，选取一个已知面积S＝1135mm2的圆物体，利用该***对其进行标定测量，经过5次测量取平均值，得到其像素数M＝19452，然后利用公式ε＝S/M计算出该***的像素当量ε＝0.058348755911988mm2/像素。
第二步，用图像采集设备镜头1对面积为2730mm2的待测皮革进行成像，将获取的图像通过CCD摄像机2与图像采集卡3输入计算机4，获取待测皮革的图像。
第三步，在计算机中采用图像处理软件算法中的中值滤波处理对得到的图像去噪，减小图像噪声。
第四步，用迭代法选取一个最优阈值，将图像中大于阈值的灰度值设为1，小于阈值的灰度值设为0。
第五步，对每一个像素点，判断其八领域中与其灰度值不同的像素个数，若大于半数，则将其视为噪声点，将该点赋予相反的灰度值，反之不变。
第六步，边界跟踪，将边界点标号及记录相关矢量；边界标点按逆时针方向重新排序；按排序由小到大逐点判断当前边界点右侧像素是否满足边界点内点的条件，若满足则计算边界内像素，若不满足则继续判断下一个边界点；判断是否所有边界点都判断完，若全部判断完，则进行面积计算，否则继续判断，如此最终得到边界像素总数B＝867，边界内像素总数IB＝46527。
第七步，利用公式D＝ε*N计算出待测皮革面积，即面积＝(0.058348755911988mm2/像素)×(867/2+46527)＝2740.08675mm2。测量相对误差为0.369478％。
实施例三
一种基于数字图像法测量皮革面积的方法，包括如下步骤：
第一步，选取一个已知面积S＝1135mm2的圆物体，利用该***对其进行标定测量，经过5次测量取平均值，得到其像素数M＝19452，然后利用公式ε＝S/M计算出该***的像素当量ε＝0.058348755911988mm2/像素。
第二步，用图像采集设备镜头1对面积为1315mm2的待测皮革进行成像，将获取的图像通过CCD摄像机2与图像采集卡3输入计算机4，获取待测皮革的图像。
第三步，在计算机中采用图像处理软件算法中的中值滤波处理对得到的图像去噪，减小图像噪声。
第四步，用迭代法选取一个最优阈值，将图像中大于阈值的灰度值设为1，小于阈值的灰度值设为0。
第五步，对每一个像素点，判断其八领域中与其灰度值不同的像素个数，若大于半数，则将其视为噪声点，将该点赋予相反的灰度值，反之不变。
第六步，边界跟踪，将边界点标号及记录相关矢量；边界标点按逆时针方向重新排序；按排序由小到大逐点判断当前边界点右侧像素是否满足边界点内点的条件，若满足则计算边界内像素，若不满足则继续判断下一个边界点；判断是否所有边界点都判断完，若全部判断完，则进行面积计算，否则继续判断，如此最终得到边界像素总数B＝652，边界内像素总数IB＝22343。
第七步，利用公式D＝ε*N计算出待测皮革面积，即面积＝(0.058348755911988mm2/像素)×(652/2+22343)＝1322.70795mm2。测量相对误差为0.586156％。
Claims (2)
1.一种基于数字图像法测量皮革面积的方法，其特征是，包括如下步骤：
第一步，对***进行标定，即用***对一个已知几何参数物体的尺寸进行测量，获取***的像素当量ε，得到单位像素所代表的实际尺寸；
第二步，用图像采集设备镜头对待测皮革进行成像，将获取的图像通过CCD摄像机(2)与图像采集卡(3)输入计算机(4)，获取待测皮革的图像；
第三步，对得到的皮革的图像，在计算机中采用图像处理算法中的滤波处理对信号去噪，减小图像噪声；
第四步，采用迭代阈值法将灰度图像转化为二值图像，将皮革图像与背景区分开来；
第五步，对二值化后的图像进行二次去噪，去除目标区域内的孤立噪声点以及皮革边缘的突刺；
第六步，经过上述处理后，利用矢量分析法对皮革图像进行处理，具体包括如下步骤：边界跟踪，将边界点标号及记录相关矢量；边界标点按逆时针方向重新排序；按排序由小到大逐点判断当前边界点右侧像素是否满足边界点内点的条件，若满足则计算边界内像素，若不满足则继续判断下一个边界点；判断是否所有边界点都判断完，若全部判断完，则进行面积计算，否则继续判断；
第七步，根据计算公式：D＝ε*N计算出待测皮革面积，其中，D为待测皮革的几何参数，N＝B/2+IB为测得的待测皮革物体的像素数，ε＝S/M为***的像素当量，其中B为物体的边界像素数，IB为物体边界内像素总数，S为标定物体的几何参数，M为测得的标定物体的像素数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所说的边界跟踪的具体方法是：首先利用八方向边界跟踪找到图像边界点并对边界点标号及记录相邻两边界点之间的方向关系；之后按照边界点标号顺序及其方向关系计算出属于边界内的像素数，即计算出待测皮革图像的像素数。
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