基于图像分析技术的纸病识别策略.pdf
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1、第卷 第期造 纸 科 学 与 技 术 年月 作 者 简 介:同 剑 飞,生 于年,讲 师,硕 士,主 要 从 事 计 算 机 应 用 研 究。:基 金 项 目:教 育 部 产 学 研 合 作 协 同 育 人 项 目()基于图像分析技术的纸病识别策略同 剑 飞(西 安 外 事 学 院,陕 西 西 安,)同 剑 飞 先 生摘要:为 了 实 现 针 对 纸 制 产 品 表 面 缺 陷 的 精 确 检 测,提 出 了 一 套 基 于 图 像 分 析 技 术 的 纸 病识 别 策 略,通 过 平 滑 去 噪、边 缘 检 测 以 及 阈 值 分 割 等 方 法 来 凸 显 纸 病 区 域。在 实 际 应
2、用 方 面,分 别 将 该 方 法 用 于 裂 口、孔 洞 等 纸 病 图 像 的 处 理。经 实 验 研 究 发 现,基 于 图 像 分 析 技 术 的 纸病 识 别 策 略 能 够 较 为 精 确 地 划 分 出 纸 病 区 域,且 数 字 处 理 压 力 较 小,应 用 成 本 低 廉,具 有 一 定的 应 用 价 值。关 键 词:图 像 识 别;平 滑 去 噪;边 缘 检 测;阈 值 分 割中 图 分 类 号:文 献 标 识 码:文 章 编 号:():引 文 格 式:同 剑 飞基 于 图 像 分 析 技 术 的 纸 病 识 别 策 略 造 纸 科 学 与 技 术,():(,):,:;引
3、 言随 着 我 国 计 算 机 技 术 的 不 断 发 展,机 器 视 觉 技术 在 国 内 造 纸 行 业 中 的 应 用 越 来 越 广 泛,数 字 化 纸病 测 量 方 案 大 幅 降 低 了 纸 病 检 测 成 本,提 高 了 纸 病检 测 效 率 与 纸 张 产 品 质 量。然 而,对 于 国 内 大 多 数中 小 型 造 纸 企 业 来 说,基 于 人 工 智 能 的 图 像 检 测 技术 费 用 高 昂 且 技 术 门 槛 高。因 此,本 次 研 究 提 出了 一 项 基 于 图 像 分 析 技 术 的 纸 病 检 测 方 案,帮 助 造纸 企 业 实 现 高 效、准 确 的 纸
4、 病 检 测。常 见 的 纸 张 表面 缺 陷 主 要 包 括 尘 埃、孔 洞、褶 子、裂 口 等,本 次 研 究将 以 纸 张 裂 口 缺 陷 为 例 来 介 绍 基 于 图 像 分 析 技 术 的纸 病 识 别 策 略。纸 病 图 像 的 平 滑 去 噪选 取 一 张 某 造 纸 企 业 提 供 的 裂 口 纸 病 原 始 图像,该 图 像 如 图所 示。图裂 口 纸 病 原 始 图 像在 拍 摄 纸 病 数 字 图 像 的 过 程 中,由 于 受 到 设 备第期同 剑 飞:基 于 图 像 分 析 技 术 的 纸 病 识 别 策 略 性 能、周 围 环 境、拍 摄 技 术 等 因 素 的
5、影 响,纸 病 原 始图 像 难 免 会 存 在 不 同 程 度 的 噪 声,这 种 噪 声 通 常表 现 为 图 像 线 条 模 糊 不 清、边 界 轮 廓 混 乱。因 此,本次 研 究 通 过 中 值 滤 波 法 对 原 始 图 像 实 施 平 滑 去 噪 处理。在 中 值 滤 波 技 术 方 案 下,首 先 选 定 一 个 以 某 像素 为 中 点 的 方 形 领 域,该 领 域 通 常 被 称 为 窗 口,再 根据 灰 度 值 来 排 列 窗 口 中 的 各 个 像 素,将 中 心 点 像 素的 灰 度 值 重 置 为 像 素 灰 度 序 列 的 中 间 值。在 此基 础 上,只 需
6、要 在 二 维 空 间 内 自 由 移 动 窗 口 即 可 实现 图 像 的 平 滑 去 噪 处 理。二 维 环 境 下 中 值 滤 波 的 定 义 如 下:(,)(,),(,)()在 公 式()中,代 表 窗 口,(,)和(,)分 别 代 表 窗 口 中 心 的 灰 度 值 和 像 素 灰 度 值。若窗 口 中 的 像 素 数 量 为 偶 数,则 选 取 中 间 两 个 像 素 灰度 的 平 均 值,若 窗 口 中 的 像 素 数 量 为 奇 数,则 可 以 直接 选 取 中 间 像 素 灰 度 值。平 滑 去 噪 处 理 结 果 如 图所 示。图平 滑 去 噪 处 理 结 果图 像 边 缘
7、 检 测图 像 边 缘 检 测 负 责 将 不 连 续 的 局 部 特 征 连 接 起来,进 而 形 成 不 同 的 特 征 区 域。本 次 研 究 采 用 一阶 和 二 阶 导 数 来 进 行 边 界 检 测,通 过 求 导 的 方 式 来对 不 连 续 的 灰 度 值 进 行 识 别。将 某 数 字 图 像 定 义 为(,),该 图 像 在 点(,)处 的 梯 度 是 一 个(,),具 体 形 式 如 下:(,)()用(,)来 表 示 梯 度 的 模,由 于 梯 度 的 模同 时 也 是 梯 度 的 幅 度,因 此 则 有:(,)()()槡()由 于 函 数(,)最 大 变 化 率 的 方
8、 向 与 梯 度 方向 相 一 致,因 此 可 以 将 方 向 角描 述 为:()()将 梯 度 算 子 引 入 至 数 字 图 像 中,能 够 扩 展 灰 度的 变 化 幅 度,进 而 实 现 灰 度 图 像 的 锐 化。为 降 低 计算 机 的 运 算 压 力,本 次 研 究 用 差 分 来 替 代 微 分,具 体方 式 如 下:(,)(,)(,)(,)(,)()在 纸 病 识 别 的 实 际 应 用 中,可 以 用 公 式()的 近似 式 来 扩 展 灰 度 的 变 化 幅 度,具 体 形 式 如 下:(,)(,)(,)(,)(,)()根 据 公 式()可 知,同 一 图 像 中 邻 近
9、 像 素 灰 度 级值 的 差 分 与 其 自 身 的 梯 度 值 成 正 比,对 于 存 在 较 大灰 度 变 化 幅 度 的 区 域 来 说,其 边 缘 位 置 也 存 在 较 大的 梯 度 值;对 于 灰 度 变 化 较 为 均 匀 的 区 域,其 自 身 的梯 度 值 则 接 近 于。由 此 可 知,梯 度 运 算 能 够 识 别 出图 像 中 灰 度 变 化 幅 度 较 大 的 区 域 轮 廓,使 其 边 缘 更加 清 晰。在 纸 病 识 别 工 作 中,造 纸 企 业 可 通 过算 子来 实 施 边 缘 检 测,将 该 算 子 定 义 为?,其 表 达 方 式如 下:?()在 此
10、基 础 上,可 将 数 字 图 像(,)的算 子描 述 为:?(,)?(,)?(,)()在 公 式()中,(,)在和方 向 上 的 二 阶差 分 即 为?(,)和?(,),离 散 函 数(,)的算 子 可 描 述 为:?(,)(,)(,)(,)(,)(,)()通 过 上 述 方 法 对 纸 病 图 像 进 行 边 缘 检 测 处 理,所 得 到 的 处 理 结 果 如 图所 示。图边 缘 检 测 结 果图 像 阈 值 分 割阈 值 分 割 技 术 可 用 于 捕 捉 纸 病 区 域 与 正 常 区 域之 间 的 灰 度 特 性 差 异,即 通 过 一 个 既 定 的 阈 值 来 依次 判 断
11、目 标 像 素 是 否 位 于 纸 病 区 域,进 而 生 成 经 过阈 值 分 割 的 二 值 图 像。该 方 法 能 够 减 少 计 算 机的 存 储 容 量,大 幅 压 缩 数 据,同 时 简 化 后 续 的 图 像 处理 流 程。将 纸 病 数 字 图 像 定 义 为(,),通 过 多 次 试 验 造 纸 科 学 与 技 术第卷或 既 往 经 验 所 选 定 的 标 准 在(,)中 确 定 一 个 灰度 值 并 将 其 设 定 为 阈 值,通 过 上 述 方 法 完 成 分 割处 理 后 的 图 像(,)表 达 方 式 如 下:(,)(,)(,)()或(,)(,)(,)()在 纸 病
12、检 测 应 用 中,造 纸 企 业 可 以 通 过 均 匀 性度 量 法 来 确 定 阈 值,具 体 方 法 如 下:()选 取 一 个 初 始 阈 值 ,采 用 图 像 分割 的 方 式 将 其 划 分 纸 病 区 域和 非 纸 病 区 域两 类;()对 两 个 类 别 中 的 方 差进 行 计 算;(,)(,)()(,)(,)()在 公 式()中,代 表 第类 区 域 的 像 素数 量。()对 两 类 图 像 中 像 素 的 分 布 概 率 进 行 计 算;(,)()在 公 式()中,代 表 图 像 中 像 素 的 总数 量;()确 定 一 个 阈 值 ,使 图 像 在 经 过 分类 后
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- 关 键 词:
- 基于 图像 分析 技术 识别 策略
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