基于智能图像的纸张微小破损特征识别.pdf
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1、第卷 第期造 纸 科 学 与 技 术 年月 作 者 简 介:康 馨 月,生 于年,硕 士,讲 师,主 要 从 事 计 算 机 图 形 图 像 处 理 研 究。:基于智能图像的纸张微小破损特征识别康 馨 月(陕 西 工 业 职 业 技 术 学 院,陕 西 咸 阳,)康 馨 月 女 士摘要:微 小 破 损 特 征 参 数 的 进 一 步 明 确 对 于 改 进 造 纸 工 艺、优 化 造 纸 生 产 参 数 等 方 面 都 具有 十 分 重 要 的 作 用。在 此 背 景 下,研 究 一 种 基 于 智 能 图 像 的 纸 张 微 小 破 损 特 征 识 别 方 法。针对 采 集 到 的 待 识
2、别 纸 张 的 图 像,实 施 灰 度 化、去 噪 以 及 对 比 度 增 强 处 理。基 于检 测 破 损纸 张 图 像,寻 找 存 在 破 损 特 征 的 纸 张 图 像。从 存 在 破 损 特 征 的 纸 张 图 像 中 分 割 出 破 损 区 域,得 到 纸 张 破 损 局 部 图 像。采 用算 子 检 测 破 损 边 缘 轮 廓 并 计 算 破 损 特 征 参 数,包 括 破损 边 缘 轮 廓 长 度、破 损 面 积、圆 形 度、矩 形 度。结 果 表 明:纸 张 破 损 检 测 结 果 与 人 工 实 际 检 测结 果 一 致,说 明 卷 积 神 经 网 络 能 够 准 确 检 测
3、 出 存 在 破 损 的 纸 张;所 研 究 方 法 计 算 出 了 每 种 破损 类 型 的 具 体 特 征 参 数,实 现 了 纸 张 微 小 破 损 特 征 识 别 研 究。关 键 词:智 能 图 像;纸 张 微 小 破 损;破 损 特 征;特 征 参 数 识 别中 图 分 类 号:文 献 标 识 码:文 章 编 号:():引 文 格 式:康 馨 月基 于 智 能 图 像 的 纸 张 微 小 破 损 特 征 识 别 造 纸 科 学 与 技 术,():(,):,;,:;引 言纸 张 相 对 脆 弱,在 生 产 过 程 中 受 到 设 备、材 料 以及 操 作 等 多 种 因 素 的 影 响
4、,很 容 易 出 现 孔 洞、边 裂 等破 损 问 题,破 损 问 题 的 存 在 不 仅 影 响 了 纸 张 的 外 观,还 降 低 了 纸 张 的 实 际 使 用 性 能,使 得 纸 张 的 整 个 生产 品 质 下 降。存 在 破 损 特 征 的 纸 张 都 属 于 不 合 格产 品,造 纸 厂 为 了 保 证 产 品 质 量,在 纸 张 制 造 完 成后,裁 剪 装 订 前 会 逐 一 进 行 质 检,也 就 是 对 纸 张 的 破损 进 行 检 测,从 众 多 纸 张 中 筛 选 出 不 合 格 的 纸 张。随 着 科 技 的 发 展,纸 张 生 产 基 本 实 现 了 自 动 化
5、或 者半 自 动 化,生 产 效 率 有 了 极 大 的 提 高。在 这 种 情况 下,传 统 的 人 工 质 检 方 法 已 经 无 法 跟 上 当 下 纸 张的 生 产 效 率。基 于 此,智 能 识 别 方 法 的 引 入 必 不可 少。纸 张 破 损,也 被 称 为 纸 病,也 就 是 纸 张“病 害”。关 于 纸 张 破 损 问 题,很 多 专 家 和 学 者 都 提 出 了 识 别方 法。例 如 李 一 鑫 在 其 研 究 中 首 先 利 用 工 业 相 机 采第期康 馨 月:基 于 智 能 图 像 的 纸 张 微 小 破 损 特 征 识 别 集 纸 张 图 像 并 对 其 进 行
6、 噪 声 处 理,然 后 对 纸 张 图 像中 存 在 缺 陷 的 部 位 进 行 定 位 和 提 取,最 后 利 用 遗 传模 拟 退 火 算 法 构 建 一 种 分 类 检 测 模 型,实 现 纸 张 表面 缺 陷 识 别。张 开 生、关 凯 凯 在 其 研 究 中 首 先 采集 纸 张 图 像,然 后 利 用 改 进中 骨 干 网 络 提取 纸 张 破 损 特 征 并 利 用 颈 部 网 络 实 现 特 征 融 合,最后 利 用 输 出 端 改 进函 数 实 现 纸 病 检 测,确定 纸 张 破 损 位 置。李 一 雷 在 其 研 究 中 首 先 获 取 纸张 灰 色 图 像 并 转 化
7、 为 直 方 图 形 式,提 高 纸 张 瑕 疵 与纸 张 本 身 的 对 比 度,然 后 进 行 纸 张 瑕 疵 边 缘 检 测 并通 过法 将 瑕 疵 与 纸 张 背 景 分 割 开,再 然 后 提 取纸 张 瑕 疵 图 像 特 征,最 后 利 用 卷 积 神 经 网 络 实 现 纸张 瑕 疵 自 动 检 测。以 往 破 损 识 别 方 法 多 是 偏 向 破 损 类 型 的 确 定,而 针 对 破 损 特 征 参 数 的 进 一 步 研 究 很 少。破 损 特 征参 数 的 进 一 步 明 确 对 于 改 进 造 纸 工 艺、优 化 造 纸 生产 参 数 等 方 面 都 具 有 十 分
8、重 要 的 作 用。在 此 背 景下,结 合 以 往 研 究 经 验,提 出 一 种 基 于 智 能 图 像 的 纸张 微 小 破 损 特 征 识 别 方 法。通 过 本 研 究 以 期 为 纸 张质 检 工 作 提 供 参 考 方 法,提 高 质 检 工 作 质 量。纸 张 微 小 破 损 特 征 识 别 方 法 研 究在 纸 张 装 订 前,造 纸 厂 都 需 要 对 其 进 行 质 检,将存 在 破 损 特 征 的 纸 张 分 拣 出 来。在 此 背 景 下,纸 张微 小 破 损 特 征 识 别 方 法 研 究 是 十 分 必 要 的。该 研 究主 要 分 为 三 部 分,即 纸 张 图
9、 像 智 能 处 理、纸 张 图 像 微小 破 损 检 测、纸 张 图 像 微 小 破 损 特 征 识 别。下 面 针对 这 三 个 步 骤 进 行 具 体 分 析。纸 张 图 像 智 能 处 理纸 张 微 小 破 损 特 征 识 别 的 第 一 步 是 对 采 集 到 的纸 张 图 像 进 行 智 能 处 理,提 高 图 像 质 量,方 便 破 损 特征 识 别。智 能 处 理 包 括 三 个 项 目,即 灰 度 化、去 噪以 及 对 比 度 增 强。()纸 张 图 像 智 能 灰 度 化灰 度 化 是 指 将 原 始 纸 张 图 像 的 像 素 值 转 换 为这 一 灰 度 范 围 内。处
10、 理 公 式 如 下:(,)(,)(,)(,)()式 中,(,)代 表 处 理 后 灰 度 值;(,)代 表 图 像中 像 素 点 位 置;(,)、(,)、(,)代 表 红、绿、蓝 原始 三 个 基 色 分 量。()纸 张 图 像 智 能 去 噪受 到 采 集 环 境、采 集 设 备 以 及 采 集 操 作 等 因 素的 影 响,纸 张 图 像 会 存 在 一 些 噪 声。微 小 破 损 本 身特 征 就 不 明 显,噪 声 的 存 在 更 容 易 干 扰 噪 声 后 期 识别 准 确 性 和 全 面 性,因 此 需 要 对 纸 张 图 像 上 的 噪 声进 行 处 理。处 理 方 法 为 双
11、 边 滤 波 法。假 设为 去噪 后 图 像 中 的 一 个 像 素 点,该 点 对 应 的 像 素 值 为。双 边 滤 波 法 去 噪 模 型 如 下:()其 中,()()()式 中,代 表 去 噪 后 图 像 中 像 素 点对 应 的 像素 值;为 以 像 素 点的 相 邻 像 素 点;为 中 心 点 的 滤波 模 板 内 邻 域 范 围内 的 一 个 相 邻 像 素 点;代 表滤 波 模 板 内 像 素 点的 相 邻 像 素 点 集 合;代 表 相邻 像 素 点的 像 素 值(原 始 像 素 值);、分 别 代表的 空 间 域 权 系 数 与 灰 度 域 权 系 数;代 表、的 乘 积;
12、代 表 双 边 滤 波 模 板 的 半 径;代 表 原 始 纸张 图 像;代 表 灰 度 方 差。()纸 张 图 像 对 比 度 智 能 增 强经 过 去 噪 后,图 像 中 的 很 多 细 节 信 息 会 在 一 定程 度 上 被 模 糊 化,因 此 在 去 噪 后 提 升 对 比 度 是 必 要的。具 体 过 程 如 下 图所 示。图纸 张 图 像 对 比 度 增 强 流 程 造 纸 科 学 与 技 术第卷优 化 直 方 图求 取 公 式 如 下:()式 中,、代 表 正 则 化 参 数;代 表 输 入 的 去噪 后 纸 张 图 像 的 直 方 图;、分 别 代 表 全 局 增强、局 部
13、增 强 后 的 图 像 直 方 图。基 于的 破 损 纸 张 图 像 智 能 检 测微 小 破 损 特 征 识 别 的 前 提 是 确 定 纸 张 是 否 存 在微 小 破 损。针 对 这 一 点,利 用 卷 积 神 经 网 络 进 行破 损 纸 张 图 像 检 测。该 检 测 主 要 经 历 三 个 过 程,下面 进 行 具 体 分 析。()卷 积 层:利 用 卷 积 核 函 数 对 纸 张 图 像 进 行 卷积,即 ()式 中,代 表 纸 张 图 像 卷 积 结 果;表 示 上 一层 的 网 络 是 输 出 量;表 示 权 重;代 表 卷 积 算 子;表 示 卷 积 核 的 偏 置 项;(
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