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1、第2 7 卷第1 2 期 2 0 0 6 年1 2 月 纺织学报 J o u m a lo fT b x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 7N o 1 2 D e c 2 0 0 6 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 6 ) 1 2 0 0 2 9 拐 机器视觉在蚕茧表面积测量中的应用 周志宇1 ，刘喜昂2 ，杨东鹤1 ( 1 浙江理工大学信息电子学院，浙江杭州3 l 0 0 1 8 ；2 浙江科技学院信息与电子工程学院，浙江杭州3 1 0 0 2 3 ) 摘要针对传统评茧方法的缺陷，提出了基于机器视觉技术的蚕茧表面积测量方法。利用机器视觉
2、系统拍摄蚕 茧图像。根据图像的灰度分布特征，通过o t 8 u 法分割蚕茧图像得到二值化图像，将蚕茧看作椭圆体，由蚕茧区域的 长轴和短轴值计算出蚕茧表面积。根据蚕茧的边缘图像，利用最小矩形法确定椭圆长轴和短轴的值，可以测量任 意旋转角度的蚕茧表面积。实验结果表明该方法是有效的，为科学评茧提供了依据。 关键词 蚕茧；表面积；最小矩形法；机器视觉；0 t 叭 中图分类号：髑1 0 1 8文献标识码：A A p p U c a t i o no fm a c l l i 耻订s i o ni nm e 嬲u r e m e n to fc o c o o n 蛐p e r f i c i a la
3、r e a z H o uz I l i - y l l l 。u u ) 【i 吨n f ，Y A N GD o n g - h e l ( 1 c o z 妇口旷删白，7 删洒n 以n 珏，z 她洳，l g S d 哳觇瑙妇，正k 愕= b “，z 她洳愕3 l 0 0 1 8 ，m 讥口； 2 S c f 旷蜘胁砒n 口耐n 记西画删r f 昭，Z 埘施，l g 蚵旷s c 曲，删帆d7 ；c 枷锄， 胁，瞥扔耻，2 坷玩馏3 1 0 0 2 3 ，蕊i ) A b s t r a c t A i I I l i n ga tt h ed r a w b a c k so ft h et
4、 r a d i t i o n a lw a yf o rc o c o o ne V a l u a t i o n ，am e a s u r e m e n tm e t l l o df o r c o c 0 0 ns u p e I f i c i a la r e aw 鹊a d v a J l c e db a s e do nt h et e c I u l o l o g ) ro fr n a c h i n ev i s i o n I te m p l o y e dt h es y s t e mo f 1 1 1 a c h i n ev i s i o nt
5、oo b t a i nt h ec o e 0 0 n i I l l a g e ， a d v a n c e ds e g m e n t a t i o nu s i n gt h ew a yo f0 t s uf o rt l ei I n a g e c h a r a c t e r0 f 鲥7v 址d i s t r i b u t i o n A s s u I I I i n gt h a tc o c o o ni se l l i p s o i d ， c o c o o ns u p e r f i c i a l 耵e ac a nb e c a l c I
6、l l a t e db yt 1 1 el o n ga x i sa n ds h o r ta 】【i so fc o c o o nr e 舀o n u s i n gt l eV a l u eo fe 1 1 i p t i c a ll o n ga x i sa I l ds h o r ta x i s d e t e n l l i n e db yl I l i n i m u me n c l o s i n gr e c t a l l 一eb a s e do nc o c o o ne d g e i 瑚I a g e ， t h ec o c 0 0 ns u
7、p e r f i c i a la r e aa t d i s c r e t i o n a lv e n i g i n o u sa n d ec a nb er n e a s u r e d T h ee x p e 订m e n tr e s u l ti n d i c a t e dt l l a t 也em e t h o di se f f e c t i v e l y ， o 虢r i n gab a s i sf o rs c i e n t i f i ce v a l u a t i o no fc o c o o n K e yw o r d sc o c
8、o o n ；s u p e r f i c i a la r e a ；I I l i n i m u me n c l o s i n gr e c t a n 舀e ；啪c h i n ev i s i o n ；O t s u 干壳量检测1 是我国鲜茧收购、评茧计价的主 要手段。传统的干壳量检测方法仅仅反映蚕丝量的 多少，难以体现蚕茧质量的各项指标，而且传统的检 测是通过人工完成，因此效率和质量都不高。为了 改变茧站采用眼看、手摸、口喊价的主观随意性，保 证评茧的科学性，从而保护蚕农的经济利益，提高蚕 农改善蚕茧质量的积极性，根据蚕茧表面积、厚度及 密度来测量干壳量是一种有效的方法。
9、本文利用机器视觉技术测量出蚕茧表面积，克 服了人工检测所造成的各种误差，大大提高了检测 精度和效率。正是由于视觉系统的高效率和非接触 性，机器视觉技术在纺织检测中的应用已经越来越 广泛“ 。 1 机器视觉测量方法概述 机器视觉系统是研究建立输入输出之间的约束 关系，从二维图像中获取三维信息的综合系统。视 觉系统将c c D 摄像机拍摄的真彩色图像转化为灰 度图，进行图像预处理后，再用o t s u 法进行图像的 二值化，由蚕茧的椭圆体三维特征，即可求解蚕茧表 面积。 收稿日期：2 0 0 6 一0 3 一0 4修固日期：2 0 0 6 一0 6 2 3 基金项目：浙江省教育厅科研资助项目( 2
10、 惝9 8 ) 作者简介：周志字( 1 9 7 4 一) ，男，汉族。讲师。硕士。主要从事计算机视觉、G l S 等的研究。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【3 0 】 纺织学报第2 7 卷 2 图像预处理 利用c C D 摄像机拍摄得到的是2 4 位真彩色图 像，在转化为灰度图时由于传感元件的抖动和随机 干扰造成蚕茧图像噪声，必须对灰度图像进行噪声 过滤等图像预处理，本文使用中值滤波处理。中值 滤波器1 3 0 由J w T u k e y 在
11、1 9 7 1 年首先提出并应用 于一维信号处理技术中，后来被二维图像信号处理 技术所引用。中值滤波器在一定条件下可以克服线 性滤波器带来的图像细节模糊，而且对滤除脉冲干 扰及图像扫描噪声最为有效。中值滤波器的基本思 想是采用像素点邻域灰度值的中值来代替该像素的 灰度值，从而可以消除孤立的噪声点，使得蚕茧图像 的灰度直方图分布出现较为明显的峰和谷。 3基于o t s u 法的图像分割 利用阈值方法来分割灰度图像是基于一定的图 像模型的，蚕茧图像由具有单峰灰度分布的蚕茧目 标和背景组成，在蚕茧图像区域内部的相邻像素间 的灰度值是高度相关的，但蚕茧目标图像区域在背 景交界处与背景像素灰度值有很大的
12、差别。因人工 确定阈值的方法容易受周围环境变化的影响，所以 必须重新调整阈值来获得最佳分割。 采用阈值法进行图像分割关键在于选择阈值， 在图像分割时，若阈值选得过高，则过多的蚕茧区域 像素被误归为背景像素；反之，将会有过多的背景像 素误归为蚕茧区域像素。这样必定给分割出来的蚕 茧目标的大小和形状造成不应有的误差。o t s u H l 的 基本原理为用最佳阈值将图像的灰度直方图分割成 2 部分，使2 部分的类间方差取最大值，即分离性最 大。设一帧总像素数为r 的蚕茧图像，其灰度 级从1 到肘，灰度为的像素的概率为 舻蛊 ( 1 ) 式中n ；是灰度为i 的像素总数。设阈值为r ，把蚕 茧图像整
13、个灰度级分为蚕茧区域灰度级 1 ，2 ，r 与背景灰度级 r + l ，r + 2 ，M 。 蚕茧区域灰度分布为p 。口( r ) ，p ，口( r ) ， 背景灰度分布为p ，+ 。，J 1 9 ( r ) ，p 肼，卢( r ) ，其中： p ( r ) = 功 ( 3 ) - ，+ l r 蚕茧区域灰度均值为。= 咖；口( f ) ( 4 ) = l 肼 背景灰度均值为u ：= 觑伊( ) ( 5 ) 蚕茧区域和背景的类问偏差为 盯：= 口( H l u ) 2 + 卢( 2 一) 2 ( 6 ) 式中为蚕茧图像的灰度均值，最优阈值r 。使类 问偏差取得最大值，即 丁。= a r g 呷
14、x d ； ( 7 ) 这样就得到了蚕茧的二值化图像。 4 蚕茧表面积计算 显然可以把蚕茧看作是一个椭圆体，这里设 厂( 石) O 是 一口，口 上的连续函数，如果曲面是由 曲线) ，= 厂( 菇) ( 龙 一，口 ) 绕茹轴旋转而成，则曲 面可以表示为 名= 茗，= ( 髫) c o s 驴，：= ( 石) s i n 驴 式中，一口并o ，0 9 2 7 c ，于是曲面的面 积b o 为 s = 2 霄I 以并) 订再而d 髫( 8 ) J 一4 根据二值化图像，对于实际拍摄中存在偏离角 度的情况，可以提取蚕茧图像的边缘，利用最小矩形 法哺1 确定椭圆长轴n 和短轴6 的值。先确定出蚕茧
15、的中心坐标，把中心位置作为图像旋转中心，将图像 边缘点绕旋转中心按逆时针方向旋转口角后的旋 转公式为 X 7 = ( X x I ) c o s 口一( 1 ，l l ，) s i n 口( 9 ) r = ( x X 1 ) s i n 口+ ( 1 ，l y ) c o s 口 ( 1 0 ) 式中：( x ，y ) 为边缘点的坐标；( X 。，y 。) 为蚕茧的中 心坐标；( x 7 ，r ) 为边缘点旋转后的坐标；口为旋转 角度。连续旋转p 角后，计算出使Ix 。一X 。1 y 一一k 。I 最小的边缘点横坐标的最大值x 一和 最小值x 。j ，及纵坐标的最大值l ，0 和最小值k 通
16、 过公式o = lX 。一X 。I ，2 ，6 ：Iy 一一y m 。l ，2 求出 口和6 的值，根据椭圆体表面积公式就可求出蚕茧 的表面积。 5 测试结果与讨论 口( r ) 2 蚤A ( 2 利用c c D 摄像机获取的蚕茧原始图像如图l 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第1 2 期周志宇等：机器视觉在蚕茧表面积测量中的应用 【3 l 】 所示，灰度化处理后，经二值化后的图像如图2 所 示，获取的o = 4 9 4 像素点数，6 = 2 9
17、8 像素点数，通 过计算得到的表面积为S = l6 2 75 9 l 像素点数。 图1 蚕茧原始图像 的，计算机在进行数字图像处理时的分辨率很高， 1 衄图像对应的像素点数为1 0 个到数十个，甚至 上百个，因此每个像素点所代表的面积就非常小，通 过计算得到的表面积值的精度就非常高。 6 结束语 干壳量检测是评茧的一种有效方法，利用机器 视觉技术测量蚕茧表面积，可快速有效地获得蚕茧 表面积，为干壳量不剖茧检测及科学评定蚕茧质量 提供了依据，避免了人工评茧的主观随意性，有利于 鲜茧收购中按质论价，保护蚕农的经济利益，促进蚕 农采取措施提高蚕茧质量。 参考文献： 1 胡祚忠，杜一普，张绍文干壳量检
18、测方法的理论与实 践 J 四川丝绸，1 9 9 8 ，7 6 ( 3 ) ：1 4 1 7 ， 2 刘曙光，屈萍鸽。费佩燕机器视觉在纺织检测中的 应用 J 纺织学报，2 0 0 3 ，2 4 ( 6 ) ：5 9 7 5 9 9 3 】贾云得机器视觉 M 北京：科学出版社，2 0 0 0 7 8 一 图2 蚕茧二值化图像 7 9 4 O t s uN At h r e s h o l ds e l e c t i o nm e t 王l o df r o mg m y l e v e l 根据蚕茧的边缘图像，利用最小矩形法确定椭 h i 8 t o g r a m J I E E Eh 哪。c
19、 t i 。璐。ns y 。t e mM 。na n d 圆长轴口和短轴6 的值，可以测量任意旋转角度的c v b e 。t i 。1 9 7 9 ，9 ( 1 ) ：6 2 6 6 蚕茧表面积，更加适应实际场景中的蚕茧图像拍摄。 5 沈永欢，梁在中，许履瑚，等，实用数学手册 M 北 实验中口角可以先取3 。，再逐步增加至9 0 。得到矩形 京：科学出版社，1 9 9 2 2 0 8 2 0 9 面积墨袅竺熙：。翌塑戮# 1 等差蔷慧凳子篇鬻嚣篡 实验中得到的表面积是用像素的多少来代替： 一 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark