專利名稱：一種基于數(shù)字圖像法測量皮革面積的系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于皮革面積測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于數(shù)字圖像 法測量皮革面積的系統(tǒng)及其方法。
技術(shù)背景在革制品制備過程中，皮革是按面積計價的，如果沒有快速準確 的面積測量儀器與設(shè)備，革制品的制備過程中會產(chǎn)生較大的誤差，在 皮革交易中，同樣會導(dǎo)致交易一方一定程度上的經(jīng)濟損失。目前測量皮革面積廣泛使用的是量革機，該儀器由光電轉(zhuǎn)換電路 和一系列集成電路組成，其測量原理是將皮革微分，然后累計求和。 即將皮革分成一個個大小相等的單位面積，然后利用光電轉(zhuǎn)換電路將皮革的有無轉(zhuǎn)換為電平的高低即"1"或"0"。計算機對皮革進行掃描檢測，記錄光電轉(zhuǎn)換電路的輸出電平，送進累加器求和。這樣，皮 革的面積就轉(zhuǎn)化為單位面積的總和，根據(jù)一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系，就能得到 皮革的實際面積。顯然，單位面積劃分得越小，測量的面積就越接近 于實際值。但是單位面積劃分得越小，難度也越大，實際上很難達到理想的精度。該儀器成本高、測量精度低，相對誤差》3%，操作復(fù) 雜，測量前要用標準板對儀器進行多次校準，并且不能連續(xù)測量，不 便于工業(yè)化使用。 發(fā)明內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種基于數(shù)字圖像法測量皮革面積的系統(tǒng)及其方法，具有測量的非接觸性、成本低、精 度高的優(yōu)點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于數(shù)字圖像法測量皮革面積的系統(tǒng)，包括有圖像采集設(shè)備 鏡頭，圖像采集設(shè)備鏡頭的后端與CCD攝像機的前端相連，CCD攝 像機的后端連接有圖像采集卡，圖像采集卡裝在計算機中。一種基于數(shù)字圖像法測量皮革面積的方法，包括如下步驟 第一步，對系統(tǒng)進行標定，即用系統(tǒng)對一個已知幾何參數(shù)物體的 尺寸進行測量，獲取系統(tǒng)的像素當量f，得到單位像素所代表的實際 尺寸。第二步，用圖像采集設(shè)備鏡頭對待測皮革進行成像，將獲取的圖 像通過CCD攝像機與圖像釆集卡輸入計算機，獲取待測皮革的圖像。第三步，對得到的皮革的圖像，在計算機中采用圖像處理算法中 的濾波處理對信號去噪，減小圖像噪聲。第四步，對圖像進行增強處理。由于皮革圖像是一種全紋理圖像， 所以在處理時必須消除皮革紋理的影響，最簡單有效的方法就是尋找 一個閾值將皮革圖像區(qū)域與背景區(qū)域區(qū)分開。本發(fā)明利用迭代閾值法 將灰度圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，將皮革圖像與背景區(qū)分開來。第五步，對二值化后的圖像進行二次去噪，去除目標區(qū)域內(nèi)的孤 立噪聲點以及皮革邊緣的突刺。由于皮革圖像邊界上有許多不規(guī)則的 突起，即所謂的"突刺"，且邊界上的"突刺"由于面積過小而無法 使用，因此在處理時應(yīng)該盡量將突刺去掉；另外由于皮革紋理表面是光滑的，所以在獲取圖像的過程中必然會由于光照不均而產(chǎn)生反光， 導(dǎo)致利用迭代閾值法處理后得到的二值圖像內(nèi)部會存在噪聲點，因此 要進行二次去噪。第六步，經(jīng)過上述處理后，利用矢量分析法對皮革圖像進行處理。 具體包括如下步驟邊界跟蹤，將邊界點標號及記錄相關(guān)矢量；邊界 標點按逆時針方向重新排序；按排序由小到大逐點判斷當前邊界點右 側(cè)像素是否滿足邊界點內(nèi)點的條件，若滿足則計算邊界內(nèi)像素，若不 滿足則繼續(xù)判斷下一個邊界點；判斷是否所有邊界點都判斷完，若全 部判斷完，則進行面積計算，否則繼續(xù)判斷。由于皮革圖像多為輪廓 區(qū)域不規(guī)則的圖像，利用該方法能夠得到同時得到理想的目標區(qū)域的 邊緣輪廓以及目標區(qū)域的像素數(shù)。第七步，根據(jù)計算公式L^"iV計算出待測皮革面積。其中， D為待測皮革的幾何參數(shù)，A^5/2 +化為測得的待測皮革物體的像元 數(shù)，e二S/M為系統(tǒng)的像素當量，其中B為物體的邊界像素數(shù)，IB為 物體邊界內(nèi)像素總數(shù)，S為標定物體的幾何參數(shù)，M為測得的標定物體 的像元數(shù)。本發(fā)明采用基于數(shù)字圖像法測量物體表面積，該測量系統(tǒng)通過光 學(xué)系統(tǒng)對被測物的幾何尺寸以一定的、準確的倍率成像于CCD光敏面 上，對CCD的輸出進行A/D轉(zhuǎn)換，然后送往計算機進行處理以實現(xiàn)測 量，能夠?qū)崿F(xiàn)在非接觸環(huán)境中對皮革的面積進行測量，具有成本低、 非接觸、測量精度高、便于工業(yè)化使用的特點。


圖1為本發(fā)明的數(shù)字圖像法測量皮革面積的系統(tǒng)圖。 圖2為本發(fā)明圖像處理流程圖。圖3為本發(fā)明矢量分析法對皮革圖像進行處理的流程圖。
具體實施方式
下面參照附圖對本發(fā)明的測量系統(tǒng)及其方法作進一步詳細說明。 參見圖l， 一種基于數(shù)字圖像法測量皮革面積的系統(tǒng)，包括有圖像采集設(shè)備鏡頭1，圖像采集設(shè)備鏡頭1的后端與CCD攝像機2的 前端相連，CCD攝像機2的后端連接有圖像采集卡3，圖像采集卡3 裝在計算機4中。參見圖1、圖2、圖3， 一種基于數(shù)字圖像法測量皮革面積的方 法，包括如下步驟第一步，對系統(tǒng)進行標定，即利用該系統(tǒng)對一個幾何參數(shù)S已知 的物體進行測量，得到代表其參數(shù)的像素數(shù)M，然后利用公式e二S/M 計算出系統(tǒng)的像素當量s，得到單位像素所代表的實際尺寸。第二步，用圖像采集設(shè)備鏡頭1對待測皮革5進行成像，將獲取 的圖像通過CCD攝像機2與圖像采集卡3輸入計算機4，獲取待測 皮革5的圖像。第三步，在計算機中采用圖像處理算法中的中值濾波處理對得到 的圖像去噪，減小圖像噪聲。第四步，對圖像進行增強處理。由于皮革圖像是一種全紋理圖像， 所以在處理時必須消除皮革紋理的影響，最簡單有效的方法就是尋找 一個閾值將皮革圖像區(qū)域與背景區(qū)域區(qū)分開，將圖像中大于閾值的灰度值設(shè)為1，小于閾值的灰度值設(shè)為0。本發(fā)明中采用迭代閾值法達到 這個目的。第五步，對二值化后的圖像進行二次去噪，去除目標區(qū)域內(nèi)的孤 立噪聲點以及皮革邊緣的突刺。由于皮革圖像邊界上有許多不規(guī)則的 突起，即所謂的"突刺"，且邊界上的"突刺"由于面積過小而無法 使用，因此在處理時應(yīng)該盡量將突刺去掉；另外由于皮革紋理表面是光滑的，所以在獲取圖像的過程中必然會由于光照不均而產(chǎn)生反光， 導(dǎo)致利用迭代閾值法處理后得到的二值圖像內(nèi)部會存在噪聲點。為了去除這些噪聲，本發(fā)明中采用以下的方法對每一個像素點，判斷其 八領(lǐng)域中與其灰度值不同的像素個數(shù)，若大于半數(shù)，則將其視為噪聲 點，將該點賦予相反的灰度值，反之不變。第六步，經(jīng)過上述處理后，利用矢量分析法對皮革圖像進行處理， 具體包括如下步驟邊界跟蹤，即邊界點標號及記錄相關(guān)矢量；邊界 標點按逆時針方向重新排序；按排序由小到大逐點判斷當前邊界點右 側(cè)像素是否滿足邊界點內(nèi)點的條件，若滿足則計算邊界內(nèi)像素，若不 滿足則繼續(xù)判斷下一個邊界點；判斷是否所有邊界點都判斷完，若全 部判斷完，則進行面積計算，否則繼續(xù)判斷。由于皮革圖像多為輪廓 區(qū)域不規(guī)則的圖像，利用該方法能夠同時得到理想的目標區(qū)域的邊緣 輪廓以及目標區(qū)域的像素數(shù)。第七步，根據(jù)計算公式D-^W計算出待測皮革面積。其中， D為待測皮革的幾何參數(shù)，A^5/2 +歷為測得的待測皮革物體的像元 數(shù)，s:S/M為系統(tǒng)的像素當量，其中B為物體的邊界像素數(shù)，IB為物體邊界內(nèi)像素總數(shù)，S為標定物體的幾何參數(shù)，M為測得的標定物體 的像元數(shù)。實施例一--種基于數(shù)字圖像法測量皮革面積的方法，包括如下歩驟第一步，選取一個己知面積S二1135mm2的圓物體，利用該系統(tǒng)對 其進行標定測量，經(jīng)過5次測量取平均值，得到其像素數(shù)M=19452， 然后利用公式s-S/M計算出該系統(tǒng)的像素當量 s二O. 058348755911988鵬7像素。第二步，用圖像采集設(shè)備鏡頭1對面積為1620mm2的待測皮革進 行成像，將獲取的圖像通過CCD攝像機2與圖像采集卡3輸入計算 機4，獲取待測皮革圖像。第三步，在計算機中采用圖像處理軟件算法中的中值濾波處理對 得到的圖像去噪，減小圖像噪聲。第四步，用迭代法選取一個最優(yōu)閾值，將圖像中大于閾值的灰度 值設(shè)為1,小于閾值的灰度值設(shè)為0。第五步，對每一個像素點，判斷其八領(lǐng)域中與其灰度值不同的像 素個數(shù)，若大于半數(shù)，則將其視為噪聲點，將該點賦予相反的灰度值， 反之不變。第六歩，邊界跟蹤，將邊界點標號及記錄相關(guān)矢量；邊界標點按 逆時針方向重新排序；按排序由小到大逐點判斷當前邊界點右側(cè)像素 是否滿足邊界點內(nèi)點的條件，若滿足則計算邊界內(nèi)像素，若不滿足則 繼續(xù)判斷下一個邊界點；判斷是否所有邊界點都判斷完，若全部判斷完，則進行面積計算，否則繼續(xù)判斷，如此最終得到被測皮革邊界像素總數(shù)B二649，邊界內(nèi)像素總數(shù)IB二27623。第七步，利用公式"=^^計算出待測皮革面積，即面積= (0. 058348755911988rara7像素)X (649/2+27623) =1630. 701856咖2。 測量相對誤差為0. 660608%。實施例二一種基于數(shù)字圖像法測量皮革面積的方法，包括如下步驟第一歩，選取一個已知面積S4135ram2的圓物體，利用該系統(tǒng)對 其進行標定測量，經(jīng)過5次測量取平均值，得到其像素數(shù)M二19452， 然后利用公式f = S/M計算出該系統(tǒng)的像素當量 c=0. 058348755911988mm7像素。第二步，用圖像采集設(shè)備鏡頭1對面積為2730腿2的待測皮革進 行成像，將獲取的圖像通過CCD攝像機2與圖像采集卡3輸入計算 機4，獲取待測皮革的圖像。第三步，在計算機中采用圖像處理軟件算法中的中值濾波處理對 得到的圖像去噪，減小圖像噪聲。第四步，用迭代法選取一個最優(yōu)閾值，將圖像中大于閾值的灰度 值設(shè)為1，小于閾值的灰度值設(shè)為0。第五步，對每一個像素點，判斷其八領(lǐng)域中與其灰度值不同的像 素個數(shù)，若大于半數(shù)，則將其視為噪聲點，將該點賦予相反的灰度值， 反之不變。第六步，邊界跟蹤，將邊界點標號及記錄相關(guān)矢量；邊界標點按逆時針方向重新排序；按排序由小到大逐點判斷當前邊界點右側(cè)像素 是否滿足邊界點內(nèi)點的條件，若滿足則計算邊界內(nèi)像素，若不滿足則繼續(xù)判斷下一個邊界點；判斷是否所有邊界點都判斷完，若全部判斷 完，則進行面積計算，否則繼續(xù)判斷，如此最終得到邊界像素總數(shù) B二867，邊界內(nèi)像素總數(shù)IB二46527。第七步，利用公式D"，計算出待測皮革面積，即面積=(0. 058348755911988咖7像素)X (867/2+46527) =2740. 08675,2。 測量相對誤差為0. 369478%。 實施例三一種基于數(shù)字圖像法測量皮革面積的方法，包括如下步驟第一步，選取一個己知面積S二1135mm2的圓物體，利用該系統(tǒng)對 其進行標定測量，經(jīng)過5次測量取平均值，得到其像素數(shù)M二19452， 然后利用公式f = S/M計算出該系統(tǒng)的像素當量 s二O. 058348755911988mm7像素。第二步，用圖像采集設(shè)備鏡頭1對面積為1315mm2的待測皮革進 行成像，將獲取的圖像通過CCD攝像機2與圖像采集卡3輸入計算 機4，獲取待測皮革的圖像。第三步，在計算機中采用圖像處理軟件算法中的中值濾波處理對 得到的圖像去噪，減小圖像噪聲。第四步，用迭代法選取一個最優(yōu)閾值，將圖像中大于閾值的灰度 值設(shè)為1,小于閾值的灰度值設(shè)為0。第五步，對每一個像素點，判斷其八領(lǐng)域中與其灰度值不同的像素個數(shù)，若大于半數(shù)，則將其視為噪聲點，將該點賦予相反的灰度值， 反之不變。第六步，邊界跟蹤，將邊界點標號及記錄相關(guān)矢量；邊界標點按 逆時針方向重新排序；按排序由小到大逐點判斷當前邊界點右側(cè)像素 是否滿足邊界點內(nèi)點的條件，若滿足則計算邊界內(nèi)像素，若不滿足則 繼續(xù)判斷下一個邊界點；判斷是否所有邊界點都判斷完，若全部判斷 完，則進行面積計算，否則繼續(xù)判斷，如此最終得到邊界像素總數(shù) B二652，邊界內(nèi)像素總數(shù)IB二22343。第七步，利用公式"-^7V計算出待測皮革面積，即面積二(0. 058348755911988 mm7像素)X (652/2+22343) =1322. 70795 mm2。 測量相對誤差為0. 586156%。
權(quán)利要求
1、一種基于數(shù)字圖像法測量皮革面積的系統(tǒng)，包括有圖像采集設(shè)備鏡頭(1)，其特征是，圖像采集設(shè)備鏡頭(1)的后端與CCD攝像機(2)的前端相連，CCD攝像機(2)的后端連接有圖像采集卡(3)，圖像采集卡(3)裝計算機(4)中。
2、 一種基于數(shù)字圖像法測量皮革面積的方法，其特征是，包括 如下步驟-第一步，對系統(tǒng)進行標定，即用系統(tǒng)對一個已知幾何參數(shù)物體的 尺寸進行測量，獲取系統(tǒng)的像素當量e，得到單位像素所代表的實際 尺寸；第二步，用圖像采集設(shè)備鏡頭對待測皮革進行成像，將獲取的圖 像通過CCD攝像機(2)與圖像采集卡(3)輸入計算機(4)，獲取 待測皮革的圖像；第三步，對得到的皮革的圖像，在計算機中采用圖像處理算法中 的濾波處理對信號去噪，減小圖像噪聲；第四步，對圖像進行增強處理，即采用迭代閾值法將灰度圖像轉(zhuǎn) 化為二值圖像，將皮革圖像與背景區(qū)分開來；第五步，對二值化后的圖像進行二次去噪，去除目標區(qū)域內(nèi)的孤 立噪聲點以及皮革邊緣的突剌；第六步，經(jīng)過上述處理后，利用矢量分析法對皮革圖像進行處理， 具體包括如下步驟邊界跟蹤，將邊界點標號及記錄相關(guān)矢量；邊界 標點按逆時針方向重新排序；按排序由小到大逐點判斷當前邊界點右側(cè)像素是否滿足邊界點內(nèi)點的條件，若滿足則計算邊界內(nèi)像素，若不 滿足則繼續(xù)判斷下一個邊界點；判斷是否所有邊界點都判斷完，若全部判斷完，則進行面積計算，否則繼續(xù)判斷。第七步，根據(jù)計算公式^ = "^計算出待測皮革面積，其中， D為待測皮革的幾何參數(shù)，7\^5/2 +化為測得的待測皮革物體的像元 數(shù)，e:S/M為系統(tǒng)的像素當量，其中B為物體的邊界像素數(shù)，IB為 物體邊界內(nèi)像素總數(shù)，S為標定物體的幾何參數(shù)，M為測得的標定物體 的像元數(shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，所說的對系統(tǒng)進行 標定，即利用該系統(tǒng)對一個幾何參數(shù)S已知的物體進行測量，得到代 表其參數(shù)的像素數(shù)M,然后利用公式^ = ^/似計算出系統(tǒng)的像素當量 、得到單位像素所代表的實際尺寸。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，所說的對圖像進行 增強處理，即用迭代法選取一個最優(yōu)閾值，將圖像中大于閾值的灰度 值設(shè)為1，小于閾值的灰度值設(shè)為0，從而將皮革圖像區(qū)域與背景區(qū)域 區(qū)分開。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，所說的對二值化后 的圖像進行二次去噪，去除目標區(qū)域內(nèi)的孤立噪聲點以及皮革邊緣的 突刺的具體方法是對每一個像素點，判斷其八領(lǐng)域中與其灰度值不 同的像素個數(shù)，若大于半數(shù)，則將其視為噪聲點，將該點賦予相反的 灰度值，反之不變。
全文摘要
一種基于數(shù)字圖像法測量皮革面積的系統(tǒng)及其方法，包括與圖像采集設(shè)備鏡頭相連的CCD攝像機，CCD攝像機連接圖像采集卡并與計算機相連，測量步驟包括第一，對系統(tǒng)進行標定，獲取系統(tǒng)的像素當量ε，得到單位像素所代表的實際尺寸，第二，獲取待測皮革的灰度圖像，第三，對灰度圖像去噪，第四，利用迭代閾值法將灰度圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，將目標與背景區(qū)分開，第五，對圖像進行二次去噪，第六，用矢量分析法對皮革圖像處理，得到目標區(qū)域的邊緣輪廓以及像素數(shù)，第七，計算出待測皮革面積；具有成本低、非接觸、測量精度高、便于工業(yè)化使用的特點。
文檔編號G06T7/00GK101403610SQ20081023212
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月6日
發(fā)明者黨宏社, 宋晉國, 英 洪 申請人:陜西科技大學(xué)