一種針對(duì)顆粒厚度的超分辨率測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于顆粒檢測(cè)與測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域，是一種針對(duì)顆粒厚度的超分辨率測(cè)量方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 顆粒問(wèn)題涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，如食品加工、煤炭礦業(yè)生產(chǎn)、精密制造、生 物制藥等。在一些領(lǐng)域中，顆粒厚度對(duì)顆粒因素的控制具有重要意義，因此研究設(shè)計(jì)顆粒厚 度測(cè)量方法具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 顆粒厚度測(cè)量的方法有很多種，如波動(dòng)特性法、機(jī)械法、電感應(yīng)法等傳統(tǒng)測(cè)量方 法，還有質(zhì)譜法、色譜法、數(shù)字圖像處理測(cè)量等近年來(lái)常用的測(cè)量方法。用送些方法已研制 并生產(chǎn)了幾百種基于不同工作原理的測(cè)量裝置，并且不斷地有新的顆粒厚度測(cè)量方法和測(cè) 量?jī)x器研究成功。與現(xiàn)有方法不同的是，本發(fā)明針對(duì)的測(cè)量對(duì)象是扁平狀顆粒，采用的方法 是基于超分辨率分析的數(shù)字圖像測(cè)量方法。
[0004] 顆粒厚度測(cè)量中，厚度測(cè)量結(jié)果精度越高，說(shuō)明該測(cè)量裝置越好。但是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng) 采集圖像的過(guò)程中，會(huì)有很多因素影響圖像質(zhì)量，導(dǎo)致圖像退化產(chǎn)生崎變等，如光學(xué)系統(tǒng)中 的像差、拍攝圖像時(shí)對(duì)機(jī)箱的碰撞、投放顆粒時(shí)不小必抖動(dòng)等。另外，測(cè)量場(chǎng)所的環(huán)境比較 惡劣，存在著比較嚴(yán)重的噪聲、毛刺及小顆粒雜質(zhì)等，會(huì)在成像、傳輸和存儲(chǔ)的過(guò)程中添加 到采集的圖像中去，送些都會(huì)導(dǎo)致圖像的質(zhì)量下降，影響圖像的分辨率。但是，后續(xù)簡(jiǎn)單的 圖像處理操作無(wú)法完全消除送些"污染"，從而嚴(yán)重影響了顆粒測(cè)量結(jié)果。
[0005] 顆粒厚度測(cè)量系統(tǒng)中，若是采用低分辨率的攝像設(shè)備，采集的圖像細(xì)節(jié)部分會(huì)比 較模糊，在圖像處理中很容易將顆粒的邊緣部分消除，從而嚴(yán)重影響了顆粒厚度測(cè)量結(jié)果。 若是采用高分辨率的攝像設(shè)備，雖會(huì)增大圖像的分辨率，豐富圖像的細(xì)節(jié)部分，但是噪聲與 雜質(zhì)等污染也隨之被放大，嚴(yán)重影響了圖像質(zhì)量，且設(shè)備成本也會(huì)相應(yīng)增加。為了提高顆粒 厚度的測(cè)量精度，一方面希望獲得高分辨率的圖像來(lái)獲取更多內(nèi)容；另一方面，要避免引入 較多噪聲、雜質(zhì)等污染。但是簡(jiǎn)單的圖像放大技術(shù)（雙線(xiàn)性插值、雙立方插值等）在提高圖 像分辨率時(shí)，會(huì)使圖像細(xì)節(jié)更加模糊，質(zhì)量更差。而圖像的超分辨技術(shù)能夠克服上述缺點(diǎn)， 該技術(shù)能夠在低成本獲取圖像的基礎(chǔ)上將低分辨率圖像構(gòu)造成高分辨率圖像，W增強(qiáng)圖像 細(xì)節(jié)部分，提高圖像性能，從而獲得更好的圖像內(nèi)容，方便后續(xù)的顆粒厚度測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 基于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明旨在提供一種針對(duì)顆粒厚度的超分辨率測(cè)量方法。發(fā)明內(nèi) 容主要有兩個(gè)方面，其一，獲取低分辨率圖像，首先經(jīng)過(guò)圖像增強(qiáng)，去除部分噪聲等污染，其 次，將該圖像構(gòu)造為高分辨率圖像，得到較為理想的顆粒圖像。其二，將重建后的高分辨率 圖像，進(jìn)行圖像分割、圖像二值化、顆粒特征提取、攝像機(jī)標(biāo)定等一系列處理，最后通過(guò)標(biāo)定 板標(biāo)定結(jié)果得到顆粒厚度。下面會(huì)詳述送兩個(gè)內(nèi)容的具體實(shí)現(xiàn)方法，其中，發(fā)明的重點(diǎn)是如 何獲得高分辨率圖像。
[0007] 若要獲得高分辨率圖像，可W從"硬件"和"軟件"兩方面入手。硬件方法是使用高 分辨率的設(shè)備，如數(shù)碼相機(jī)等，在拍攝過(guò)程中將會(huì)獲取高分辨率圖像，但是，高精度光學(xué)設(shè) 備與圖像傳感器的成本都較高，并且由于技術(shù)的局限性，獲得的圖像分辨率大小有所限制。 因此，采用硬件方法，在很多場(chǎng)合和大規(guī)模部署中難W實(shí)現(xiàn)。若是采用軟件方法，即超分辨 率重建技術(shù)，不僅不會(huì)涉及硬件，且成本較低，可W較好改進(jìn)采集圖像的性能，使其細(xì)節(jié)越 清晰，表現(xiàn)的信息越豐富，是一種非常經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的方法。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1是在線(xiàn)測(cè)量顆粒厚度的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。
[0009] 圖2是超分辨率重建技術(shù)獲取高分辨率圖像的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 在線(xiàn)測(cè)量顆粒厚度的大體過(guò)程是，首先，把圖像傳感器和顯微鏡直接相連，利用計(jì) 算機(jī)圖像處理裝置采集圖像；其次，通過(guò)圖像增強(qiáng)去除部分雜質(zhì)，采用超分辨率技術(shù)獲得高 分辨率圖像；最后，對(duì)該圖像進(jìn)行圖像分割、圖像二值化、顆粒特征提取、攝像機(jī)標(biāo)定等一系 列處理，通過(guò)標(biāo)定板標(biāo)定結(jié)果得到顆粒厚度。該方法有效提高了顆粒厚度的測(cè)量精度。
[0011] 本發(fā)明主要針對(duì)基于稀疏表示的單幅圖像超分辨率重建。假定采集的低分辨率圖 像與重建的高分辨率圖像具有相似的稀疏表示結(jié)構(gòu)，利用學(xué)習(xí)的方法，從低分辨率圖像的 高頻部分學(xué)習(xí)得到高分辨率圖像的高頻部分，使其細(xì)節(jié)更加清晰。同時(shí)通過(guò)低頻部分的訓(xùn) 練消除重建圖像中的大部分噪聲、雜質(zhì)等干擾。首先將采集到的低分辨率圖像定義為：
[001 引 y = bSA+N (1)
[001引其中，Y是采集的低分辨率圖像，B是模糊操作，S是采樣操作，A是要重建的高分 辨率圖像，N是噪聲。
[0014] 在圖像重建中，采用圖像塊的方法。假設(shè)a是待重建的高分辨率圖像A的圖像塊， y是采集的低分辨率圖像Y的圖像塊，圖像塊a和y的超完備字典分別是Dh、Di，它們對(duì)應(yīng)的 稀疏表示系數(shù)是ω，根據(jù)稀疏表示，a與y可用式子（2)、（3)表示。
[0015] a = Dh? (2)
[0016] y = 〇ιω (3)
[0017] 從式子（2)、（3)可W看出，在重建高分辨率圖像之前，根據(jù)輸入的每一個(gè)低分辨 率圖像的圖像塊y求出其超完備字典Di相對(duì)應(yīng)的稀疏表示系數(shù)ω，由超完備字典Dh與稀 疏表示系數(shù)ω的乘積可求出高分辨率圖像塊a,最終通過(guò)重建a得到高分辨率圖像。因此， 重建高分辨率圖像的關(guān)鍵是稀疏表示系數(shù)與高、低分辨率圖像塊的超完備字典。
[0018] A.稀疏表示系數(shù)的計(jì)算
[0019] 若要在高、低分辨率圖像之間建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，則要選擇合適的、唯一的稀疏表 示系數(shù)，它是在許多稀疏表示系數(shù)中非零元素的個(gè)數(shù)最少的一個(gè)，加之采集圖像時(shí)存在高 斯白噪聲，則稀疏表示系數(shù)可表示為：
[0020]
(4)
[0021] 其中，F(xiàn)表示提取圖像特征，一般用濾波器來(lái)完成，I I ω I I。是ω的零范數(shù)，表示ω 中的非零元素的個(gè)數(shù)，ε是稀疏表示誤差。
[0022] 本發(fā)明中，采用正交匹配追蹤（化thogonal Matching化rsuit, OMP)算法求稀 疏表示系數(shù)，它在每次迭代中選擇與殘差向量最相關(guān)的列，在由所選列組成的字典集合中 找尋最稀疏的系數(shù)，同時(shí)從輸入圖像中除去相關(guān)部分，循環(huán)執(zhí)行W上過(guò)程，直到滿(mǎn)足條件為 止。具體過(guò)程如下：