金刚砂线上粘连颗粒分割方法的研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 金刚砂线上粘连颗粒分割方法的研 究 摘 要：金刚砂线上粘连颗粒的 数量是衡量金刚砂线质量的重要指标， 文中针对金刚砂线上粘连颗粒分割不准 确的问题，通过对金刚砂线图像进行形 态学滤波去噪等处理，利用改进的 Canny 算法进行边缘检测，计算平面向 量寻找凹点群并去除伪凹点，进行凹点 配对，解决了金刚砂线上粘连颗粒分割 计数问题。实验结果表明，文中所述方 法的平均正确率相较传统分割方法有所 提高，可达 80.2%。 中国论文网 /8/view-12998334.htm 关键词：金刚砂线；粘连颗粒； 图像分割；凹点配对 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 中图分类号：TP391 文献标识码： A 文章编号：2095-1302 （ 2017）10-00- 02 0 引 言 金刚砂线是钢丝表面电镀了金刚 石的切割钢丝。主要用于切割一些硬脆 的材料与精度高的材料。金刚砂线上的 颗粒个数、密度决定了金刚砂线的质量。 因此在机器视觉检测方案中对于粘连颗 粒的分割能力决定了颗粒计数的准确程 度。粘连颗粒的分割是近年来机器视觉 领域的研究热点，许多学者提出了多种 分割方法。李希，王天江1等提出基于 欧式距离的算法分割粘B 物体。陆建 峰2等基于数学形态学利用膨胀腐蚀寻 找分割点，实现粘连细胞的分割。陆振 晔3等利用分水岭等方法实现了分离算 法。SALMANNH4结合了分水岭法、 K 均值聚类和区域增强的方法对细胞图 像进行分割并检测其边缘。本文利用 canny 算法进行边缘检测，通过计算粘 连区域边界曲率得到凹点。最后进行凹 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 点配对并对粘连颗粒进行分割。实验表 明该算法效果明显。 1 图像采集 本文使用的金刚砂线图像样本均 由自主搭建的金刚砂视觉检测系统采集 得到。整个金刚砂视觉检测系统主要由 工控机、工业相机、点光源、光源控制 器、镜头、滑轮等组成。工业相机采用 Basler acA640-90 gm，其工作距离为 65 mm，采集的图像大小为 659494。金 刚砂线通过左定滑轮和右定滑轮将金刚 砂线送到镜头下，确保金刚砂线无抖动。 金刚砂线采集图像如图 1 所示。 2 粘连颗粒分割流程 本文的检测对象是金刚砂线上的 金刚石颗粒，金刚石颗粒与颗粒之间互 相重叠形成重叠颗粒。为解决重叠颗粒 的分割问题，文中提出一种基于凹点检 测和凹点配对的金刚砂线上粘连颗粒分 割方法。主要步骤如下所示： （1）对金刚砂线图像进行滤波、 开运算、闭运算、腐蚀、膨胀等预处理， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 通过这些预处理实现抑制噪声的目的。 （2）使用边界和区域相结合的 形状因子提取粘连颗粒区域，减少算法 耗时，提高检测效率。 （3）根据粘连区域边缘轮廓的 凹凸性迭代搜索粘连区域边缘轮廓上的 凹点。 （4）根据凹点平分线法则及最 短距离法实现凹点配对，并进行粘连颗 粒的分割。 3 凹点搜寻 一般情况下，多个颗粒粘连或者 重叠会在粘连重叠的区域形成凹陷区域， 这样轮廓边缘就会变得复杂5，6，故 使用边界和区域相结合的形状因子7： （1） 其中，A 为粘连区域对的面积， P 为粘连区域轮廓的周长。对于圆形区 域，该度量值为 1，对于方形区域，该 度量值为 /4。由此来看，当区域面积 不变时，区域中凹陷区域越多或凹陷程 度越大，区域的周长也越大，而 R 变小。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 本文根据该原理，取阈值 R0，当 R 小 于 R0 时就可将该区域判断为颗粒粘连 区域。 凹点作为粘连颗粒分割的关键， 文中提出一种凹点检测方法，如图 3 所 示。首先，求取粘连颗粒轮廓的有序坐 标集合，然后判断轮廓上各点的凹凸性。 假设轮廓 Sk 的坐标集合为 （x0，y0） ， ， （xi，yi） ， （xn，yn），其中 i 表示索引号。方向向量 hi-1，hi+1 由 Sk 上三个点构成，这三个点分别为前 继点（xi-1，yi-1） ，当前点（xi，yi）和 后继点（xi+1，yi+1） 。 （2） 因为在凹点和凸点处存在不同的 符号函数，所以通过符号函数来确定凹 点。 （3） Hi=（hi-1hi+1 ） n，i=（1，2，N） （4） 其中，n 为平面法向量。当符号 函数 sign（Hi）的值为 1 时， （xi，yi） -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 为凹点，当符号函数 sign（Hi）的值为 0 时， （xi，yi）为凸点。 通过上述方法计算出轮廓上所有 的凹点，成为凹点群，其中包含部分伪 凹点，因此需要去除。选取凹点群中的 凹点 P，并选取轮廓上与 P 点等距离的 前继点 M 和后继点 N，连接 PM，PN。计算 PM，PN 所成的夹角以 判定该点是否为真正的凹点。如图 4 所 示，Ang 为向量 PM 到向量 PN 顺时针 方向的夹角。设夹角的阈值为 ，当 Ang时，P 点就是真正的凹点，否则 为伪凹点。 4 凹点配对 颗粒粘连主要可以分为串联，并 联，串并连三种状况8，如图 5 所示。 当两颗颗粒粘连时，轮廓上会存在两个 凹点，此时只需将两点连接就完成了凹 点匹配。此外，寻找到的凹点都会大于 2 个，此时两两配对显然不对。本文选 取凹点 P1，P2，并选取轮廓上分别与 P1，P2 点等距离的前继点 M1，M2 和 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 后继点 N1，N2。连接 P1，M1，N1， 连接 P2，M2，N2。延 P2P1 方向做向 量 P1A，延 P1P2 方向做向量 P2B。当 满足以下两个条件时，这两个凹点可配 对： （1）P1A 属于 P1M1 延顺时针 方向到 P1N1 的区域； （2）P2B 属于 P2M2 延顺时针 方向到 P2N2 的区域。 5 实验与分析 使用本文提出的方法对金刚砂线 图像进行实验，实验使用图像及实验结 果如图 6 所示。图 6（a ）为原始图像， 图 6（b）为经过形态学处理的图像，经 过形态学处理后，颗粒粘连情况依然没 有改善。图 6（c ）是经过搜索凹点后的 图像，可看出搜索出的凹点基本都分布 在凹区域。图 6（d）是最后分割结果的 图像。实验结果表明，本文提出的算法 可较好地分割粘连颗粒。将本文提出的 方法与区域增长法如图 6（e）所示做对 比，可看出区域增长法并不能很好地做 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 到粘连颗粒的分割。 为了验证 本文提出方法的有效性。利用分水岭法， 极限腐蚀法以及本文所提方法对 100 组 粘连颗粒进行分割处理。之后将上述三 种方法处理得到的结果与标准结果进行 对比，标准结果由人工手工标记。根据 手工标记的结果得出三种方法的正确率。 正确率计算公式如下： 正确率=（分割出的颗粒数量/手 工标记出的颗粒数量）100%（5） 本文方法与传统方法的分割正确 率实验对比结果见表 1 所列。对于相对 面积较小，边比较模糊的粘连颗粒， 本文所提方法正确率为 71.3%，明显好 于极限腐蚀法的 61%和分水岭法的 68.7%。 由于边缘不明显的部分会被腐蚀，而分 水岭法受灰度、噪点影响较大，分割效 果不明显。对于粘连明显，边缘清晰的 粘连颗粒，所提方法正确率达到 89.1%。 6 结 语 粘连颗