程穎 鄧飛 潘方琴

摘 要

我國(guó)是珍珠生產(chǎn)大國(guó)，對(duì)珍珠按照大小進(jìn)行分揀，可以提高珍珠的價(jià)值，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)價(jià)值。傳統(tǒng)的人工測(cè)定方法存在效率較低、可重復(fù)性差等缺點(diǎn)。本文利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，以.Net為開(kāi)發(fā)工具，以Emgucv為圖像處理平臺(tái)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套具備檢測(cè)珍珠大小和面積的功能的珍珠大小檢測(cè)系統(tǒng)。在一定程度上克服人工檢測(cè)的缺點(diǎn)，可應(yīng)用于珍珠分揀領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞

Emgucv ;計(jì)算機(jī)視覺(jué);珍珠檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)： G01N21/87 ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 16

0 引言

我國(guó)是世界上最大的珍珠生產(chǎn)國(guó)，珍珠已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)極大的產(chǎn)業(yè)。珍珠的大小是判斷珍珠價(jià)值的判斷標(biāo)準(zhǔn)之一，也是與珍珠質(zhì)量相關(guān)的一個(gè)的參數(shù)。根據(jù)大小對(duì)珍珠分類(lèi)，可以在一定程度上提高珍珠的價(jià)值[1]。目前，珍珠分選過(guò)程除了其初期大小的分選采用機(jī)械平面篩選外，大部分依靠人工作業(yè)[2]。但是人工作業(yè)人力成本高、長(zhǎng)期用眼導(dǎo)致工作效率下降等缺點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)，實(shí)現(xiàn)珍珠大小的自動(dòng)判斷，可以提高工作效率。

1 本文的研究?jī)?nèi)容

本文通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，對(duì)珍珠圖像進(jìn)行預(yù)處理將珍珠從背景圖像中分離，并測(cè)量出珍珠的面積和長(zhǎng)短軸。首先過(guò)濾掉圖像的背景，然后通過(guò)輪廓提取得到珍珠的邊緣部分，再得到像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)，得出在圖像中珍珠面積和長(zhǎng)短軸所對(duì)應(yīng)的像素值。同時(shí)在獲取圖像時(shí)，放置一個(gè)已知大小的硬幣作為參照物，結(jié)合珍珠在圖像上的像素值，計(jì)算出珍珠的實(shí)際面積和長(zhǎng)短軸。本文采用EmguCV作為圖像處理的開(kāi)發(fā)包。

對(duì)于珍珠的面積，本文采用圖像中拍攝的珍珠的像素點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行衡量。而對(duì)于長(zhǎng)短軸，由于珍珠可能是一個(gè)不規(guī)則的物體，長(zhǎng)短軸并沒(méi)有一個(gè)準(zhǔn)確的定義[3-4]。本文的處理方式在圖像上的珍珠上繪制出一個(gè)包圍珍珠的最小矩形，這個(gè)矩形的長(zhǎng)短軸就是這個(gè)珍珠的長(zhǎng)短軸，如圖1所示。

2 圖像的預(yù)處理

本文在加載圖像后，首先將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，然后進(jìn)行圖像去噪，之后進(jìn)行二值化，其流程圖2所示。

在二值化的方法中，比較常用的二值化方法有以下幾個(gè)：OTSU法、P參數(shù)法、迭代法、雙峰法等，本文選擇是otsu算法進(jìn)行二值化，得到圖4。

圖3左上角第一顆珍珠，在經(jīng)過(guò)二值化后珍珠圖像變成了只有黑白兩色，效果如圖5所示。

3 珍珠的提取與檢測(cè)

3.1 珍珠和參照物

因?yàn)檫x擇的圖片是珍珠顏色和背景顏色差別較大的圖片，所以在經(jīng)過(guò)上面的圖像處理后珍珠與背景會(huì)完全分開(kāi)，分別呈現(xiàn)為白色和黑色。在這里則使用輪廓提取函數(shù)FindContours找出珍珠和參照物的輪廓。

圖7為圖5進(jìn)行輪廓提取后得到的圖像。二值化的珍珠，在經(jīng)過(guò)輪廓提取后只剩下珍珠的邊緣部分。

3.2 繪制最小矩形

本文選擇的是使用最小矩形的方式計(jì)算珍珠的長(zhǎng)短軸。

EmguCV庫(kù)中有名為MinAreaRect函數(shù)，該函數(shù)可以將根據(jù)提取出來(lái)的輪廓頂點(diǎn)自動(dòng)尋找出包圍這個(gè)輪廓的最小矩形。

在繪制最小矩形時(shí)，系統(tǒng)會(huì)是通過(guò)計(jì)算之前經(jīng)過(guò)輪廓提取后所得到的圖像輪廓點(diǎn)集，來(lái)獲取矩形點(diǎn)集，在使用GetVertices（）函數(shù)得到矩形的四個(gè)頂點(diǎn)。即可計(jì)算出珍珠的長(zhǎng)短軸。再使用Line函數(shù)將矩形繪制在圖片上。

各個(gè)珍珠的面積，長(zhǎng)短軸和坐標(biāo)點(diǎn)的像素值是在這個(gè)階段得到的。

如圖9為在圖7的基礎(chǔ)上繪制的最小矩形，在珍珠的邊緣部分繪制上了一個(gè)矩形

3.3 計(jì)算面積和長(zhǎng)短軸

珍珠面積的計(jì)算：在進(jìn)行圖像輪廓提取后，使用EmguCV中自帶的ContourArea函數(shù)計(jì)算面積，該函數(shù)能自動(dòng)求出輪廓所包含的像素點(diǎn)。

珍珠長(zhǎng)短軸的計(jì)算：在進(jìn)行圖像輪廓提取后，使用EmguCV中自帶的ContourArea函數(shù)計(jì)算包圍該輪廓的最小矩形，這個(gè)矩形的長(zhǎng)短軸的像素點(diǎn)數(shù)認(rèn)作是珍珠的長(zhǎng)短軸。

計(jì)算結(jié)果會(huì)按照比例尺進(jìn)行計(jì)算，得出珍珠的實(shí)際面積和長(zhǎng)短軸。本文選擇的是第六套5角錢(qián)硬幣，面積約為329.9mm2，直徑為20.5mm。計(jì)算結(jié)果保存在珍珠結(jié)構(gòu)體數(shù)組中，并會(huì)在打開(kāi)的圖片上顯示出計(jì)算結(jié)果，上面的數(shù)值為長(zhǎng)軸，下面的數(shù)值為短軸。效果如圖10所示。

4 結(jié)論

本文從珍珠圖片中提取出了珍珠，計(jì)算出了圖片中珍珠的個(gè)數(shù)，接著采用圖像處理技術(shù)和形態(tài)學(xué)相關(guān)知識(shí)，描繪出每顆珍珠的輪廓。然后從輪廓圖的基礎(chǔ)上，對(duì)珍珠進(jìn)行標(biāo)記，繪制出了包圍珍珠的最小矩形，繼而算出單個(gè)珍珠所占像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)。接著在原圖的基礎(chǔ)上，提取參照物像素值，再計(jì)算比例尺，結(jié)合之前每顆珍珠所占的像素點(diǎn)數(shù)算出珍珠的實(shí)際面積和長(zhǎng)短軸，從實(shí)際比較結(jié)果中可以知道本文的算法是可行的。

目前的程序還只能處理一些特定的珍珠圖片（背景顏色與珍珠顏色的灰度值需要有一定差別），珍珠圖片來(lái)源于本地，需要用戶拍攝后保存到本地電腦才能使用。有參照物條件下參照物必須放在圖片右下角。還有就是珍珠放置的時(shí)候需要分開(kāi)擺放，不能有重疊，否則會(huì)影響到珍珠的檢測(cè)結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

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