程穎 鄧飛 潘方琴

摘 要

我國是珍珠生產(chǎn)大國，對珍珠按照大小進(jìn)行分揀，可以提高珍珠的價值，具有很強(qiáng)的市場價值。傳統(tǒng)的人工測定方法存在效率較低、可重復(fù)性差等缺點。本文利用計算機(jī)視覺技術(shù)，以.Net為開發(fā)工具，以Emgucv為圖像處理平臺，設(shè)計并實現(xiàn)了一套具備檢測珍珠大小和面積的功能的珍珠大小檢測系統(tǒng)。在一定程度上克服人工檢測的缺點，可應(yīng)用于珍珠分揀領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞

Emgucv ;計算機(jī)視覺;珍珠檢測

中圖分類號： G01N21/87 ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

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

0 引言

我國是世界上最大的珍珠生產(chǎn)國，珍珠已經(jīng)發(fā)展成為一個極大的產(chǎn)業(yè)。珍珠的大小是判斷珍珠價值的判斷標(biāo)準(zhǔn)之一，也是與珍珠質(zhì)量相關(guān)的一個的參數(shù)。根據(jù)大小對珍珠分類，可以在一定程度上提高珍珠的價值[1]。目前，珍珠分選過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、長期用眼導(dǎo)致工作效率下降等缺點，通過計算機(jī)視覺，實現(xiàn)珍珠大小的自動判斷，可以提高工作效率。

1 本文的研究內(nèi)容

本文通過計算機(jī)視覺技術(shù)，對珍珠圖像進(jìn)行預(yù)處理將珍珠從背景圖像中分離，并測量出珍珠的面積和長短軸。首先過濾掉圖像的背景，然后通過輪廓提取得到珍珠的邊緣部分，再得到像素點的個數(shù)，得出在圖像中珍珠面積和長短軸所對應(yīng)的像素值。同時在獲取圖像時，放置一個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，計算出珍珠的實際面積和長短軸。本文采用EmguCV作為圖像處理的開發(fā)包。

對于珍珠的面積，本文采用圖像中拍攝的珍珠的像素點數(shù)量進(jìn)行衡量。而對于長短軸，由于珍珠可能是一個不規(guī)則的物體，長短軸并沒有一個準(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包圍珍珠的最小矩形，這個矩形的長短軸就是這個珍珠的長短軸，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：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

3.1 珍珠和參照物

因為選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)過上面的圖像處理后珍珠與背景會完全分開，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算珍珠的長短軸。

EmguCV庫中有名為MinAreaRect函數(shù)，該函數(shù)可以將根據(jù)提取出來的輪廓頂點自動尋找出包圍這個輪廓的最小矩形。

在繪制最小矩形時，系統(tǒng)會是通過計算之前經(jīng)過輪廓提取后所得到的圖像輪廓點集，來獲取矩形點集，在使用GetVertices（）函數(shù)得到矩形的四個頂點。即可計算出珍珠的長短軸。再使用Line函數(shù)將矩形繪制在圖片上。

各個珍珠的面積，長短軸和坐標(biāo)點的像素值是在這個階段得到的。

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矩形

3.3 計算面積和長短軸

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

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

計算結(jié)果會按照比例尺進(jìn)行計算，得出珍珠的實際面積和長短軸。本文選擇的是第六套5角錢硬幣，面積約為329.9mm2，直徑為20.5mm。計算結(jié)果保存在珍珠結(jié)構(gòu)體數(shù)組中，并會在打開的圖片上顯示出計算結(jié)果，上面的數(shù)值為長軸，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，計算出了圖片中珍珠的個數(shù)，接著采用圖像處理技術(shù)和形態(tài)學(xué)相關(guān)知識，描繪出每顆珍珠的輪廓。然后從輪廓圖的基礎(chǔ)上，對珍珠進(jìn)行標(biāo)記，繪制出了包圍珍珠的最小矩形，繼而算出單個珍珠所占像素點的個數(shù)。接著在原圖的基礎(chǔ)上，提取參照物像素值，再計算比例尺，結(jié)合之前每顆珍珠所占的像素點數(shù)算出珍珠的實際面積和長短軸，從實際比較結(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候需要分開擺放，不能有重疊，否則會影響到珍珠的檢測結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

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