[發明專利]一種基于圖像處理的方格蔟蠶繭篩選裝置及方法

有效

• 申請號: 201710018548.2
• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN106780537B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 閆銀發;許榮浩;閆筱;李法德;宋占華;李玉道;韓守強;宋華魯
• 申請（專利權）人: 山東農業大學
• 主分類號: G06T7/155
• 分類號: G06T7/155;G06T7/187;G06T7/136;G06M11/00
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1.一種基于圖像處理的方格蔟蠶繭篩選方法，是利用方格蔟蠶繭篩選裝置對蠶繭進行篩選的方法；其特征在于步驟如下：

1）使用CMOS攝像頭對方格蔟蠶繭進行圖像采集；

2）設定閾值L₀,對采集到的原始方格蔟蠶繭圖像進行二值化處理，灰度值超過閾值L₀的像素判定為目標區域，從而得到二值化圖像；利用Otus法確定閾值L₀，方法如下：

2.1統計灰度圖像總的像素數N，并找出最小灰度值L_min和最大灰度值L_max，則灰度圖像的灰度范圍為[L_min，L_max]；假設閾值為T，T在[L_min，L_max]范圍內，則灰度圖像的像素灰度值被閾值T分為兩部分C₀和C₁；C₀由灰度值在[L_min，T-1]范圍內的像素組成，C₁由灰度值在[T，L_max]范圍內的像素組成，則區域C₀和C₁的概率分別為：,；區域C₀和C₁的平均灰度分別為：，；灰度圖像的平均灰度為：,C₀和C₁兩個區域的總方差為：;將T在[L_min，L_max]范圍內以像素灰度值每次增加1的方式依次取值，使最大的T值便是最佳區域分割閾值L；

2.2在閾值L上下各10個灰度值的范圍內對閾值進行調節，得到使二值化圖像分割效果最清楚的閾值L₀，使用閾值L₀ 對灰度圖像進行二值化，大于閾值L₀的像素點的像素灰度值為255，小于閾值L₀的像素點的像素灰度值為0，這樣就得到了二值化后的圖片；

3）對二值化圖片進行腐蝕分割、形態學運算，選擇灰度值為255的點所組成的連通域即蠶繭圖像作為目標區域，具體方法如下：

3.1對二值化圖片進行8×8的正方形結構元素腐蝕，腐蝕1到2次將方格蔟與蠶繭粘連部分分開；

3.2對腐蝕后二值化圖像像素值為255的像素點標記為若干個連通域，并把這些連通域作為目標連通域；

3.3確定被標記的目標連通域的主軸，然后計算能夠將連通域完全包含的形狀特征的主軸方向上的最小長度和與之垂直方向上的最小寬度，則長度為、寬度為連通區域外接矩形就是該連通域的最小外接矩形；

3.4統計所有被標記的目標連通域的最小外接矩形的長和寬，根據圖像中的蠶繭大小設置長和寬的范圍，遍歷所有被標記的目標連通域，尋找滿足蠶繭長和寬的連通域，即為表示蠶繭連通域；統計目標區域的個數，即為方格蔟中蠶繭的個數；

4）求出每個目標區域所包含像素的數量，并將其作為該區域的面積特征；

5）通過對區域面積的判斷，篩選出雙宮繭或特小繭：

如果目標物體區域的面積 滿足，則將當前目標區域看作單個正常蠶繭區域；

如果目標物體區域的面積滿足，則將當前目標區域看作不良繭中的雙宮繭區域；

如果目標物體區域的面積 滿足，則將當前目標區域看作不良繭中的特小繭區域；

通過步驟3.4中的方法，得到真實物體橫截面積與采集到的原始圖像中物體的面積比為： ；以雙宮繭和特小繭的長軸方向為水平方向，分別測量雙宮繭和特小繭的橫截面積和，分別測量多個雙宮繭和特小繭的橫截面積,分別求其橫截面積的平均值和得到原始圖像中對應的代表雙宮繭區域的平均面積，代表特小繭區域的平均面積；

所述步驟3.2中標記方法如下：

按由左至右，由上至下的順序遍歷二值化圖像中的所有像素點，將像素值為255的像素點作為目標像素點，若當前像素點為目標像素點，則掃描當前像素點左側和上側的兩個4鄰域像素點：

如果當前像素點左側和上側的兩個4 鄰域像素點都不是目標像素點，則用新的標號對當前像素點進行標記；

如果當前像素點左側和上側的兩個4 鄰域像素點中有一個為目標像素點，則用兩者中目標像素點的標號對當前像素點進行標記；

如果當前像素點左側和上側的兩個4 鄰域像素點都為目標像素點，并且兩者有相同的標號時，采用該標號對當前像素點進行標記；

如果當前像素點左側和上側的兩個4 鄰域像素點都為目標像素點，但兩者的標號不同時，采用兩者中的任意一個的標號對當前像素點進行標記，并將對應的兩個標記作為一個等價對；

根據所有的等價對，將所有等價的標號歸為一個等價組，針對每一個等價組，采用相同的標號對被該等價組中的標記所標記的目標像素點重新進行標記，具有相同標號的像素點組成一個連通區域；

所述步驟3.4中蠶繭連通域通過以下方法確定：

所述步驟1）中采集原始圖像時,在方格蔟旁邊放一個精度為1mm、長度為10cm的標尺,并保證該標尺能被攝像頭拍到；拍攝完成后，測量采集到的原始圖像上的標尺長度為cm,則圖像的比例尺為：，真實物體橫截面積與采集到的原始圖像中物體的面積比為：；將真實的一個蠶繭抽象為一個橢圓形，測量其最長軸長度與最短軸的長度,則在采集到的原始圖像上蠶繭的最長軸的長度，最短軸的長度為 ；重復測量多個真實的蠶繭，找到的一個最大值和最小值及的一個最大值和最小值，計算出相對應的原始圖像上的的一個最大值和一個最小值，的一個最大值和一個最小值；忽略掉腐蝕所引起的連通區域形變，把和看作最小外接矩形長的范圍，把和看作最小外接矩形寬的范圍，當某連通域最小外接矩形的長滿足并且寬滿足時，這個連通域為蠶繭連通域；

所述的方格蔟蠶繭篩選裝置，包括臺架、工作臺、方格簇、CMOS攝像頭；臺架用于支撐工作臺； CMOS攝像頭通過一個支架固定于工作臺上，CMOS攝像頭懸于工作臺正上方，能正對工作臺拍照；方格蔟位于CMOS攝像頭下方，保證CMOS攝像頭能完整采集到方格蔟上蠶繭的原始圖像。