[發明專利]一種基于圖像的生球裂紋自動檢測與識別方法

有效

• 申請號: 202010966469.6
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112102287B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 劉小燕;陳玉如;周淑伊
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/11;G06T7/13;G06T7/181;G06T7/194;G06T5/00
• 代理公司: 長沙新裕知識產權代理有限公司 43210
• 代理人: 劉加

1.一種基于圖像的生球裂紋自動檢測與識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、生球圖像輸入；輸入被測生球圖像；

S2、生球及背景區域提取；從輸入的生球圖像提取為生球區域灰度圖和背景區域二值圖；

S3、圖像預處理；對生球區域灰度圖進行濾波和增強處理，對背景區域二值圖進行膨脹處理，獲得背景模板；

S4、裂紋檢測；對預處理后的生球圖像進行裂紋檢測，然后利用自定義閾值二值化處理；

S5、消除生球邊緣響應；

S6、裂紋識別；

所述步驟S1中，輸入的生球圖像獲取方式為：使用工業相機，調整照明系統參數，保證每次采集的光照條件和相機參數一致，采集生球圖像，將該圖像作為輸入；

所述步驟S2具體為：

1)使用Snake活動輪廓模型獲取生球圖像I中的輪廓v(s)，其計算公式為：

其中E表示能量函數，該模型由一組控制點：v(s)＝[x(s),y(s)]，s∈[0,1]組成，這些點以直線相連構成輪廓線；其中x(s)和y(s)分別表示每個控制點在圖像中的坐標位置；s是以傅里葉變換形式描述邊界的自變量；能量函數第一項為曲線內部能量，其中v'(s)表示對活動輪廓曲線v(s)求一階導，|v'(s)|²表示對v'(s)求絕對值后進行平方操作，該項表示連續能量，控制輪廓的連續性；v”(s)表示對v(s)求二階導，該項為曲率能量，控制平滑；能量函數第二項▽為梯度算子，對應外部能量；表示在區間[0,1]上對[α|v'(s)|²+β|v”(s)|²]求積分；α、β均為常數，分別控制輪廓的連續性和平滑性；

給定初始輪廓v(s)，通過最小化能量函數E，獲得最終的生球輪廓v(s)；

2)在生球圖像I中，將輪廓v(s)外部區域即背景區域的像素值置為255，獲得生球區域圖像I'；

3)創建大小與生球圖像I相同的背景區域二值圖像M，且M中輪廓v(s)內部像素值為1，外部為0；

所述步驟S3具體為，對于第2)步獲得的生球區域圖像I'采用中值濾波進行去噪，采用雙邊濾波進行圖像增強，平滑生球中非裂紋部分，增強裂紋的紋理特征；

對于背景區域二值圖像M，將背景區域膨脹一周得到圖像Z，其表達式為：

其中表示膨脹，B表示膨脹模板，反射后得到表示的中心位置對準背景區域二值圖像M的z位置；符號∩表示取交集，表示空集；

所述步驟S4具體為：

1)通過方向可調濾波器進行生球裂紋檢測，在第2)步獲得的生球區域圖像I'的每一個點p＝(x,y)取最大值作為最終的檢測結果R^*，其表達式為：

其中*表示卷積運算，σ表示濾波器高斯核函數的寬度，θ∈[-π/2，π/2]表示角度，表示和θ在上述取值范圍內，對取最大值；

2)自定義閾值實現二值化，獲得裂紋顯著圖B(x,y)，其表達式為：

其中R^*(x,y)表示位于(x,y)處的檢測結果R^*，T表示設定的閾值大小；

所述步驟S5具體為：

根據得到的圖像Z的背景區域大小為標準，對第2)步獲得的裂紋顯著圖B(x,y)進行消除生球邊緣響應的操作，獲得最終圖像L(x,y),其表達式為：

其中Z(x,y)表示在圖像Z中位于點(x,y)處的像素值大小，B(x,y)表示在圖像B中位于點(x,y)處的像素值大小；

所述步驟S6中，獲得的最終圖像L(x,y)中同時含有若干個噪點和裂紋，計算每個連通區域，即所有的噪點和裂紋的面積大小r_i(i＝1,2,3…N)，i表示連通區域的編號；在若干個連通區域內只要存在一個或一個以上的連通區域面積大于所設閾值t，則判斷該生球存在裂紋，并將檢測結果輸出，其表達式為：

其中符號表示任意一個連通區域。