专利名称：一种皮棉中异性纤维的检测方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种皮棉中异性纤维的检测方法和系统，尤其涉及一种通过对获得分 割皮棉图像中棉花纤维图像和异性纤维图像阈值，对皮棉中的异性纤维进行检测的方法和 系统。
背景技术：
皮棉的异性纤维是指在棉花采摘、摊晒、收购等过程中混入棉花中的非棉纤维和 色纤维，主要包括丙纶丝、塑料布、鸡毛、布条、麻绳和头发等。异性纤维在棉花中的含量虽 少，但对棉纺织品的质量影响严重。一旦混入并参与纺织将影响纱线强力，且在染色时影响 着色，对棉纺织工业造成重大经济损失。根据很多棉花行业专家的一致观点，皮棉的异性纤维问题应该从源头抓起，切断 异性纤维混入的途径，让棉农、棉花收购和加工企业都自觉地防范异性纤维混入。这需要在 棉花收购或交易环节中快速准确地测定棉花中异性纤维的含量，给棉花分等定级，并按等 级定价，促使棉花销售者自觉地降低棉花中异性纤维的含量。采用人工方法检测异性纤维含量的难度大，成本高。计算机视觉技术是新近引入 皮棉异性纤维检测(Foreign Fiber Inspection，以下简称FFI)中的一项新技术。FFI检 测棉花中异性纤维含量时，首先将棉花开松，生成一条连续均勻的薄棉层，采用线扫描仪扫 描皮棉图像并打包成指定大小的图像帧，然后通过计算机系统对皮棉图像进行处理、分割、 识别，最终完成对棉花中异性纤维的检测和计量。其中皮棉图像分割是FFI中关键的一环， 要求根据像素灰度将异性纤维图像准确地提取出来，这是下一步进行识别和检测计量的基 石出。目前基于图像灰度分布的阈值分割方法，如Otsu方法，因其简单快速而得到广泛 应用，但将它们应用到皮棉图像时会出现大量的误分割。这是因为应用这类方法需要满足 2个前提条件(1)背景(棉花纤维)与目标(异性纤维)的灰度频率分布应服从正态分布；(2) 需要预先知道分类数量(即图像中有无目标以及有几类目标)。FFI能输出均勻的棉层，在 均勻的光照条件下进行成像。作为背景的皮棉图像中的棉花图像，其灰度级服从正态分布，而作为目标的皮棉 图像中的异性纤维图像，其灰度级通常都不是正态分布的。另外在一幅皮棉图像中可能有 异性纤维，也可能没有异性纤维；可能有一种异性纤维，也可能有多种异性纤维，其分类数 量无法预先知道。这2个前提条件限制了在FFI中应用Otsu方法进行的皮棉中的异性纤 维图像分割在皮棉异性纤维图像通常会出现以下2种情况(1)背景(棉花纤维)在皮棉 图像中占主导地位，而目标(异性纤维)尺寸小，比如头发丝，此时直方图呈单峰状；⑵目 标灰度方差大，如混杂了头发和鸟类羽毛的异性纤维，此时直方图仍呈单峰状，但在其低灰 度一侧会拖一条较长的尾巴。Hou的研究表明对目标和背景在方差或频率上差异较大的 图像，采用Otsu准则函数所选择的阈值会有偏差。到目前为止还没有一种分割方法能解决皮棉中的异性纤维像素的灰度级非正态分布所引起的对棉花纤维和异性纤维进行分割的 阈值选择的偏差因此有必要在FFI中有针对性地设计一种异性纤维图像分割方法可以有 效解决上述问题
发明内容
本发明提供了一种皮棉中异性纤维的检测方法，该方法通过皮棉图像中棉花纤维 的灰度级均值和棉花纤维的灰度级标准差的获得，可确定对皮棉图像中棉花纤维图像和异 性纤维图像进行分割的阈值，该阈值的获得不依赖于已知异性纤维的种类和数量，达到可 快速准确完成对待测皮棉中异性纤维的含量检测的目的。本发明还提供了一种皮棉中异性纤维的检测系统，该系统利用各模块获得对皮棉 图像中棉花纤维图像和异性纤维图像进行分割的阈值，提高了待测皮棉中异性纤维检测的 效率。本发明提供的一种皮棉中异性纤维的检测方法，包括步骤1 采集皮棉图像，并根据采集的皮棉图像中各灰度级分布频率获得所述皮 棉图像的归一化直方图，其中所述各灰度级为棉花纤维的各灰度级，或棉花纤维和异性纤 维的各灰度级；步骤2 将获得的归一化直方图中分布频率最大的灰度级设为棉花纤维的灰度级 均值，并根据该棉花纤维的灰度级均值和棉花纤维的灰度级标准差获得分割所述皮棉图像 中棉花纤维图像和异性纤维图像的阈值；步骤3 根据所述阈值从皮棉图像中分割异性纤维图像，并确定待测皮棉中异性 纤维的含量。所述皮棉图像中各灰度级分布频率h(g)为各灰度级像素在皮棉图像中出现的次 数n(g)与皮棉图像像素总数N的比值，具体表示为，灰度级g在皮棉图像中的分布频率 h(g) = n(g)/N，其中 0 ≤ g ≤ 255。上述步骤2中的棉花纤维的灰度级标准差为通过以下步骤获得步骤2. 1 计算棉花纤维的各灰度级分布频率，其中μ为棉花纤维的灰度级均 值
权利要求
1. 一种皮棉中异性纤维的检测方法，其特征在于，包括步骤1 采集皮棉图像，并根据采集的皮棉图像中各灰度级分布频率获得所述皮棉图 像的归一化直方图，其中所述各灰度级为棉花纤维的各灰度级，或棉花纤维和异性纤维的 各灰度级；步骤2 将获得的归一化直方图中分布频率最大的灰度级设为棉花纤维的灰度级均 值，并根据该棉花纤维的灰度级均值和棉花纤维的灰度级标准差获得分割所述皮棉图像中 棉花纤维图像和异性纤维图像的阈值；步骤3 根据所述阈值从皮棉图像中分割异性纤维图像，并确定异性纤维含量。
2.根据权利要求1所述的皮棉中异性纤维的检测方法，其特征在于，所述皮棉图像 中各灰度级分布频率h(g)为各灰度级像素在皮棉图像中出现的次数n(g)与皮棉图像像 素总数N的比值，具体表示为，灰度级g在皮棉图像中的分布频率h(g) =n(g)/N，其中 0彡g彡255。
3.根据权利要求1所述的皮棉中异性纤维的检测方法，其特征在于、步骤2中的棉花纤 维的灰度级标准差通过以下步骤获得步骤2.1:计算棉花纤维的各灰度级分布频率，其中μ为棉花纤维的灰度级均值 ‘ Kg), μ<§<255Pb{s)^\κ^μ-g\ 2μ-255 < g < μ0, 0< g <2μ-255 ·？步骤2. 2:计算棉花纤维的灰度级标准差ο Γ^55““255σ = λ Σ PKg)(g-Mr/Pb 其中作=TPb(g) V 2μ-2552μ—255？ο
4.根据权利要求1所述的皮棉中异性纤维的检测方法，其特征在于，所述阈值T根据公 式T= μ-k σ获得，其中k为误差控制系数，μ为棉花纤维的灰度级均值，σ为棉花纤维 的灰度级标准差，k的取值范围为3 5。
5.一种皮棉中异性纤维检测系统，其特征在于，包括图像获取模块、图像处理模块和 分割检测模块；所述图像获取模块，用于采集皮棉图像，并根据采集的皮棉图像中各灰度级分布频率 获得所述皮棉图像的归一化直方图，其中所述各灰度级为棉花纤维的各灰度级，或棉花纤 维和异性纤维的各灰度级；所述图像处理模块，用于将获得的归一化直方图中分布频率最大的灰度级设为棉花纤 维的灰度级均值，并根据该棉花纤维的灰度级均值和棉花纤维的灰度级标准差获得分割所 述皮棉图像中棉花纤维图像和异性纤维图像的阈值；所述分割检测模块，用于根据所述阈值从皮棉图像中分割异性纤维图像，并确定异性 纤维的含量。
6.根据权利要求5所述的皮棉中异性纤维检测系统，其特征在于，所述图像获取模块 包括采集单元I，用于采集所述皮棉图像；计算单元I，用于计算所述采集的皮棉图像中各灰度级分布频率以获得所述皮棉图像 的归一化直方图；所述皮棉图像中各灰度级分布频率h(g)为各灰度级像素在皮棉图像中出现的次数 n(g)与皮棉图像像素总数N的比值，具体表示为，灰度级g在皮棉图像中的分布频率h(g) =n(g)/N，其中 0 彡 g 彡 255。
7.根据权利要求5所述的皮棉中异性纤维检测系统，其特征在于，所述图像处理模块 包括处理单元II，用于将获得的归一化直方图中分布频率最大的灰度级设为棉花纤维的灰 度级均值；计算单元II，用于计算所述棉花纤维的灰度级标准差，包括步骤2.1:计算棉花纤维的各灰度级分布频率，其中μ为棉花纤维的灰度级均值 ‘ Kg), M<g <255
8.根据权利要求5所述的皮棉中异性纤维检测系统，其特征在于，所述分割检测模块 包括分割单元，用于根据所述阈值从皮棉图像中分割异性纤维图像，具体为将灰度值g ( T 的像素标记为异性纤维，将灰度值g > T的像素标记为棉花纤维，将所有标记为异性纤维的 像素分割出来得到异性纤维图像；检测单元，用于根据分割出的异性纤维图像确定皮棉中的异性纤维的含量。
全文摘要
本发明提供一种皮棉中异性纤维的检测方法和系统，所述皮棉中异性纤维的检测方法包括步骤1，采集皮棉图像，获得皮棉图像的归一化直方图；步骤2，根据棉花纤维的灰度级均值和棉花纤维的灰度级标准差获得分割所述皮棉图像中棉花纤维图像和异性纤维图像的阈值；步骤3，根据所述阈值从皮棉图像中分割异性纤维图像，并确定异性纤维的含量。上述方法不依赖于已知异性纤维的种类，提高了对皮棉图像中的异性纤维进行检测的准确性，为后续的异性纤维识别和计量提供准确的数据。本发明还提供了一种皮棉中异性纤维的检测系统，包括图像获取模块、图像处理模块和分割检测模块，该系统提高了待测皮棉中异性纤维检测的效率。
文档编号G06T7/00GK102004076SQ201010530939
公开日2011年4月6日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者李道亮 申请人:中国农业大学