专利名称：一种基于数字图像法测量皮革面积的系统及其方法
技术领域：
本发明属于皮革面积测量技术领域，特别涉及一种基于数字图像 法测量皮革面积的系统及其方法。
技术背景在革制品制备过程中，皮革是按面积计价的，如果没有快速准确 的面积测量仪器与设备，革制品的制备过程中会产生较大的误差，在 皮革交易中，同样会导致交易一方一定程度上的经济损失。目前测量皮革面积广泛使用的是量革机，该仪器由光电转换电路 和一系列集成电路组成，其测量原理是将皮革微分，然后累计求和。 即将皮革分成一个个大小相等的单位面积，然后利用光电转换电路将皮革的有无转换为电平的高低即"1"或"0"。计算机对皮革进行扫描检测，记录光电转换电路的输出电平，送进累加器求和。这样，皮 革的面积就转化为单位面积的总和，根据一定的转换关系，就能得到 皮革的实际面积。显然，单位面积划分得越小，测量的面积就越接近 于实际值。但是单位面积划分得越小，难度也越大，实际上很难达到理想的精度。该仪器成本高、测量精度低，相对误差》3%，操作复 杂，测量前要用标准板对仪器进行多次校准，并且不能连续测量，不 便于工业化使用。 发明内容为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种基于数字图像法测量皮革面积的系统及其方法，具有测量的非接触性、成本低、精 度高的优点。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种基于数字图像法测量皮革面积的系统，包括有图像采集设备 镜头，图像采集设备镜头的后端与CCD摄像机的前端相连，CCD摄 像机的后端连接有图像采集卡，图像采集卡装在计算机中。一种基于数字图像法测量皮革面积的方法，包括如下步骤 第一步，对系统进行标定，即用系统对一个已知几何参数物体的 尺寸进行测量，获取系统的像素当量f，得到单位像素所代表的实际 尺寸。第二步，用图像采集设备镜头对待测皮革进行成像，将获取的图 像通过CCD摄像机与图像釆集卡输入计算机，获取待测皮革的图像。第三步，对得到的皮革的图像，在计算机中采用图像处理算法中 的滤波处理对信号去噪，减小图像噪声。第四步，对图像进行增强处理。由于皮革图像是一种全纹理图像， 所以在处理时必须消除皮革纹理的影响，最简单有效的方法就是寻找 一个阈值将皮革图像区域与背景区域区分开。本发明利用迭代阈值法 将灰度图像转化为二值图像，将皮革图像与背景区分开来。第五步，对二值化后的图像进行二次去噪，去除目标区域内的孤 立噪声点以及皮革边缘的突刺。由于皮革图像边界上有许多不规则的 突起，即所谓的"突刺"，且边界上的"突刺"由于面积过小而无法 使用，因此在处理时应该尽量将突刺去掉；另外由于皮革纹理表面是光滑的，所以在获取图像的过程中必然会由于光照不均而产生反光， 导致利用迭代阈值法处理后得到的二值图像内部会存在噪声点，因此 要进行二次去噪。第六步，经过上述处理后，利用矢量分析法对皮革图像进行处理。 具体包括如下步骤边界跟踪，将边界点标号及记录相关矢量；边界 标点按逆时针方向重新排序；按排序由小到大逐点判断当前边界点右 侧像素是否满足边界点内点的条件，若满足则计算边界内像素，若不 满足则继续判断下一个边界点；判断是否所有边界点都判断完，若全 部判断完，则进行面积计算，否则继续判断。由于皮革图像多为轮廓 区域不规则的图像，利用该方法能够得到同时得到理想的目标区域的 边缘轮廓以及目标区域的像素数。第七步，根据计算公式L^"iV计算出待测皮革面积。其中， D为待测皮革的几何参数，A^5/2 +化为测得的待测皮革物体的像元 数，e二S/M为系统的像素当量，其中B为物体的边界像素数，IB为 物体边界内像素总数，S为标定物体的几何参数，M为测得的标定物体 的像元数。本发明采用基于数字图像法测量物体表面积，该测量系统通过光 学系统对被测物的几何尺寸以一定的、准确的倍率成像于CCD光敏面 上，对CCD的输出进行A/D转换，然后送往计算机进行处理以实现测 量，能够实现在非接触环境中对皮革的面积进行测量，具有成本低、 非接触、测量精度高、便于工业化使用的特点。
图1为本发明的数字图像法测量皮革面积的系统图。 图2为本发明图像处理流程图。图3为本发明矢量分析法对皮革图像进行处理的流程图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的测量系统及其方法作进一步详细说明。 参见图l， 一种基于数字图像法测量皮革面积的系统，包括有图像采集设备镜头1，图像采集设备镜头1的后端与CCD摄像机2的 前端相连，CCD摄像机2的后端连接有图像采集卡3，图像采集卡3 装在计算机4中。参见图1、图2、图3， 一种基于数字图像法测量皮革面积的方 法，包括如下步骤第一步，对系统进行标定，即利用该系统对一个几何参数S已知 的物体进行测量，得到代表其参数的像素数M，然后利用公式e二S/M 计算出系统的像素当量s，得到单位像素所代表的实际尺寸。第二步，用图像采集设备镜头1对待测皮革5进行成像，将获取 的图像通过CCD摄像机2与图像采集卡3输入计算机4，获取待测 皮革5的图像。第三步，在计算机中采用图像处理算法中的中值滤波处理对得到 的图像去噪，减小图像噪声。第四步，对图像进行增强处理。由于皮革图像是一种全纹理图像， 所以在处理时必须消除皮革纹理的影响，最简单有效的方法就是寻找 一个阈值将皮革图像区域与背景区域区分开，将图像中大于阈值的灰度值设为1，小于阈值的灰度值设为0。本发明中采用迭代阈值法达到 这个目的。第五步，对二值化后的图像进行二次去噪，去除目标区域内的孤 立噪声点以及皮革边缘的突刺。由于皮革图像边界上有许多不规则的 突起，即所谓的"突刺"，且边界上的"突刺"由于面积过小而无法 使用，因此在处理时应该尽量将突刺去掉；另外由于皮革纹理表面是光滑的，所以在获取图像的过程中必然会由于光照不均而产生反光， 导致利用迭代阈值法处理后得到的二值图像内部会存在噪声点。为了去除这些噪声，本发明中采用以下的方法对每一个像素点，判断其 八领域中与其灰度值不同的像素个数，若大于半数，则将其视为噪声 点，将该点赋予相反的灰度值，反之不变。第六步，经过上述处理后，利用矢量分析法对皮革图像进行处理， 具体包括如下步骤边界跟踪，即边界点标号及记录相关矢量；边界 标点按逆时针方向重新排序；按排序由小到大逐点判断当前边界点右 侧像素是否满足边界点内点的条件，若满足则计算边界内像素，若不 满足则继续判断下一个边界点；判断是否所有边界点都判断完，若全 部判断完，则进行面积计算，否则继续判断。由于皮革图像多为轮廓 区域不规则的图像，利用该方法能够同时得到理想的目标区域的边缘 轮廓以及目标区域的像素数。第七步，根据计算公式D-^W计算出待测皮革面积。其中， D为待测皮革的几何参数，A^5/2 +历为测得的待测皮革物体的像元 数，s:S/M为系统的像素当量，其中B为物体的边界像素数，IB为物体边界内像素总数，S为标定物体的几何参数，M为测得的标定物体 的像元数。实施例一--种基于数字图像法测量皮革面积的方法，包括如下歩骤第一步，选取一个己知面积S二1135mm2的圆物体，利用该系统对 其进行标定测量，经过5次测量取平均值，得到其像素数M=19452， 然后利用公式s-S/M计算出该系统的像素当量 s二O. 058348755911988鹏7像素。第二步，用图像采集设备镜头1对面积为1620mm2的待测皮革进 行成像，将获取的图像通过CCD摄像机2与图像采集卡3输入计算 机4，获取待测皮革图像。第三步，在计算机中采用图像处理软件算法中的中值滤波处理对 得到的图像去噪，减小图像噪声。第四步，用迭代法选取一个最优阈值，将图像中大于阈值的灰度 值设为1,小于阈值的灰度值设为0。第五步，对每一个像素点，判断其八领域中与其灰度值不同的像 素个数，若大于半数，则将其视为噪声点，将该点赋予相反的灰度值， 反之不变。第六歩，边界跟踪，将边界点标号及记录相关矢量；边界标点按 逆时针方向重新排序；按排序由小到大逐点判断当前边界点右侧像素 是否满足边界点内点的条件，若满足则计算边界内像素，若不满足则 继续判断下一个边界点；判断是否所有边界点都判断完，若全部判断完，则进行面积计算，否则继续判断，如此最终得到被测皮革边界像素总数B二649，边界内像素总数IB二27623。第七步，利用公式"=^^计算出待测皮革面积，即面积= (0. 058348755911988rara7像素)X (649/2+27623) =1630. 701856咖2。 测量相对误差为0. 660608%。实施例二一种基于数字图像法测量皮革面积的方法，包括如下步骤第一歩，选取一个已知面积S4135ram2的圆物体，利用该系统对 其进行标定测量，经过5次测量取平均值，得到其像素数M二19452， 然后利用公式f = S/M计算出该系统的像素当量 c=0. 058348755911988mm7像素。第二步，用图像采集设备镜头1对面积为2730腿2的待测皮革进 行成像，将获取的图像通过CCD摄像机2与图像采集卡3输入计算 机4，获取待测皮革的图像。第三步，在计算机中采用图像处理软件算法中的中值滤波处理对 得到的图像去噪，减小图像噪声。第四步，用迭代法选取一个最优阈值，将图像中大于阈值的灰度 值设为1，小于阈值的灰度值设为0。第五步，对每一个像素点，判断其八领域中与其灰度值不同的像 素个数，若大于半数，则将其视为噪声点，将该点赋予相反的灰度值， 反之不变。第六步，边界跟踪，将边界点标号及记录相关矢量；边界标点按逆时针方向重新排序；按排序由小到大逐点判断当前边界点右侧像素 是否满足边界点内点的条件，若满足则计算边界内像素，若不满足则继续判断下一个边界点；判断是否所有边界点都判断完，若全部判断 完，则进行面积计算，否则继续判断，如此最终得到边界像素总数 B二867，边界内像素总数IB二46527。第七步，利用公式D"，计算出待测皮革面积，即面积=(0. 058348755911988咖7像素)X (867/2+46527) =2740. 08675,2。 测量相对误差为0. 369478%。 实施例三一种基于数字图像法测量皮革面积的方法，包括如下步骤第一步，选取一个己知面积S二1135mm2的圆物体，利用该系统对 其进行标定测量，经过5次测量取平均值，得到其像素数M二19452， 然后利用公式f = S/M计算出该系统的像素当量 s二O. 058348755911988mm7像素。第二步，用图像采集设备镜头1对面积为1315mm2的待测皮革进 行成像，将获取的图像通过CCD摄像机2与图像采集卡3输入计算 机4，获取待测皮革的图像。第三步，在计算机中采用图像处理软件算法中的中值滤波处理对 得到的图像去噪，减小图像噪声。第四步，用迭代法选取一个最优阈值，将图像中大于阈值的灰度 值设为1,小于阈值的灰度值设为0。第五步，对每一个像素点，判断其八领域中与其灰度值不同的像素个数，若大于半数，则将其视为噪声点，将该点赋予相反的灰度值， 反之不变。第六步，边界跟踪，将边界点标号及记录相关矢量；边界标点按 逆时针方向重新排序；按排序由小到大逐点判断当前边界点右侧像素 是否满足边界点内点的条件，若满足则计算边界内像素，若不满足则 继续判断下一个边界点；判断是否所有边界点都判断完，若全部判断 完，则进行面积计算，否则继续判断，如此最终得到边界像素总数 B二652，边界内像素总数IB二22343。第七步，利用公式"-^7V计算出待测皮革面积，即面积二(0. 058348755911988 mm7像素)X (652/2+22343) =1322. 70795 mm2。 测量相对误差为0. 586156%。
权利要求
1、一种基于数字图像法测量皮革面积的系统，包括有图像采集设备镜头(1)，其特征是，图像采集设备镜头(1)的后端与CCD摄像机(2)的前端相连，CCD摄像机(2)的后端连接有图像采集卡(3)，图像采集卡(3)装计算机(4)中。
2、 一种基于数字图像法测量皮革面积的方法，其特征是，包括 如下步骤-第一步，对系统进行标定，即用系统对一个已知几何参数物体的 尺寸进行测量，获取系统的像素当量e，得到单位像素所代表的实际 尺寸；第二步，用图像采集设备镜头对待测皮革进行成像，将获取的图 像通过CCD摄像机(2)与图像采集卡(3)输入计算机(4)，获取 待测皮革的图像；第三步，对得到的皮革的图像，在计算机中采用图像处理算法中 的滤波处理对信号去噪，减小图像噪声；第四步，对图像进行增强处理，即采用迭代阈值法将灰度图像转 化为二值图像，将皮革图像与背景区分开来；第五步，对二值化后的图像进行二次去噪，去除目标区域内的孤 立噪声点以及皮革边缘的突剌；第六步，经过上述处理后，利用矢量分析法对皮革图像进行处理， 具体包括如下步骤边界跟踪，将边界点标号及记录相关矢量；边界 标点按逆时针方向重新排序；按排序由小到大逐点判断当前边界点右侧像素是否满足边界点内点的条件，若满足则计算边界内像素，若不 满足则继续判断下一个边界点；判断是否所有边界点都判断完，若全部判断完，则进行面积计算，否则继续判断。第七步，根据计算公式^ = "^计算出待测皮革面积，其中， D为待测皮革的几何参数，7\^5/2 +化为测得的待测皮革物体的像元 数，e:S/M为系统的像素当量，其中B为物体的边界像素数，IB为 物体边界内像素总数，S为标定物体的几何参数，M为测得的标定物体 的像元数。
3、 根据权利要求2所述的方法，其特征是，所说的对系统进行 标定，即利用该系统对一个几何参数S已知的物体进行测量，得到代 表其参数的像素数M,然后利用公式^ = ^/似计算出系统的像素当量 、得到单位像素所代表的实际尺寸。
4、 根据权利要求2所述的方法，其特征是，所说的对图像进行 增强处理，即用迭代法选取一个最优阈值，将图像中大于阈值的灰度 值设为1，小于阈值的灰度值设为0，从而将皮革图像区域与背景区域 区分开。
5、 根据权利要求2所述的方法，其特征是，所说的对二值化后 的图像进行二次去噪，去除目标区域内的孤立噪声点以及皮革边缘的 突刺的具体方法是对每一个像素点，判断其八领域中与其灰度值不 同的像素个数，若大于半数，则将其视为噪声点，将该点赋予相反的 灰度值，反之不变。
全文摘要
一种基于数字图像法测量皮革面积的系统及其方法，包括与图像采集设备镜头相连的CCD摄像机，CCD摄像机连接图像采集卡并与计算机相连，测量步骤包括第一，对系统进行标定，获取系统的像素当量ε，得到单位像素所代表的实际尺寸，第二，获取待测皮革的灰度图像，第三，对灰度图像去噪，第四，利用迭代阈值法将灰度图像转化为二值图像，将目标与背景区分开，第五，对图像进行二次去噪，第六，用矢量分析法对皮革图像处理，得到目标区域的边缘轮廓以及像素数，第七，计算出待测皮革面积；具有成本低、非接触、测量精度高、便于工业化使用的特点。
文档编号G06T7/00GK101403610SQ20081023212
公开日2009年4月8日 申请日期2008年11月6日 优先权日2008年11月6日
发明者党宏社, 宋晋国, 英 洪 申请人:陕西科技大学