图像识别中颗粒形状表征方法的研究.pdf
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第25卷第1期安徽理工大学学报(自然科学版)2005年3月JournalofAnhuju如versityofscjenceandTechnology(Naturalscience)V0125No1Mar2005图像识别中颗粒形状表征方法的研究王勇1,杨公训1,路迈西2(1中国矿业大学机电与信息工程学院,北京100083;2中国矿业大学化学与环境工程学院,北京100083)摘要:
针对图像识别中颗粒形状表征方法的问题,采用图像处理技术,提取出颗粒形状特征参数一形状系数,计算结果表明:
利用该参数可以识别颗粒的形状特征及类型,并为在线测量和识别颗粒提供了依据。
关键词:
颗粒;形状系数;图像处理;识别中图分类号:
TP751文献标识码:
A文章编号:
16721098(2005)01一0027一03TheStudyontheMethodofSignifyingtheShapeCoefficientofGraininImageRecognitionWANGYon91,YANGGongXunl,LUMaixi2(1schoolofMechanicalElectronicandInformationEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing1Q僦3,CKna;2SchoolofCAem妇2andEnvironmentalEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnoIogy,Beijing100083,China)Abstract:
Contraposingtotheproblemofshowingtheshapeofgrain,imageprocesshaVebeenempIoyed,andthecharacteristicparametersofshapetheshapecoefficientareextractedTheresuItindicatesthattheshapecharacteristicandthetypeofgraincanbeidentifiedbythewayofthisparameter,whichprovidethebasisforonlinemeasurementandrecognitionofgrainKeywOrds:
grain;shapecoefficient;imageprocess;recognition引言颗粒的几何特征主要包括颗粒的大小、外形、表面积等,其中颗粒的形状对其行为,如它在介质中的运动速度、界面化学性质、流动特性等都有重要的影响。
在描述颗粒形状方面,目前较为常用的是根据颗粒的两个基本几何特征(面积S和体积y)导出的形状系数1f,形状系数主要有三类:
面积形状系数;体积形状系数;比表面形状系数。
无论使用哪种定义,都涉及到颗粒表面积的测定,但颗粒表面积的测量技术发展缓慢。
近年来,运用计算机图像处理技术,将三维颗粒变为二维图像,测量颗粒的大小和形状,为在线测量和自动识别提出了一种新的方法。
在图像处理与识别中,首先寻找图像中物体颗粒的边界,然后再进行几何尺寸特征测量,如周长、面积、最大半径、角、孔等。
而通过物体颗粒的形状特征分析,可将它们从其它物体中区分出来,形状特征可以独立地或与尺寸测量结合使用。
常用的形状参数有短形度、圆形度、不变矩等。
在实际测量中,使用较多的是圆形度2,它反映了被测量边界的复杂程度。
f一户24兀A
(1)式中:
P为周长;A为面积收稿日期:
200412一02基金项目:
国家自然科学基金资助项目(59974032);博士点基金资助项目(1999029011)作者简介:
王勇(1972一),男。
安徽淮北人,工学博士,从事嵌入式系统和图像处理与识别方面的研究。
27万方数据安徽理工大学学报(自然科学版)第25卷1图象测量中圆形度存在的问题2形状系数的定义及意义采用式
(1)计算物体的圆形度,在理论上,相同的形状应具有相同的圆形度,与物体的面积大小无关,且其值应大于等于1。
而笔者在图像自动测量与识别中采用式
(1)时,却发现同形状物体的圆形度随着面积的变化而变化,即使是圆形,计算出来的圆形度也不是1,并且其值有大于1的情况。
分析其原因,主要由常规图像测量中,对面积和周长的定义方法而产生的,即面积是指对分割出来的物体区内象素的数目之和,周长是指围绕物体所有外边界象素的数目(见图1),边长为6个象素的正方形,按图像计算其面积为36,周长为20,而几何学计算的面积为36,周长为24,可见两种方法计算出来的周长并不相等,同理其它形状图形也有相似的现象,并且图形的拐角越多,两者周长的误差越大。
许多学者已发现此问题,如在计算实际周长时,对拐角的轮廓点加2来较正3。
本文作者提出一个简单实用的方法,即采用形状系数来表征物体的形状特性。
醛暄28图1面积和周长测量算法周长图2标准圆的面积与周长的回归方程研究发现,在规则图形中,圆的拐角最多,其周长的测量中误差最大,所以选择圆形作为标准。
首先通过人工模拟的方法,生成包含不同大小的标准圆形位图,利用常规图像测量的方法自动计算出各自的面积和周长,然后绘制出标准圆的周长与面积的散点图(见图2),并建立回归方程yO100522一O06319z+1523836
(2)则新的形状特征参数一形状系数(F)定义为:
FA,A,(3)式中:
F为形状系数;A,为由式1计算的同周长的圆面积;A,为实际测量的物体面积;按式
(2)、式(3)计算了一批不同面积不同形状物体的形状系数列于表1中。
表1常见形状计算结果统计表分析表1可得:
(1)由于同周长时圆的面积最大,该形状系数应该小于等于1。
越接近于1,说明形状越接近于圆形;
(2)椭圆的长短轴和长方形的长宽相差越大,则其形状系数越小;(3)由同一形状不同面积的物体形状系数很接近,均方差较低,说明相同形状物体的形状系数万方数据第1期王勇,等:
图像识别中颗粒形状表征方法的研究与其大小无关;由此可见,图像测量与识别中可以采用该形状系数来识别不同形状的物体。
3计算实例31图像的预处理及面积和周长的测量在图像测量与识别中,先要对图像进行一些预处理,预处理包括:
图像的增强、去噪;再对图像进行阈值分割,并二值化,使物体与背景分开;然后对二值图像进行膨胀、收缩、清除独立点及孔洞填充等,以方便图像的测量;最后进行图像中物体的自动测量与识别。
采用扫描标号法4对图像中互不连通的物体进行标号,在同一物体中所有的象素标号是一致的。
对图像进行标号后,便可获得物体的个数,然后再对各个物体的面积进行测量,其方法是对相同标号的点进行累加,得到每个物体的象素点总和。
在进行物体周长测量之前,首先要抽出各物体的区域边界,采用全图检测法,对整幅图像从左到右、从上到下进行检测,若相邻两点的象素值为1和o,则对值为1的点进行标记后保留,其余的点清除。
累计图4处理后的绿豆颗粒图像表2形状系数分布形状系数=分布比率()绿豆苟岐子通过数码相机采集了苟岐子颗粒和绿豆颗粒的图像(见图3,图4),然后采用上述的处理方法,计算出图中每个颗粒的周长,面积,形状系数,形状系数分布结果如表2所示。
从表2中可以看出,苟岐子颗粒的形状系数多集中在o8左右,说明其形状接近于长短轴比为1:
2的椭圆形,绿豆颗粒的形状系数在o91之间占7334,加权平均形状系数为o92,说明其形状基本接近圆形。
图3处理后的苟岐子颗粒图像
(1)形状系数F的范围小于等于1,越接近于1,说明形状越接近圆形;
(2)形状系数越小,说明物体越呈长条形;(3)相同形状物体的形状系数很接近,且与其大小无关;(4)通过实例计算可以看出,利用图像处理技术,测量图像中物体的形状系数可以识别物体颗粒的形状及类型,在实际应用中,可以根据计算结果了解物体颗粒的形状分布规律及特性,为工业在线分析提供重要的参数。
参考文献:
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电子工业出版社,200029万方数据图像识别中颗粒形状表征方法的研究图像识别中颗粒形状表征方法的研究作者:
王勇,杨公训,路迈西,WANGYong,YANGGong-Xun,LUMai-xi作者单位:
王勇,杨公训,WANGYong,YANGGong-Xun(中国矿业大学机电与信息工程学院,北京,100083),路迈西,LUMai-xi(中国矿业大学化学与环境工程学院,北京,100083)刊名:
安徽理工大学学报(自然科学版)英文刊名:
JOURNALOFANHUIUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY(NATURALSCIENCE)年,卷(期):
2005,25
(1)被引用次数:
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王勇.杨公训.路迈西.WANGYong.YANGGong-Xun.LUMai-xi图像识别中颗粒形状表征方法的研究期刊论文-安徽理工大学学报(自然科学版)2005
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- 图像 识别 颗粒 形状 表征 方法 研究