CN102269571A - 基于数字图像处理技术的竹筒直径测量方法及其装置 - Google Patents

基于数字图像处理技术的竹筒直径测量方法及其装置 Download PDF

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颜志强
范琦
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Abstract

本发明涉及一种基于数字图像处理技术的竹筒直径测量方法及其装置，其利用工业相机采集竹筒横断面数字图像，经图像处理程序进行自动处理，测量得到竹筒的最大外径、最小外径、平均外径、最大内径、最小内径和平均内径，并显示测量结果。由于本发明采用垂直于竹筒横断面工业相机采集竹筒横断面图像，图像失真变形小，精度高；通过设计的数字图像处理程序自动处理与测量，可通过增加采样次数，提高测量精度；非接触方法测量竹筒直径，速度快，效率高，便于实现竹材加工自动化；本发明实现简单，测量速度快，稳定可靠，直径参数详细、精度高。

Description

基于数字图像处理技术的竹筒直径测量方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种快速非接触的竹筒直径测量方法及其装置，特别适用于竹材加工企业各种竹制品生产线上需要检测其竹筒直径、且竹筒直径不均匀、竹筒横断面轮廓非圆形的场合。 
背景技术
我国是竹材资源最为丰富的国家，竹材是短周期可再生资源，近年来我国竹材产业得到迅猛发展，且开发了一系列的竹材产品，包括竹胶板、竹层积材、重组竹、竹刨花板、竹薄木等。在竹材加工业，多数竹制品生产过程由竹筒截断、剖分、粗刨、（蒸煮、炭化、防虫防霉处理）、干燥、精刨、胶合、精加工等工序组成。为提高竹材综合利用率，剖分时需根据竹筒直径的大小，选择剖竹机的刀盘（刀片数不同），以获取最优的剖分数。当前竹制品生产过程中，竹筒直径测量方法常采用手工测量或操作人员目测判断，前者准确度稍高、速度慢；后者准确度低、速度快。为避免频繁更换剖分刀盘，竹筒剖分前根据直径大小进行手机分拣，也还有一些生产企业在竹筒剖分时操作人员测量或目测直径后选择剖分刀盘。另因竹材（如毛竹）横断面不一定是圆形的，有的竹材横断面是圆形的、有的是椭圆的、有的非圆非椭，决定竹筒剖分数（或剖分刀盘刀片数）的最重要参数是最小内径，所以不管是手工测量还是目测，精度都较低，由于测量或判断误差造成竹材利用率低、生产效率低，造成竹制品生产成本居高不下。
另外，竹材加工业目前除了竹刨花板外几乎所有生产过程都不仅是断续的、非连续生产线，而且各工序由孤立的生产设备组成、人工操作，属劳动密集型生产过程。随着我国经济的快速发展、劳动力成本逐年提高，实现竹制品生产企业转型是竹材工业发展的迫切需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于数字图像处理技术的竹筒直径测量方法，克服了现有人工测量存在的误差，大大提高了效率。
本发明采用以下方案实现：一种基于数字图像处理技术的竹筒直径测量方法，其特征在于，包括以下步骤实现：
（1）、通过工业相机捕获竹筒横断面图像；
（2）、将所述竹筒横断面图像进行灰度化、降噪、边缘检测，识别并提取竹筒横断面内、外轮廓；
（3）、利用公式：                                               
Figure 2011101881101100002DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 2011101881101100002DEST_PATH_IMAGE004
计算出竹筒横断面轮廓的圆心（），其中
Figure 2011101881101100002DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 2011101881101100002DEST_PATH_IMAGE010
为竹筒横断面内外轮廓上每个像素点的坐标，
Figure 2011101881101100002DEST_PATH_IMAGE012
为竹筒横断面内、外轮廓上的像素数；
（4）、取竹筒内轮廓上所有纵坐标
Figure 2011101881101100002DEST_PATH_IMAGE014
的像素点，计算每一点至竹筒内轮廓上最远点的距离分别记为，再计算出竹筒最小内径、最大内径和平均直径；
（5）、取竹筒外轮廓上取所有纵坐标的像素点，计算每一点至竹筒外轮廓上最远点的距离分别为，再计算出竹筒最小内径、最大内径和平均直径。
本发明的另一目的是提供一种基于数字图像处理技术的竹筒直径测量的装置，可在微型计算机控制下对竹筒横断面进行直径测量，并通过串行通讯口实现数字量输出，为实现竹制品自动化生产奠定基础。
本发明采用以下方案实现：一种基于数字图像处理技术的竹筒直径测量装置，其特征在于：包括工业相机以及与该工业相机连接的工业控制计算机，所述的工业相机配备有一光源箱和设于该光源箱内的光源；所述工业相机捕获置于输送机上的待测竹筒横断面图像送入所述的工业控制计算机进行灰度化、降噪、边缘检测，然后根据上述权利要求1所述的方法，计算出竹筒直径。
本发明采用垂直于竹筒横断面工业相机采集竹筒横断面图像，图像失真变形小，精度高；通过设计的数字图像处理程序自动处理与测量，可通过增加采样次数，提高测量精度；非接触方法测量竹筒直径，速度快，效率高，便于实现竹材加工自动化；本发明实现简单，测量速度快，稳定可靠，直径参数详细、精度高。
附图说明
图1 基于数字图像处理技术竹筒直径测量方法流程示意图。
图2是本发明硬件架构示意图。
图3 是工业相机采集的竹筒横断面数字图像。
图4 处理后的竹筒横断面内、外轮廓示意图。
图5 处理后的竹筒横断面内轮廓示意图。
图6处理后的竹筒横断面外轮廓示意图。
具体实施方式
 下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，图1是基于数字图像处理技术竹筒直径测量方法流程示意图。本发明的一种基于数字图像处理技术的竹筒直径测量方法，其特征在于，包括以下步骤实现：
（1）、通过工业相机捕获竹筒横断面图像；
（2）、将所述竹筒横断面图像进行灰度化、降噪、边缘检测，识别并提取竹筒横断面内、外轮廓；
（3）、利用公式：
Figure 64506DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 906560DEST_PATH_IMAGE004
计算出竹筒横断面轮廓的圆心（
Figure 301769DEST_PATH_IMAGE006
），其中
Figure 116142DEST_PATH_IMAGE008
、为竹筒横断面内外轮廓上每个像素点的坐标，
Figure 267954DEST_PATH_IMAGE012
为竹筒横断面内、外轮廓上的像素数；
（4）、取竹筒内轮廓上所有纵坐标
Figure 532101DEST_PATH_IMAGE014
的像素点，计算每一点至竹筒内轮廓上最远点的距离分别记为
Figure 200980DEST_PATH_IMAGE016
，再计算出竹筒最小内径、最大内径和平均直径；
（5）、取竹筒外轮廓上取所有纵坐标
Figure 256661DEST_PATH_IMAGE014
的像素点，计算每一点至竹筒外轮廓上最远点的距离分别为
Figure 10990DEST_PATH_IMAGE018
，再计算出竹筒最小内径、最大内径和平均直径。
请继续参照图2，图2本发明硬件架构示意图。图中输送机6将待测竹筒送入工业相机拍摄区，由光源箱5隔离外界环境光线的影响，光源箱5内的光源3调节待测竹筒4横断面图像拍摄所需光源，运行于工业控制计算机1的竹筒横断面图像抓拍程序，通过USB接口控制与工业控制计算1电气连接的工业相机2拍摄待测竹筒4的横断面图像，如图3所示，将该图像送入图像缓冲区；启动竹筒横断面图像处理程序，对图像进行灰度化、边缘检测、降噪、竹筒内外轮廓识别与提取，处理后的图像分别如图4、5、6所示；然后调用竹筒直径测量程序，竹筒直径测量子程序计算出竹筒横断面各直径参数，显示测量结果并通过串行通讯端口将结果传输给竹筒分拣装置或竹筒剖分设备的控制系统。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。 

Claims (6)

1.一种基于数字图像处理技术的竹筒直径测量方法，其特征在于，包括以下步骤实现：
（1）、通过工业相机捕获竹筒横断面图像；
（2）、将所述竹筒横断面图像进行灰度化、降噪、边缘检测，识别并提取竹筒横断面内、外轮廓；
（3）、利用公式：                                               ，
Figure 2011101881101100001DEST_PATH_IMAGE004
计算出竹筒横断面轮廓的圆心（
Figure 2011101881101100001DEST_PATH_IMAGE006
），其中
Figure 2011101881101100001DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 2011101881101100001DEST_PATH_IMAGE010
为竹筒横断面内外轮廓上每个像素点的坐标，为竹筒横断面内、外轮廓上的像素数；
（4）、取竹筒内轮廓上所有纵坐标
Figure 2011101881101100001DEST_PATH_IMAGE014
的像素点，计算每一点至竹筒内轮廓上最远点的距离分别记为
Figure 2011101881101100001DEST_PATH_IMAGE016
，再计算出竹筒最小内径、最大内径和平均直径；
（5）、取竹筒外轮廓上取所有纵坐标
Figure 184170DEST_PATH_IMAGE014
的像素点，计算每一点至竹筒外轮廓上最远点的距离分别为
Figure 2011101881101100001DEST_PATH_IMAGE018
，再计算出竹筒最小内径、最大内径和平均直径。
2.根据权利要求1所述的基于数字图像处理技术的竹筒直径测量方法，其特征在于：在步骤（1）前还包括：提供一工业控制计算机与所述的工业相机通过USB端口电气连接，提供一光源箱和设于光源箱内的光源控制照相光强，并调整好工业相机的焦距和光圈。
3.根据权利要求1所述的基于数字图像处理技术的竹筒直径测量方法，其特征在于：在所述步骤（5）后，将测量的结果数据显示，并通过串行通讯口输出给一竹筒直径分拣控制系统或剖分设备控制系统。
4. 一种基于数字图像处理技术的竹筒直径测量装置，其特征在于：包括工业相机以及与该工业相机连接的工业控制计算机，所述的工业相机配备有一光源箱和设于该光源箱内的光源；所述工业相机捕获置于输送机上的待测竹筒横断面图像送入所述的工业控制计算机进行灰度化、降噪、边缘检测，然后根据上述权利要求1所述的方法，计算出竹筒直径。
5. 根据权利要求1所述的基于数字图像处理技术的竹筒直径测量装置，其特征在于：所述的工业控制计算机和工业相机是通过USB端口电气连接。
6. 根据权利要求1所述的基于数字图像处理技术的竹筒直径测量装置，其特征在于：所述的工业控制计算机还通过串行通讯口将测量数据传输给竹筒直径分拣设备或竹筒剖分机的控制系统。
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