CN103454216B - 流道式纸浆纤维测量系统在线标定测量分辨率方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流道式纤维测量系统在线标定测量分辨率的方法及其测量系统，步骤为：实时采集标准纤维的图像到计算机；对图像进行分割、骨架化处理；计算预处理后图像中的每根纤维方向；统计横向纤维数目Nh及相应的像素个数和Ph，求出横向分辨率Rh；统计纵向纤维数目Nv及相应的像素个数和Pv，求出纵向分辨率Rv；统计对角方向（45度和135度方向）纤维数目Nd及相应的像素个数和Pd，求出对角分辨率Rd。本发明通过预处理，得到去掉小分叉的单像素纤维，以达到计算长度的像素个数与实际长度相除得到分辨率的目的，并采用大量测量求算数平均值方法，提高了标定的准确性。

Description

流道式纸浆纤维测量系统在线标定测量分辨率方法及系统
技术领域
本发明涉及一种流道式纤维测量系统在线标定测量分辨率的方法及其系统，属于纤维测量技术领域。
背景技术
对纸浆纤维进行检测和识别时，由于镜头分辨率大小的不同，容易引起计算偏差，因此，首先必须对其进行标定。而标定的准确度在于三个方向的统计数据。传统的标定算法之一是通过相机与成像面的距离，看放大倍数，计算出单一的分辨率，但通过对已有算法的实验、研究和分析，发现该方法并不能获得准确、多方向的分辨率，由于采集的图像是矩形，已有算法并不能同时计算横向、纵向和对角方向（45度和135度方向）的情况，准确性不够，需要改进。另一种已有算法是使用参照物来静态进行测量系统的分辨率标定，根据小孔成像模型，图像中任意一个像素在图像物理坐标系与相机坐标系的关系如下：U=SxXu+U0 ；V=SyYu+V0。(U,V) 是计算机坐标系中任意一点P的实际图像坐标，单位为像素数，Sx, Sy 为图像平面单位距离的像素数，（U0，V0）为相机光轴与图像平面的交点，称为主轴坐标。（Xu，Yu）是理想小孔成像模型下的物理图像坐标，单位为毫米。Sx, Sy 即为我们所求；这对于动态参数测量系统而言，目标是流道池中流动的纤维，难以使用与实际测量环境相同的参照物来静态的标定系统的测量分辨率。所以现有的方法在准确、动态测量纤维参数时分辨率存在较大的误差，并存在着一定的难度。
发明内容
本发明的目的就是解决目前不能准确、在线的标定纤维形态测量系统的问题，提供了一种在光源下，快速准确的流道式纤维测量系统在线标定测量分辨率的方法和测量系统。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种流道式纤维测量系统在线标定测量分辨率的方法，它通过在线实时统计5000条标准纤维（长度已知）横向、纵向、对角方向（45度和135度方向）的长度像素个数，并求算术平均值来实现，它的具体步骤为，
(1)采集图像，利用自动图像测量系统采集标准纤维的图像到计算机上，图像标准是640*480单色位图；
(2)图像分割、骨架化，用阈值的方法对当前图像进行二值化，使背景变为白色，纤维和噪声成为黑色；对二值化后的图像去除影响准确标定的过大或过小的区域；进行闭运算，使纤维边界平滑；进行骨骼化提取骨架，使目标成为单一像素宽度；去掉带有分枝的目标；去除过长或过短的纤维目标；
(3)计算每根纤维链码，根据链码的特点判断纤维是近似横向、纵向还是45度和135度方向；
(4)统计横向纤维根数，计算长度像素个数，求其算术平均值。
(5)统计纵向纤维根数，计算长度像素个数，求其算术平均值。
(6)统计对角方向（45度和135度方向）的纤维根数，计算长度像素个数，求其算术平均值。
(7)若连纤维为其他方向，或弯曲纤维，则不对其进行测量。
所述步骤（3）中，计算每个纤维方向时，先用链码表示每根纤维的骨架，再利用链码的特点来判断纤维是近似横向、纵向还是对角方向。
所述步骤（4）中，统计5000根横向纤维图像，计算平均长度像素个数，像素数除以纤维定长，就得到分辨率；同理，步骤（5）、（6）求得对角方向（45度和135度方向）的分辨率。
一种流道式纸浆纤维测量系统在线标定测量分辨率的测量系统，其特征在于：包括LED光源、纤维流道、智能相机、电机、清水水槽和纤维样本液杯，所述纤维流道为垂直放置的长方体中空通道，LED光源和智能相机分居纤维流道两侧，所述智能相机连接计算机，纤维流道下方连接三条管道，中间位置的样品管道连接盛放纤维样本的纤维样本液杯，左右两侧位置的清水管道通过电机B连接同一清水水槽，所述纤维流道上端过另一台电机A连接排水槽。
本发明的有益效果是：本发明解决了在测量纤维参数时因为标定不准确引发测量参数不准确的问题，在大量统计数据下，该方法能成功实现纤维测量系统的测量分辨率的标定，获得测量系统的分辨率。通过预处理，得到去掉小分叉的单像素纤维，以达到计算长度的像素个数与实际长度相除得到分辨率的目的，并采用大量测量求算数平均值方法，提高了标定的准确性。通过VC++实现的流道式纤维测量在线标定纤维的结果和大量数据显示了这一方法的准确性和鲁棒性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图1为本发明的工艺流程图；
附图2为本发明的采集到的纤维图像横向纤维的图像；
附图3为本发明的二值化分割的结果的图像；
附图4为本发明的去除过大或过小的区域的图像；
附图5为本发明的形态学膨胀的图像结果；
附图6为本发明的骨架化、去分枝的图像结果；
附图7为本发明提取的横向纤维图像；
附图8为本发明提取的纵向纤维图像；
附图9为本发明提取的对角方向（45度和135度方向）的纤维图像；
附图10 为本发明的测量系统结构示意图。
图中，1 LED光源，2纤维流道，3偏振片（CPL），4智能相机，5计算机，6电机A，7电机B，8排水槽，9清水水槽，10纤维样本液杯，11清水管道，12样品管道。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步说明。
一种流道式纤维测量系统在线标定测量分辨率的方法，其步骤为：
(1) 采集纤维图像。利用自动图像采集设备采集纸浆纤维的图像到计算机上，图像标准是单色位图。每采集一幅图像就对其进行以下处理并将测量得到的数据存入数据库，同时计算测量结果。
(2)图像分割、骨架化。包括：二值化、去除过大或过小的区域、闭运算、骨骼化等得到单像素宽的目标。由于骨骼化造成纤维的长度的缩短，经过大量统计，两端缩短各为2像素，所以在计算的过程中，长度的像素个数相应加4。
(3)对骨架化后的目标区域进行标记，计算每个目标的链码，根据链码的特点判断纤维时近似横向、纵向还是对角方向（45度和135度方向）；
(4)统计横向纤维根数Nh，长度像素个数P hi 及累加和P h ，求算术平均值得到R h ：
(5)统计纵向纤维根数Nv，纤维长度像素个数P vi 及累加和P \v ，求算术平均值R v ：
(6)统计对角方向（45度和135度方向）的纤维根数N d ，纤维长度像素个数P di 及累加和P d ，求算术平均值R d ：
(7) 若连纤维为其他方向或弯曲纤维（不满足（3）、（4）、（5）中方向的条件），则不对其进行测量统计。
 大量实验结果表明，该方法可以在不改变纤维形态的前提下，准确的对纤维参数测量系统的分辨率进行在线的动态标定，得到参数测量的水平分辨率Rh、垂直分辨率Rv和对角分辨率Rd。
本发明针对上述流道式纸浆纤维测量系统在线标定测量分辨率的方法，设计了系统，系统包括LED光源1、纤维流道2、偏振片（CPL）3、智能相机4、电机6、7，清水槽9，样本烧杯10和连接附件等，所述纤维流道2为竖直放置的长方体中空通道，LED光源1和智能相机4分别放置在纤维流道2两侧，所述智能相机4连接计算机5，纤维流道2下方连接三条管道，中间位置的样品管道12连接盛放纤维样本的纤维样本液杯10，左右两侧位置的清水管道11通过电机7连接同一清水水槽9，所述纤维流道2上端通过连接电机6连接排水槽8。打开开关，电机7抽取清水，另一台电机6抽取纤维样本和清水混合液。由于流速不同，抽取混合液电机6速度快，流道内分三层，中间一层为纤维样本，左右外层为清水。清水可以防止纤维粘贴在流道壁上，对成像造成影响。相机可采集流动的纸浆纤维图像。该流道测量的系统，改进了纸浆纤维静态测量的不足，可以实时、大量的统计数据，达到准确测量的目的。

Claims (3)

1.一种流道式纤维测量系统在线标定测量分辨率的方法，其特征在于：其通过链码计算斜率，统计纤维平均像素长度，从而实现纤维的标定，包括以下具体步骤：
(1)使用标准纤维，采集纤维图像，利用自动图像采集设备采集纸浆纤维的图像到计算机上，图像是640*480单色位图；
(2)图像分割、骨架化，用阈值的方法对当前图像进行二值化，使背景变为白色，纤维和噪声成为黑色；对二值化后的图像去除影响准确标定的过大或过小的区域；进行闭运算，使纤维边界平滑；进行骨骼化提取骨架，使目标物成为单一像素宽度；去掉带有分枝的纤维；去除过长或过短的纤维目标；
(3)计算经过（2）处理后图像中的每根纤维方向；
(4)统计横向纤维数目Nh、相应的每根纤维像素个数Phi及横向纤维像素个数累加和Ph，求出横向分辨率Rh；
(5)统计纵向纤维数目Nv、相应的每根纤维像素个数Pvi及纵向纤维像素个数累加和Pv，求出纵向分辨率Rv；
(6)统计45度和135度的对角方向的纤维数目Nd、相应每根纤维纤维像素个数Pdi及像素个数累加和Pd，求出对角分辨率Rd；
(7)若纤维为（3）（4）（5）之外其他方向，则不对其进行测量计算。
2.根据权利要求1所述的流道式纤维测量系统在线标定测量分辨率的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，计算每个纤维方向时，先用链码表示每根纤维的骨架，再利用链码的特点来判断纤维是近似横向、纵向还是对角方向。
3.根据权利要求1所述的流道式纤维测量系统在线标定测量分辨率的方法，其特征在于：所述步骤（4）中，统计5000根横向纤维图像，计算平均长度像素个数，像素数除以纤维定长，就得到分辨率；同理，步骤（6）求得45度和135度对角方向分辨率。
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