CN104599276B - 一种煮糖过程糖晶体伪三维显微图像处理方法以及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煮糖过程糖晶体伪三维显微图像处理方法以及装置，其中处理方法包括以下步骤：1)对所述伪三维显微图像进行预处理；2)采用边缘检测算子对预处理后的所述伪三维显微图像进行梯度计算，获得梯度图像；3)采用最大类间方差法对所述梯度图像进行边缘提取；4)去除边缘提取后所述梯度图像的伪三维，得到所述糖晶体的实际边缘。本发明的处理方法以及装置能够对煮糖过程中采集到的蔗糖晶体显微图像(即一类具有复杂噪声背景的伪三维图像)进行有效的边缘检测，提高蔗糖晶体观察的准确性，为实现蔗糖结晶过程可视化实时检测提供了途径。

Description

一种煮糖过程糖晶体伪三维显微图像处理方法以及装置
技术领域
本发明涉及煮糖过程糖液结晶过程检测技术领域，特别涉及一种煮糖过程糖晶体伪三维显微图像处理方法以及装置。
背景技术
在制糖工业中，蔗糖厂煮糖罐内糖液的结晶操作中起晶、止晶、养晶过程需要操作人员不断的观察罐内晶粒状况，是否出现粘晶、伪晶，以便作出相应的操作。目前多数糖厂都是用抽样碳棒取出糖膏样品在灯下观察或手捻凭感觉来判断，不能直接观察到罐内晶粒变化情况，给操作的准确性带来了一定困难。为解决这一问题，研究人员研制了煮糖显微观察镜，直接装在罐壁上，可清晰观察罐内晶体变化情况，及时发现粘晶、伪晶等不正常晶粒生长，从而提高糖分回收率，提高成品糖质量、降低能耗。
但由于光照和晶体本身的原因，显微镜采集的蔗糖晶体图像不可避免地出现了失真。光照强时，所采集的图像整体灰度级高，图像亮度大；反之将得到较暗的图像。由于蔗糖晶体本身是透明，镜面的，采集出来的图像是伪三维图像(即非真正的三维图像，其三维效果是由于晶体透光反射和折射造成的视觉三维，称之为伪三维图像)，这给蔗糖结晶观察的准确性带来了困难。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煮糖过程糖晶体伪三维显微图像处理方法，从而克服显微镜采集的蔗糖晶体图像是伪三维图像，导致蔗糖结晶观察的准确性较差的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了一种煮糖过程糖晶体伪三维显微图像处理方法，包括以下步骤：1)对所述伪三维显微图像进行预处理；2)采用边缘检测算子对预处理后的所述伪三维显微图像进行梯度计算，获得梯度图像；3)采用最大类间方差法对所述梯度图像进行边缘提取；4)去除边缘提取后所述梯度图像的伪三维，得到所述糖晶体的实际边缘。
上述技术方案中，步骤1)中对所述伪三维显微图像进行预处理包括灰度化、中值滤波以及高斯平滑。
上述技术方案中，步骤4)中去除边缘提取后所述梯度图像的伪三维，得到所述糖晶体的实际边缘的步骤包括：41)对用最大类间方差法处理后的所述梯度图像进行二值化处理；42)去除二值化处理后的所述梯度图像的噪声点获得双层轮廓图；43)去除所述双层轮廓图的内轮廓得到晶体外轮廓图；44)对所述晶体外轮廓图进行填充，得到所述糖晶体的实际边缘。
本发明的另一目的在于提供一种煮糖过程糖晶体伪三维显微图像处理装置，从而克服显微镜采集的蔗糖晶体图像是伪三维图像，导致蔗糖结晶观察的准确性较差的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了一种煮糖过程糖晶体伪三维显微图像处理装置，包括：预处理模块，用于对所述伪三维显微图像进行预处理；图像获取模块，用于采用边缘检测算子对预处理后的所述伪三维显微图像进行梯度计算，获得梯度图像；边缘提取模块，用于采用最大类间方差法对所述梯度图像进行边缘提取；去除伪三维模块，用于去除边缘提取后所述梯度图像的伪三维，得到所述糖晶体的实际边缘。
上述技术方案中，所述预处理模块具体用于对所述伪三维显微图像进行灰度化、中值滤波以及高斯平滑。
上述技术方案中，所述去除伪三维模块具体包括：二值化处理子模块，用于对采用最大类间方差法处理后的所述梯度图像进行二值化处理；去噪声点子模块，用于去除二值化处理后的所述梯度图像的噪声点获得双层轮廓图；去内轮廓子模块，用于去除所述双层轮廓图的内轮廓得到晶体外轮廓图；填充子模块，用于对所述晶体外轮廓图进行填充，得到所述糖晶体的实际边缘。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的处理方法以及装置能够对煮糖过程中采集到的蔗糖晶体显微图像(即一类具有复杂噪声背景的伪三维图像)进行有效的边缘检测，提高蔗糖晶体观察的准确性，为实现蔗糖结晶过程可视化实时检测提供了途径。
附图说明
图1是根据本发明的煮糖过程糖结晶显微图像伪三维处理方法的流程图。
图2是根据本发明的蔗糖晶体伪三维现象局部图像示意图。
图3是根据本发明预处理后得到的伪三维蔗糖晶体显微图像示意图。
图4是根据本发明经过边缘检测算子运算后得到的梯度图像示意图。
图5是根据本发明经过最大类间方差法边缘提取后得到的图像示意图。
图6是根据本发明经过对最大类间方差法处理后再进行二值化处理得到的图像示意图。
图7是根据本发明经过去除噪声点得到的双层轮廓图示意图。
图8是根据本发明经过本发明方法得到的糖晶体外轮廓图示意图。
图9是经过本发明处理方法得到的糖晶体填充图示意图。
图10是根据本发明的煮糖过程糖结晶显微图像伪三维处理装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1所示，根据本发明具体实施方式的一种煮糖过程糖晶体伪三维显微图像处理方法，包括以下步骤：
步骤S100：对显微镜获取的糖晶体的伪三维显微图像进行预处理；糖晶体伪三维显微图像如图2所示；
在该步骤中，预处理包括对伪三维显微图像进行灰度化、中值滤波以及高斯平滑等处理，处理后的图像如图3所示，本实施例中，在高斯平滑处理中，采用二维高斯平滑函数。
步骤S102：采用边缘检测算子对预处理后的伪三维显微图像进行梯度计算，获得梯度图像；在该实施例中，边缘检测算子为Sobel算子，梯度图像如图4所示。
步骤S104：采用最大类间方差法对梯度图像进行边缘提取；其中，最大类间方差法为大津法，边缘提取后的图像如图5所示。
步骤S106：对用最大类间方差法处理后的梯度图像进行二值化处理；
在该步骤中，采用10x10的结构元素对图5进行开运算。
步骤S108：去除二值化处理后的梯度图像的噪声点获得双层轮廓图；
在该步骤中，去除面积小于5000个像素的噪声点和邻近边界的不完整目标晶体，如图6所示，然后对图6中有(0，1)变化的阶跃边缘进行检测，得到双层轮廓图，如图7所示。
步骤S110：去除双层轮廓图的内轮廓得到晶体外轮廓图；
在该步骤中，对双层轮廓图的内外轮廓进行循迹，保存晶体的边缘点坐标，标记出晶体的四个顶点，设其坐标分别为(XU,YU)、(XD,YD)、(XL,YL)、(XR,YR)，内部的点为(XIN,YIN)。然后对提取到的轮廓进行伪边缘判断，满足条件XL<XIN<XR；YU<YIN<YD的点即为内轮廓，将内轮廓标记出来并剔除，便可得到晶体外轮廓图，如图8所示。
步骤S112：对晶体外轮廓图进行填充，得到糖晶体的实际边缘；
在该步骤中，对得到的晶体外轮廓图进行填充，再使用20X20的结构元素对图像进行开运算，消除毛刺得到最终的糖晶体分割图，即糖晶体的实际边缘，如图9所示。
本发明实施例中的处理方法能够对煮糖过程中采集到的蔗糖晶体显微图像(即一类具有复杂噪声背景的伪三维图像)进行有效的边缘检测，提高蔗糖晶体观察的准确性，为实现蔗糖结晶过程可视化实时检测提供了途径。
如图10所示，根据本发明具体实施方式的一种煮糖过程糖晶体伪三维显微图像处理装置，包括：
预处理模块10，用于对伪三维显微图像进行预处理，预处理具体包括对伪三维显微图像进行灰度化、中值滤波以及高斯平滑；图像获取模块20，用于采用边缘检测算子对预处理后的伪三维显微图像进行梯度计算，获得梯度图像；边缘提取模块30，用于采用最大类间方差法对梯度图像进行边缘提取；去除伪三维模块40，用于去除边缘提取后梯度图像的伪三维，得到糖晶体的实际边缘。
其中，去除伪三维模块40具体包括：二值化处理子模块401，用于对采用最大类间方差法处理后的梯度图像进行二值化处理；去噪声点子模块402，用于去除二值化处理后的梯度图像的噪声点获得双层轮廓图；去内轮廓子模块403，用于去除双层轮廓图的内轮廓得到晶体外轮廓图；填充子模块404，用于对晶体外轮廓图进行填充，得到糖晶体的实际边缘。
本发明实施例中的处理装置能够对煮糖过程中采集到的蔗糖晶体显微图像(即一类具有复杂噪声背景的伪三维图像)进行有效的边缘检测，提高蔗糖晶体观察的准确性，为实现蔗糖结晶过程可视化实时检测提供了途径。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (4)

1.一种煮糖过程糖晶体伪三维显微图像处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对所述伪三维显微图像进行预处理；
2)采用边缘检测算子对预处理后的所述伪三维显微图像进行梯度计算，获得梯度图像；
3)采用最大类间方差法对所述梯度图像进行边缘提取；
4)去除边缘提取后所述梯度图像的伪三维，得到所述糖晶体的实际边缘，具体步骤包括：
41)对用最大类间方差法处理后的所述梯度图像进行二值化处理；
42)去除二值化处理后的所述梯度图像的噪声点获得双层轮廓图；
43)去除所述双层轮廓图的内轮廓得到晶体外轮廓图；
44)对所述晶体外轮廓图进行填充，得到所述糖晶体的实际边缘。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤1)中对所述伪三维显微图像进行预处理包括灰度化、中值滤波以及高斯平滑。
3.一种煮糖过程糖晶体伪三维显微图像处理装置，其特征在于，包括：
预处理模块，用于对所述伪三维显微图像进行预处理；
图像获取模块，用于采用边缘检测算子对预处理后的所述伪三维显微图像进行梯度计算，获得梯度图像；
边缘提取模块，用于采用最大类间方差法对所述梯度图像进行边缘提取；
去除伪三维模块，用于去除边缘提取后所述梯度图像的伪三维，得到所述糖晶体的实际边缘，具体包括：
二值化处理子模块，用于对采用最大类间方差法处理后的所述梯度图像进行二值化处理；
去噪声点子模块，用于去除二值化处理后的所述梯度图像的噪声点获得双层轮廓图；
去内轮廓子模块，用于去除所述双层轮廓图的内轮廓得到晶体外轮廓图；
填充子模块，用于对所述晶体外轮廓图进行填充，得到所述糖晶体的实际边缘。
4.根据权利要求3所述的处理装置，其特征在于，所述预处理模块具体用于对所述伪三维显微图像进行灰度化、中值滤波以及高斯平滑。
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