CN107067432A - 石英棒检测中圆边界的确定方法 - Google Patents

石英棒检测中圆边界的确定方法 Download PDF

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撒继铭
施柳
龚洋珉
许佳辉
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10004—Still image; Photographic image

Abstract

本发明公开了一种石英棒检测中圆边界的确定方法，包括：S1石英棒置于暗室，激光束从一侧照射石英棒，工业相机拍摄石英棒横截面的灰度图像；S2对灰度图像依次进行去噪、灰度均衡、二值化、边缘粗提取，获得粗提取的边界；S3观察粗提取的边界，找出边界上部分点作为标记点；S4利用基于弦子集的圆心确定法确定圆心；S5根据圆心确定半径的取值范围；S6基于步骤S4确定的圆心和步骤S5确定的半径取值范围，利用霍夫变换从粗提取的边界中确定石英棒的圆边界。本发明在利用霍夫变换前，先确定圆心和半径范围，大大缩小了圆心和半径的取值区间，可减少计算量，提高运行速度，同时还可保证精度。

Description

石英棒检测中圆边界的确定方法
技术领域
本发明属于图像处理技术领域，尤其涉及一种石英棒检测中圆边界的确定方法。
背景技术
运用机器视觉技术进行石英棒缺陷检测时，激光从石英棒侧面射入，近光侧的石英棒边界可以被相机清晰捕捉。但是，由于激光在石英棒中的衰弱，石英棒在弱光一侧的边界会出现断点、模糊等现象。石英棒检测的后续处理中，需要精确边界以统计缺陷情况，因此边界确定成为石英棒检测的重难点。在边界圆形检测中，霍夫变换(HT)应用广泛，并且衍生出了多种改进方法。经典的霍夫变换通过投票机制将图像空间映射为抽象的参数空间，图像空间中每个像素都为目标物体投票，投票高者为目标物体。霍夫变换涉及大量的投票计算，耗费存储空间，运行速度慢，难以满足工业上的即时需求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种石英棒检测中圆边界的确定方法，该方法具有存储空间小、运行速度快、准确率高的优点。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种石英棒检测中圆边界的确定方法，包括：
S1石英棒置于暗室，激光束从一侧照射石英棒，工业相机拍摄石英棒横截面的灰度图像；
S2对灰度图像依次进行去噪、灰度均衡、二值化、边缘粗提取，获得粗提取的边界；
S3观察粗提取的边界，找出边界上部分点作为标记点，标记点数量不少于3；
S4利用基于弦子集的圆心确定法确定圆心，具体为：
将所有标记点两两组合成标记点对，对所有标记点对，分别获得以各标记点对中标记点为端点的线段，所有线段构成弦子集；
分别计算弦子集中所有线段的垂直平分线，采用累加器空间记录所有垂直平分线的交点，所经过垂直平分线最多的交点记为圆心；
S5根据圆心确定半径的取值范围，具体为：
计算圆心到各标记点的距离，设最大距离为m，最小距离为n，则半径的取值范围为[n，m]；
S6基于步骤S4确定的圆心和步骤S5确定的半径取值范围，利用霍夫变换从粗提取的边界中确定石英棒的圆边界。
上述标记点数量优选为3～10。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
采用经典的霍夫变换确定石英棒圆边界时有三个参数，计算量大，累加器空间的计算也特别耗费内存空间，运行时间上达不到工业应用要求。本发明在利用霍夫变换前，先确定圆心和半径范围，大大缩小了圆心和半径的取值区间，减少圆心和半径的不确定，可减少计算量，提高运行速度，同时还可保证精度。
附图说明
图1为两种不同方式下的圆定义；
图2为圆心确定示意图。
具体实施方式
下面将结合原理和具体实施方式进一步说明本发明技术方案。
笛卡尔坐标系中，圆表示为：
(x-x0)2+(y-y0)2＝r2 (1)
式(1)定义了一个以(x0,y0)为圆心，以r为半径的圆的轨迹。式(1)还可以用另一种方式完成可视化，即以(x,y)为圆心、以r为半径的点(x0,y0)的轨迹。图1展示了两种方式下的圆定义，其中，图1(a)代表原始圆，其中每个边缘点都代表了累加器中一组圆的集合，这组圆是以原始圆上边缘点为圆心的一系列同心圆。图1(b)代表原始圆上三个边缘点定义的三个圆，这三个圆具有给定的半径。累加器中，边缘点同时定义了其他半径。经观察发现，累加器空间具有三个参数，即累加器空间是三维的，这可以用图1(c)表示。图1(c)中可进行累加统计，该图中(a0,b0)表示圆心，r0表示半径。
本具体实施方式的具体步骤如下：
(1)采集石英棒的原始横截面图像，具体为：将待检测的石英棒送入检测装置，检测装置内部为暗室，利用工业相机在平面激光束照射下拍摄石英棒横截面的灰度图像。
(2)灰度图像的预处理，所述的预处理包括依次进行去噪、灰度均衡、二值化、边缘粗提取，获得粗提取的边界。
(3)观察粗提取的边界，因为石英棒的边界为圆形且数量唯一，因此可以找出边界上部分点作为标记点，标记点数量s优选为3～10。图2中点A、B、C、D即标记点。基于标记点确定石英棒边界的圆心，以减少圆边界提取的计算量。
(4)利用基于弦子集的圆心确定法确定圆心。
将所有标记点两两组合成标记点对，例如，图2中标记点A、B、C、D可组合成(A,B)、(A,C)、(A,D)、(B,C)、(B,D)、(C,D)6对标记点对。对所有标记点对，分别获得以各标记点对中标记点为端点的线段，所有线段构成弦子集，弦子集中各线段即圆边界的弦。
基于几何知识可知，弦的垂直平分线一定通过圆心，所以累加器空间中，接近圆心的位置方会出现统计峰值，利用霍夫变换中的累加器空间统计各垂直平分线上点，以确定圆心范围。这样，就把霍夫圆变换问题转换为霍夫线变换问题。
本发明中，分别计算弦子集中所有线段的垂直平分线，采用累加器空间记录所有垂直平分线的交点，所经过垂直平分线最多的交点记为圆心，见图2。
(5)根据圆心确定半径的取值范围，具体为：计算圆心到各标记点的距离，设最大距离为m，最小距离为n，则半径的取值范围为[n，m]。以[n，m]作为霍夫变换中半径的变化范围，可减少计算量，提高运行速度。
(6)基于步骤(4)确定的圆心和步骤(5)确定的半径取值范围，利用霍夫变换从粗提取的边界中确定石英棒的圆边界。

Claims (2)

1.一种石英棒检测中圆边界的确定方法，其特征是，包括：
S1石英棒置于暗室，激光束从一侧照射石英棒，工业相机拍摄石英棒横截面的灰度图像；
S2对灰度图像依次进行去噪、灰度均衡、二值化、边缘粗提取，获得粗提取的边界；
S3观察粗提取的边界，找出边界上部分点作为标记点，标记点数量不少于3；
S4利用基于弦子集的圆心确定法确定圆心，具体为：
将所有标记点两两组合成标记点对，对所有标记点对，分别获得以各标记点对中标记点为端点的线段，所有线段构成弦子集；
分别计算弦子集中所有线段的垂直平分线，采用累加器空间记录所有垂直平分线的交点，所经过垂直平分线最多的交点记为圆心；
S5根据圆心确定半径的取值范围，具体为：
计算圆心到各标记点的距离，设最大距离为m，最小距离为n，则半径的取值范围为[n，m]；
S6基于步骤S4确定的圆心和步骤S5确定的半径取值范围，利用霍夫变换从粗提取的边界中确定石英棒的圆边界。
2.如权利要求1所述的石英棒检测中圆边界的确定方法，其特征是：
所述的标记点数量为3~10。
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