SK11082001A3 - Spôsob zisťovania pomeru dreva/kôry z toku drevného materiálu - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu zisťovania pomeru dreva/kôry z toku drevného materiálu, v ktorom je tok osvetlený, snímaný pozdĺž priečnej linky video kamerou, riadkový obraz zodpovedajúci linke sa digitalizuje do obrazových prvkov (pixelov), z ktorých každý obsahuje informáciu o intenzite, zisťujú sa triedy intenzity príslušné pre drevo a kôru a vypočítajú sa obrazové prvky patriace ku každej triede pomocou informácií o ich intenzite a pomer dreva/kôry sa zisťuje počtom obrazových prvkov situovaných v rôznych triedach intenzity.

Doterajší stav techniky

Aby sa polená dali lúpať optimálnym spôsobom, je dôležité poznať obsah kôry a dreva. Regulovaním procesu lúpania takým spôsobom, aby obsah kôry dosiahol želané medzné hodnoty, je na jednej strane možné zabrániť nadmernému olúpaniu a na druhej strane je možné kontrolovať splnenie požiadaviek kvality vzhľadom na obsah kôry. Priama metóda (on-line) na zisťovanie pomeru dreva/kôry z toku drevného materiálu bola uvedená v publikácii prihlášky Európskeho patentu 831320. V uvedenej metóde je tok drevného materiálu snímaný riadkovou CCD kamerou, ktorá je upevnená v smere priečne k toku, v ktorej je 30 - 300 obrazových prvkov /cm, z ktorých každý meria stupnicu sivej farby príslušného obrazového políčka. Obrazové prvky sú rozdelené na hlavné skupiny a podskupiny, sú vybrané z týchto hlavných skupín, v ktorých existuje najvyšší vybraný počet (1-20) vedľajších obrazových prvkov, ktorých stupnica sivej farby prevyšuje stanovenú hranicu. Podskupiny sú filtrované z hlavných skupín a pre každú úplnú skupinu sa vypočíta priemerná jasnosť. Pre drevo a kôru a prípadne pozadie boli stanovené vlastné triedy jasnosti, podľa ktorých je každá skupina zatriedená do svojej vlastnej triedy jasnosti. Pomer dreva/kôry v toku dreva sa vypočíta na základe obrazových prvkov situovaných v každej triede. Spôsob podľa publikácie nie je veľmi vhodný na zisťovanie toku drevných triesok, ktorý obsahuje kôru brezy. Drevný materiál brezy a stupnice sivej • · farby povrchovej plochy ich kôry sú tak blízko seba, že je mimoriadne ťažké jeden od druhého oddeliť.

Fínsky patent 95511 uvádza spôsob na zisťovanie odlišne sfarbených povrchových plôch z toku materiálu, ktorý sa pohybuje dopredu na priehľadnom dopravníku. V mnohých za sebou nasledujúcich komôrkach sa používajú pozadia podľa čiastočných sfarbení, s pozadiami ktorých sa zase filtruje každá farba. Farba kôry stromov sa trochu odlišuje a spôsob nie je vhodný na zisťovanie pomeru dreva/kôry. Nevenovala sa pozornosť účinku výšky vrstvy (výšky povrchu) na výsledky skúmania. Kusy drevných triesok sa nepohybujú na dopravníku ako osobitné kusy, ale často ako vrstvy hrubé až 20-50 cm. Okrem toho dopravníky na drevné triesky a kôru nie sú priehľadné.

Spis WO 97/37780 uvádza separátor farieb, v ktorom sa pomocou RGB kamery na farebný film sníma niekoľko obrazov subjektov, ktoré sa majú klasifikovať a obrazce sa menia na farebné odtiene a hodnoty farebnej sýtosti, na základe ktorých sa uskutoční klasifikácia. V tomto spôsobe sa používa technológia snímania 24 bitovej dynamiky (3X8 bitov), pričom vo farebnom priestore špecifickej žlto-hnedej oblasti nie je schopnosť farebnej separácie na dostatočne dobrej úrovni pre farebnú separáciu dreva a kôry. Navyše k tomu, kanál 8 bitovej dynamiky má problém, že snímač sa ľahko saturuje ak sa urobil pokus výkonné, aby sa využilo všetkých 256 hodnôt sivej stupnice.

USA spis 5 887 073 uvádza separátor farieb, v ktorom sú obrazové prvky nastavených farieb oddelené z 3x8 bitového RGB obrazu do svojho vlastného obrazu. Tak ako je uvedené hore, dynamika je tu nízka. Navyše sa používajú súradnice farby neutrálnej intenzity a farby sýtosti, ale žiadne informácie o intenzite a farebná reakcia nie je stabilizovaná.

Vynález sa týka spôsobu na zisťovanie obsahu kôry a dreva. Aby sa mohlo optimálnym spôsobom vykonávať lúpanie polien, je dôležité poznať obsah kôry a dreva. V súčasnosti je zisťovanie kvality drevných triesok založené takmer výlučne na odbere náhodných vzoriek, ktoré sa odoberajú rôznymi spôsobmi a na výsledkoch dosiahnutých analýzou týchto vzoriek. Je ťažké vybrať reprezentatívnu vzorku z dávky drevných triesok. Navyše odoberanie vzoriek a zvlášť analýza sú prácne a časovo náročné. V praxi nie je možné regulovať proces pomocou meraní a merania majú význam iba ako prostriedky kontroly. Plynulé funkčné indikátory na báze CCD kamier so sivou stupnicou sú tiež k dispozícii, ale • · s nimi je možné presne merať hlavne obsah dreva na dopravníku kôry. Zisťovanie obsahu kôry na dopravníku drevných triesok je oveľa náročnejšou úlohou, pretože obsah kôry, ktorý sa má merať je často 0,1-1,5 %. Tmavosť kôry mnohých druhov dreva veľmi sťažuje optické zisťovanie.

Podstata vynálezu

Predmetom tohoto vynálezu je dosiahnuť vylepšený spôsob na zisťovanie pomeru dreva/kôry v toku drevného materiálu. Charakteristické znaky spôsobu podľa vynálezu sú uvedené v priložených patentových nárokoch. Výmenou kamery na čierno-biely film, použitej v spôsobe podľa EP-spisu na 24 bitovú kameru na farebný film rovnakej úrovne, nevylepšuje nejako významne schopnosť separovania, pretože je ťažké spoľahlivo rozlíšiť farbu kôry a reakcie na farbu nie sú stabilné.

Je možné vylepšiť presnosť meraní do značnej miery pomocou informácií o farbe, keď sa zároveň vylepšia dynamiky (na kanál) na úroveň najmenej 10 bitov, najvýhodnejšie 12 bitov a stabilizujú sa reakcie na farbu. Potom je dôležitá najmenej trojrozmerná klasifikácia. Aby sa dosiahla čo najlepšia presnosť meraní, treba stabilizovať reakciu na farbu.

Farebný stimul Φ (γ) je určitou kombináciou spektra účinku (S (γ)) a v závislosti na subjekte spektra prestupu (T (γ)), reflexie (R (γ)) alebo intenzity žiarenia (r (γ)). Keď sa obsah dreva alebo kôry kontroluje technikou CCD kamery na farebný film, ide o spektrum reflexie (R (γ)) povrchu. Hodnoty farebných komponentov R, G a B sa získajú ako skalámy súčin farebného stimulu Φ (γ) a kriviek citlivosti r (γ), g (γ) a b (γ) červenej, zelenej a modrej zložky kamery.

R		Γ(λ)
G	= /φ(λ)	9(λ)
B		b(Z)

Hodnoty (R, G a B) farebných komponentov odkrývajú vnútorné vzťahy hlavných ·· ·· · · ·· · ···· ·· ·· ···· • · ·· · · · · · • · · · · · ···· · ···· · · ··· ·· ·· ··· ··· ·· ··· farieb (modrá, zelená a červená) vo farebnej zmesi. V spôsobe, ktorý je tu uvádzaný je účinok zmeny jasnosti subjektu minimalizovaný vypočítaním relatívnych podielov farebných komponentov r, g a b (r=R/ (R+G+B), g=G/ (R+G+B) a b=B/ (R+G+B), pričom r, g a b nie sú závislé na sile žiarenia ak zostane zachovaná forma spektra zdroja svetla. Táto požiadavka je v praxi splnená, keď svetlá nie sú regulované spôsobmi, ktoré by ovplyvnili teplotu farby zdroja svetla (nepoužívajú sa žiadne tyristorové regulátory) a zdroje svetla sa môžu stabilizovať po dostatočne dlhú dobu pred začatím meraní (asi 30 min).

Osvetlenie musí byť neblikavé ajeho zmeny treba kompenzovať. Neblikavé osvetlenie sa môže vytvárať i synchronizovaním snímania na frekvenciu osvetlenia.

Využitím techniky riadkovej kamery sa môže značne ľahšie a rovnomernejšie dosiahnuť rovnomerné osvetlenie subjektu než s technikou matricovej kamery. Ak je veľkosť snímanej oblasti fyzicky napr. 600 mm x 600 mm, použitím matricovej kamery je potrebné osvetliť celú 600 mm x 600 mm plochu rovnomerne zo stredu plochy ako i z jej rohov. Pri technike riadkovej kamery stačí rovnomerne osvetliť 600 mm širokú plochu v smere priečne k dopravníku, ale iba 1-2 mm na dĺžku. S riadkovou kamerou sa sníma zvolený počet riadkových obrazov jeden za druhým z pohybujúceho sa toku.

Za sebou nasledujúce riadky sa spoja na jeden osobitný obraz vždy už pri pripevnení mikroštítka na kameru a dosiahne sa obrazová matrica pre ďalšie spracovanie. Na obrazovej matrici sa obraz spracováva v rôznych operáciách. Najdôležitejšiu informáciu z hľadiska vynálezu obsahuje každý jednotlivý riadkový obraz. Aby sa dosiahla štatistická spoľahlivosť, je do kalkulácie zahrnutý veľký počet riadkových obrazov.

V spôsobe podľa vynálezu sa korekcia intenzity dosiahla dvoma odlišnými spôsobmi: po prvé z RGB obrazu sa vypočíta rgb-obraz a po druhé informácia o intenzite vybraného farebného kanála (R alebo G), ktorý dobre zodpovedá celkovej intenzite, sa transformuje pomocou merania výšky plochy na informáciu o intenzite, ktorá je nezávislá od výšky vrstvy.

Prehľad obrázkov na výkrese

Vynález je bližšie ozrejmený na priloženom výkrese, ktorý znázorňuje tok drevného materiálu s umiestnenými meracími prvkami.

··

Príklad uskutočnenia vynálezu

Pripojený obraz znázorňuje meraciu zostavu podľa vynálezu. Tok materiálu 1 sa pohybuje zľava doprava na obraze napr. pásovým dopravníkom 5. Miesto, ktoré sa bude snímať (priečna linka) sa osvetlí svetlami 3 a zmeria sa výška povrchu drevnej triesky na mieste snímania s indikátorom výšky povrchu 6 (napr. ultrazvukovým meracím zariadením, t.j. ultrazvukovou sondou). Meranie je synchronizované v súlade s rýchlosťou dopravníka. Pomocou riadkovej kamery na farebný film 2 sa získa dvojrozmerný digitalizovaný obraz z toku drevného materiálu, keď sa za sebou nasledujúce riadkové obrazy spoja do tej istej matrice. Meranie výšky povrchu je výhodné, pretože intenzita svetla rozlišovaná kamerou poklesne úmerne k druhej mocnine vzdialenosti. Pritom sa môžu eliminovať zmeny v intenzite v RGB kanáloch, spôsobené zmenami vo výške vrstvy a pri analýze sa môže využiť i informácia o intenzite subjektov.

Podrobné stupne spôsobu podľa vynálezu sú nasledujúce. Nasledujúci príklad predstavuje trojkanálové riešenie. Vhodným spôsobom sa môže používať niekoľko farebných kanálov.

1) Subjekt sa osvetlí neblikavým svetlom (napr. halogénovými svetlami alebo zdrojmi svetla vybavenými elektronickým ovládacím zariadením).

Ib) Meranie sa uskutoční len ak podľa informácií získaných z ultrazvukovej sondy je výška vrstvy dostačujúca, pričom dopravný pás nebude viditeľný na dopravníku triesok.

2) Subjekt sa sníma s trojkanálovou, najvhodnejšie 36 bitovou RGB riadkovou kamerou (12 bitov/kanál). Keď má každá sonda obrazové prvky i (napr. 1000 obrazových prvkov) a keď sníma počet rovnajúci sa j (napr. 600) za sebou nasledujúcich riadkov, vytvoria sa zo snímaného subjektu tri obrazové matrice (R-, G- aB-obrazové matrice) veľkosti [i, j].

3) Predpätia R0, G0 a BO príslušných kanálov sa odpočítajú z obrazových matríc každého kanála R, G a B. Predpätia boli stanovené vopred meraním sivých stupníc kanálov v čase, keď na sondu nemôže svietiť žiadne svetlo. Korekcia predpätia je veľmi dôležitým merítkom pri zisťovaní farby tmavých subjektov, keď sa nameraná súradnica farby približuje hodnote príslušného kanála.

4) Z obrazov (R, G a B), v ktorých bolo korigované predpätie sa vypočítajú príslušné rgbobrazové matrice neutrálnej intenzity, v ktorých r = R/ (R+G+B), g = G/ (R+G+B) a b = B/ (R+G+B).

5) Každý obrazový bod A (x,y) je v rgb-priestore klasifikovaný ako typu kôry alebo ako typu dreva. Napríklad NN - klasifíkátor (najbližší sused) sa môže používať pri klasifikácii, pričom obrazový bod A (x, y) je klasifikovaný ako patriaci k triede najbližšie ku ktorej sú jej rgb-koordináty ??? v istej geometrii (normálne euklidovskej). Je pozoruhodné, že kôra a drevo môžu mať viac než 1 centrum tried. Napríklad v prípade brezy môžu existovať centrá tried tak na bielej kôre ako i na tmavej vnútornej kôre brezy. Centrá tried sa zisťujú vopred analyzovaním známych vzoriek (tak ako je to robené na obr. 4 spisu US 5,887.073).

6) Informácia o intenzite jedného z kanálov, ktorého predpätie bolo korigované (výhodne R alebo G), je korigovaná pomocou signálu meraného ultrazvukovou sondou, pričom je možné využiť informácie o intenzite subjektov. Aby bolo možné využiť informácie o intenzite, je potrebné, aby sa eliminoval účinok zmeny výšky vrstvy.

7) Body I (x, y) uvedenej matrice skorigovanou intenzitou sú klasifikované podľa svetlosti obrazového prvku kôry alebo dreva. V prípade dopravníka drevných triesok sú klasifikované ako kôra tie body, pre ktoré platí nasledovné:

Ak I (i, j) <T1 al (i, 0 -H))<T2 al (i, (j + H)) <T2, potom subjekt pozostáva z kôry.

Tu sú TI a T2 nastavené kritéria intenzity a H je požadované prechodové kritérium (napr. 5). Teraz pre TI a T2 platí TI < T2 a pomocou HaT2 je možné stanoviť hranice dĺžky a tmavosti subjektu. Tie body, pre ktoré platí nasledovné, sú podľa toho prijaté ako drevo na dopravníku drevných triesok:

Ak I (i, j) > TI a I (i, (j - H) > T2 aT (i, (j + H)) > T2, potom subjekt pozostáva z dreva. Teraz TI > T2.

8) Klasifikácie, ktoré sa vykonali v stupňoch 5 a 7 sú kombinované, pričom v prípade linky drevných triesok sa uznajú len tie obrazové body ako kôra, ktoré boli uznané ako kôry v oboch stupňoch 5 a 7. Rovnako, v prípade linky s kôrou sú uznané len tie body ako drevo, ktoré boli uznané ako drevo v oboch stupňoch 5 a 7. V závislosti od situácie je možné použiť iný stav.

···· • · ·· •· ·· • · ·· · • · ·· ····

9) Percento kôry alebo percento dreva sa vypočíta ako pomer klasifikovaných obrazových prvkov.

Tiene, ktoré sú spôsobené čiastočným prekrývaním kusov drevných triesok môžu spôsobiť problémy s osvetlením na linke drevných triesok, pretože optický systém stroja môže v niektorých situáciách klasifikovať tiene ako kôru. Spôsob, akou formou sa môžu použiť informácie o oblastiach ktoré sa budú segmentovať, sa môžu použiť pri segmentovaní obrazu, navyše k informáciám o intenzite na eliminovanie účinku tieňov, t.j. vyžaduje sa špecifický tvar objektu, aby mohol byť uznaný ako subjekt. Aby sa zistili oblasti vytvárania, graduje sa matrica intenzity gradovacím spôsobom, ktorý zohľadňuje tvary subjektu a stanoví sa doplňujúca požiadavka k vybranej triede v klasifikácii, stanovujúca, že tvar obrazového prvku, ktorý sa do tejto triedy zaradí, musí patriť do oblasti vytvárania, ktorá spĺňa kritéria.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   7¾ -οί • ·· · ·· · · ·· • · · · ··· • · · · ··· ·· β··

   1. Spôsob na stanovenie pomeru dreva/kôry z toku drevného materiálu (1), v ktorom je tok osvetlený neblikavým spôsobom, snímaný pozdĺž priečnej linky video kamerou (2), riadkový obraz zodpovedajúci linke je digitalizovaný do obrazových prvkov, z ktorých každý obsahuje informácie o intenzite, zisťujú sa triedy intenzity zodpovedajúce drevu a kôre a vypočítajú sa obrazové prvky patriace ku každej triede pomocou informácií o ich intenzite, a zistí sa pomer dreva/kôry počtom obrazových prvkov situovaných v rôznych triedach intenzity a použijú sa najmenej tri farebné kanály, ktorých dynamika je u každého najmenej 10, najvýhodnejšie 12 bitov a triedy stanovené na týchto kanáloch sú najmenej trojrozmerné, vyznačujúci satý m, že

   - subjekt je osvetlený takým spôsobom, že teplota farby osvetlenia sa udržuje vždy stabilná a

   - uskutoční sa korekcia predpätia na absolútne farebné signály R, G a B farebnej sondy, napr. v RGB kamere, pričom sa berie do úvahy reakcia nulovej hodnoty skutočnej intenzity svetla každého kanála a

   - korigujú sa farebné signály, aby boli relatívne (t.j. aby mali neutrálnu intenzitu r, g a

   b) delením hodnoty signálu každého kanála súčtom (R+G+B) hodnôt signálov všetkých kanálov.
2. 2. Spôsob podľa patentového nároku 1, vyznačujúci sa tým, že ako kamera (2) je použitá CCD riadková kamera na farebný film.
3. 3. Spôsob podľa patentového nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že sa sníma v podstate jednotná obrazová plocha a vytvorí sa zodpovedajúca obrazová matrica a korekcie obrazu a klasifikácia obrazových prvkov sa vykonávajú ako matricové operácie.

   ·· ·· · • · · · ·· · • · ·· · • · · · · · • · · · · · ·· ·· ·· ··· ··· ·· ·
4. 4. Spôsob podľa jedného z patentových nárokov 1-3 vyznačujúci sa tým, že sa meria celková intenzita, t.j. hodnota sivej stupnice a tiež vzdialenosť medzi kamerou (2) a tokom drevného materiálu (1), podľa ktorého sa získaná hodnota sivej stupnice koriguje a obrazové prvky sa klasifikujú podľa kritéria sivej stupnice a vypočíta sa pomer dreva/kôry v súlade s vybraným stavom použitím už zmienenej prinajmenšom trojkanálovej klasifikácie a klasifikácie podľa sivej stupnice.
5. 5. Spôsob podľa patentového nároku 4, vyznačujúci sa tým, že korigovaná matrica intenzity sa graduje gradovacou metódou, ktorá zohľadňuje tvary subjektu, aby sa zistili oblasti vytvárania a stanovená je ďalšia požiadavka na vybranú triedu klasifikácie, stanovujúca, že tvar obrazového prvku, ktorý sa má zaradiť do tejto f triedy musí patriť do oblasti vytvárania, ktorá spĺňa kritéria.