基于CV模型和数学形态学的木材表面缺陷分割方法.pdf

第2 4 卷第5 期机电产品开簋与纠新 V 0 1 2 4 N o 5 兰Q 生里旦里 竺竺 苎生 竺 堡 兰竺竺 竺竺 塑 苎 壁 堡曼 巳 呈Q 文章编号 1 0 0 2 6 6 7 3 2 0 11 0 5 0 7 5 0 3 基于C V 模型和数学形态学的木材表面缺陷分割方法 白雪冰 王再尚 东北林业大学 黑龙江哈尔滨1 5 0 0 4 0 摘要 根据木材表面缺陷图像的特点 结合主动轮廓线模型的优点 应用C V 模型对木材表面缺陷图像 进行分割 并利用数学形态学对分割图像进行后处理 经实验验证 该方法能较完整的提取木材 表面缺陷图像 关键词 图像分割 木材表面缺陷 C V 模型 形态学 中图分类号 T P 3 9 1 9文献标识码 A d o i l O 3 9 6 9 j is s n 1 0 0 2 6 6 7 3 2 0 1 1 0 5 0 3 2 S e g m e n t a t io nM e t h o do fT im b e rS u r f a ceD e f e ct sB a s e do nC VM o d e la n dM a t h e m a t ica lM o r p h o l o g y B AIX u e B m g W AN Gg a i S h a n g N o r t h e a s tF o r e s t r yU r t iv e m t y H a r b inH e il o n g iia n g1 5 0 0 4 0 C h in a A b s t r a ct I ts e g T n e n Bt h eim a g eo ft h ed e f e cto nt h et im b e rs u r f a ceb ya p p l y in gt h eC VM o d e l a cco r d in gt ot h ech a r a ct e r is t icso ft h eim a g e s o ft h ed e f e cto nt h et im b e rs t l r f a cea n dco m b in in g id lt h ea d v a n t a g e so fG e o m e m cA ct iv eC o n t o u rM o d e l A n dt h e nim e m e n ta p o s t p r o ce s s in gt Ot h eim 孵鹊d iv id e db yt a l d n ga d v a n t a g eo ft h em a t h e m a t ica lm o r p h o l o g y 脏e rt h ev e r if ica t io no ft h ee x p e r im e n t t h em e t h o d 锄e x t r a ctt h ein l a g e so ft h ed e f e cto nt h e 血l l b e rs u r f a cer e l a t iv e l yco m p l e t e K e yw o r d s il l l a g es e g m e n t a t io n t im b e rs u l 矗ced e f e ct C a M o d e l m o r p h o l o g y 0 引言I 木材是应用历史悠久的材料 至今在工业 农业和 日常生活中仍广泛应用 但自然生长的木材表面存在着 各种缺陷 如腐朽变色 虫眼 油脂 木节 裂缝等 I 会直接影响木材的加工 如果能对木材表面缺陷进行准 确的检测I q 可以有效的提高板材的利用率 目前 国内 外学者大多采用分水岭法 阈值法 人工神经网络等方I 法进行图像分割嗍 都取得了一定成果 本文根据木材表面缺陷的特点 采用基于几何轮廓l 线模型嗍的方法对其进行分割 几何轮廓线模型是以曲线 演化理论和水平集方法为理论基础 对结构复杂 拓扑 结构变化的图像分割效果很好 再结合数学形态学阎的方 法对分割图像进行后处理 取得了很好的效果 收稿日期 2 0 1 1 0 6 2 4 基金项目 黑龙江省自然基金项目 2 0 0 8 F 1 6 黑龙江省博 士后基金项目 L B H Q 1 0 1 6 0 作者简介 白雪冰 1 9 6 6 男 博士 教授 硕士生导 师 研究方向 图像处理与模式识别 自动控制 王再尚 1 9 8 7 男 吉林省德惠市人 硕士研究生 研究方向 图像处理与模式识别 1 几何轮廓线模型图像分割 1 1M u m f o r d S h a h 模型 D M u m f o r d 和J S h a I l 在1 9 8 5 年提出了M u m f o r d S h a I l 模型同 通过函数优化的方法进行图像处理 近年来 各国学者应用M u m f o r d S h a h 模型进行图像的分割 恢 复 去噪等方面取得大量成果 M u m f o r d S h a I l 模型的 能量方程 C o G a r gr a inF M G 0 C 1 r F M c J 眦I V G d 2 d x d y 入J n I C G d d x d y p l C I 式中 G 所得分割图像 Q 一图像定义域 入和旷 权数 且为正数 最小化此能量方程 即可求出边界C 0 1 2C V 模型 M u m f o r d S h a l l 模型过于复杂 计算量比较大 对此 C h a n 和V e s e 根据此模型进行了简化 提出无边缘主动轮 廓模型 cv 模型嘲 C V 模型的原理 设图像中各个平滑区域的灰度值 是固定常数 即区域R C D C 有G R a i 常数 所以将 能量函数P 最小化 即可得到最优边界C C V 模型 的能量方程 7 5 材造业信息化 F C CC o 2 v I C t t 6 c 十kJ c I G c F d x d y kJ c I G C d M x d y 2 式中 I C l 一曲线C 的长度 S C 一曲线C 内部区域 的面积 仙 v x h 一正权重系数 式中第3 项和第4 项 为保真项 只有当闭合活动轮廓线位于两个平滑区域的 边界C o 时 此两项和才能达到是小值n 1 3C V 模型的水平集解法 根据初使轮廓线C 构造符号函数6 0 有 co I 巾一 x y o 并设4 o in d is e C 0 机 o u t d is e C 0 将式 2 用水平集函数表达 F 币 CC I LJ 0 6 巾 I V 巾I d d y 7 n H 巾 d x d y 诚Jn I G C 阳 币 d x d y kJ l G 例2 1 一H q b d x d y 3 式中 H 由 单位阶跃函数 8 由 一一维D ir a c测 度函数 吣 等8 忙d 蔷 H 6 e 4 H 由 2 io 小 0 8 巾 2 4 由式 3 推导出以水平集表达的欧拉一拉格朗日方程 j 誓 m 肛V T 黯一地刊w 帆 2 5 巾 x y o 籼 x y 用半隐式方案把式 5 离散化 虢 哦 闪 1 一 岛 c 2 岛 c 1 6 Q c牡 丽赢 面 其中 n 一 0 一向前差分 向后差分 中心 差分 c o o 一当前零水平集内部图像和外部图像的灰度 平均值 正则化单位阶跃函数即可求得 i 盈 坐 卫堕堡 c 一 co 一 8 暑H 三 I H 复合运算 本文应用数学形态学对分割图像进行后处 理 2 1 平滑图像 基于形态学的滤波是一种非线性的滤波方法 对图 像平滑有很好的效果 开运算通常用于去除小的亮的细 节 而保留总体的灰度及大的亮度特征不变 闭运算用 于去除小的暗的细节 同时又保留相对的灰度特征不 变 因此 将开运处和闭运算进行各种组合 就可对图 像进行平滑滤波处理 2 2 图像填充 填充操作是形态学中一种常用操作 可以用来填充 图像里的 洞 但在填充之前 一定要确保图像的连 通性 所以可先进行膨胀操作 2 3 目标提取 将图像平滑之后的目标的二值图像与原图像相乘 就可得到分割目标的灰度图像 3 实验结果 为验证本文方法的有效性 选取了常见的三种木材 表面缺陷 虫眼 死结 活节进行分割实验 实验结果 如图1 3 所示 a 原图像 b 分割田倬 c 形态学后 d 目标图像 处理田像 固l 虫眼缺聃图像分箭结粜 够穆口囚 a 原图像 b 分割田像 c 彤态学后 d 目标图像 赴理田像 卜鲤9 口 综上所述 根据式 8 计算得出c 和e o 然后利用l a 原田像 迭代式 7 根据当前的c 和co 不断更新水平集函数l 机 直到找到最优边界c0 即完成图像分割m 2 篆篡兰 在 科 l数学形态学 是一门建立在集合论基础之上的学科 是几何形状分析和描述的有力工具 数学形态学有膨 b 分割圈像 c 形态学后 d 目标田锥 处理囝锥 圈3 活结缺陷图像分割结果 可以看出 对木材表面缺陷图像的分割 本文方法 可以得到不错的效果 4 结束语 本文应用C V 模型对木材表面 下转第1 0 0 页 制造业信息化 5 2 仿真分析 转速正给定U 和转速负给定一U 珊 叠加的结果使 得系统在前2 s 接受 1 0 V 电压 从2 s 开始接受一1 0 V 电 压 在1 8 时给电机加负载1 f z 4 5 N m 2 的阶跃信号 运 行仿真得到电机转速波形如图4 所示 豳4 转速波形图 从图像可以看出电动机具有较好的性能 快速性较 I 好 超调量较小 l s 时加上负载 系统动态降落较小 而且很快又恢复到稳定状态 2 s 时 在负给定的作用下 系统开始减速 下降到零后又进入反向运行状态 实现 了可逆运行 6 结论 本文采用工程设计法 设计了双闭环直流P W M M I 调速系统 并结合S im u l in k 实用工具对系统进行了仿 真 通过转速仿真图像可以直观的看到 系统能够实现 l 可逆运行 并具有较好的快速性 稳定性 准确性 而 且超调量满足设计要求 这就进一步验证了双闭环调速 系统的优越性 参考文献 l 张崇巍 等 运动控制系统 M 武汉 武汉理工大学出版社 2 0 0 4 2 1 杨怀林 基于M a t l a b S im u l in k 双闭环调速系统设计及仿真 J 佳木 斯大学学报 2 0 0 7 3 上接第7 6 页 的缺陷图像进行分割 后期处理采用 数学形态学的方法 实验效果理想 能够较完整的分割 出缺陷图像 边缘和纹理分割的比较清浙 没有出现过 分割和欠分割现象 为进一步实现木材表面缺陷的自动 检测与识别打下良好基础 参考文献 1 邹丽晖 白雪冰 图像分割技术在木材表面缺陷识别中的应用田 森林工程 2 0 0 7 2 章毓晋 图像分割f U 北京 科学出版社 2 0 0 1 3 贾永红 计算机图像处理与分析 M 武昌 武汉大学出版社 2 0 0 1 4 任继军 何明一 一种新的水平集图像分割方法田 计算机工程与 应用 2 0 0 7 5 1 蔡友杰 等 基于形态学的边缘检测f J l 计算机应用与软件 2 0 0 9 f 6 1 陈金男 基于水平集方法的图像分割研究 D 燕山大学 2 0 0 7 7 T o n yFC h a n L u minit sA V e s e A ct iv eC o n t o u r sW it h o u tE d g e s m I E E ET r a n s a ct io n sO nI m a g eP r o ce s s in g 2 0 0 1 8 杨青 等一 改进C V 模型的医学图像分割叽计算机工程与应用 2 0 1 0 9 1 阮秋琦 数字图像处理 M 1 北京 电子工业出版社 2 0 0 5 上接第1 0 2 页 一个重要工艺项目 它调节尤为重 要 要做到气流均匀 对吹针的吹口形状结构要有独特 的设计 调节项目有吹气气压 吹气延迟 吹气时间 它们之间调节有着密切的关系 也与型坯的形状和合模 时在模腔的中心位置有关 调节不好 容易使标签位置 移动或产生气泡 冷斑等现象 这需要在实际生产中积 累经验 掌握最佳的调节方法 在模具冷却方面 有了标签的影响 冷却水的温度 不能太低 因为标签是通过它的热熔胶粘剂与高温的型 坯充分熔结为一体的 模具的温度太低会直接影响标签 与产品的熔合程度 出现粘贴不牢固 也会使标签和模 腔内壁产生冷凝水珠 导致冷斑 气泡的产生 因此 在一定范嗣内 模温越高 对贴标越有利 但模温过 高 为了避免产品因冷却不足而导致变形 生产周期就 要调得比较长 影响生产效率 所以模具的冷却水道分 布要合理 使冷却效果尽可能均匀 尽量减少为贴标工 艺而提高冷却温度所造成对生产效率的影响同 3 结束语 与传统的丝网印刷 热转印 不干胶标签等工艺相 1 0 0 比 吹塑模内贴标工艺存在明显优势 标签与产品熔合 为一体 使产品具备有防水 防油 耐酸碱 耐摩擦 耐挤压等良好性能 手感平滑 外形美观 整体效果独 特 吹塑与贴标一次完成 无需再进行贴标或印刷过 程 减少设备投资 提高效率和效益 使用防伪印刷的 专用标签和加上独特贴标技术 防伪性能好等等四 但 由于工艺的复杂性 多变性 影响工艺的因素很多 对 设备要求和操作人员的技术掌握程度比较高 需要在生 产中不断摸索和总结 充分了解工艺的各个项目之间的 关系和影响 参考文献 l 王明华 模内贴标工艺技术研究田 机电信息 2 0