一种耐火砖几何尺寸测量方法技术

本发明专利技术公开了一种耐火砖几何尺寸测量方法，包括对原始耐火砖彩色图像滤波降噪，获得降噪后图像；在降噪后图像中，分割出耐火砖区域，获得耐火砖图像；对耐火砖图像进行形态学处理，使耐火砖图像边缘平滑过渡，并去除耐火砖图像边缘处的孤立点噪声，获得修正后耐火砖图像；用Canny算子对修正后耐火砖图像进行边缘检测；使用Hough变换方法和K均值方法提取耐火砖外形直线，形成耐火砖的外轮廓。本发明专利技术提供了一种效率和精度均提高的耐火砖几何尺寸测量方法。

A method for measuring the geometric size of refractory bricks

The invention discloses a method for measuring the geometric dimension of refractory bricks, which includes filtering and denoising the original color image of refractory bricks, obtaining the denoised image, segmenting the refractory bricks region and obtaining the refractory bricks image in the denoised image, morphological processing of the refractory bricks image to smooth the transition of the refractory bricks image edge, and removing the noise. In addition to the outlier noise at the edge of the refractory brick image, the modified refractory brick image is obtained; the modified refractory brick image is detected by Canny operator; the straight line of the refractory brick shape is extracted by Hough transform method and K-means method to form the outline of the refractory brick. The invention provides a method for measuring the geometric size of refractory bricks with improved efficiency and accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种耐火砖几何尺寸测量方法
本专利技术涉及一种耐火砖几何尺寸测量方法。
技术介绍
耐火砖是一种用耐火黏土或其他耐火原料烧制呈的定型耐火材料，主要用于砌冶炼炉或钢水包，能耐1580℃-1770℃的高温。在耐火砖的生产线上，产品下线装箱之前，长期以来都是依靠人工使用卷尺手动测量，测量结果准确性不高，容易出现误判，若个别不良品混入整批成品中，会给工厂带来严重经济损失，甚至严重影响钢铁的生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种效率和精度均提高的耐火砖几何尺寸测量方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种耐火砖几何尺寸测量方法，包括以下步骤：步骤1：对原始耐火砖彩色图像滤波降噪，获得降噪后图像；步骤2：在降噪后图像中，分割出耐火砖区域，获得耐火砖图像；步骤3：对耐火砖图像进行形态学处理，使耐火砖图像边缘平滑过渡，并去除耐火砖图像边缘处的孤立点噪声，获得修正后耐火砖图像；步骤4：用Canny算子对修正后耐火砖图像进行边缘检测；步骤5：使用Hough变换方法和K均值方法提取耐火砖外形直线，形成耐火砖的外轮廓，包括以下步骤：步骤5-1：采用Hough变换方法对边缘检测后的耐火砖外形直线检测拟合出多条直线，使用极坐标系来表示直线，则有：xcosθ+ysinθ＝ρ(3-23)将ρθ参数空间划分为累加单元，其中(ρmin,ρmax)和(θmin,θmax)参数范围为：-90°≤θ≤90°和-D≤ρ≤D，其中D是图像对角的最大距离；步骤5-2：给定样本集D＝{x1,x2,…,xm}，k均值方法针对聚类所得簇C＝{C1,C2,…,CK}划分最小化平方误差，其中，k为聚类簇数；Ci为簇；是簇Ci的均值向量，1≤i≤k；E为间隔距离。步骤5-3：结合Hough变换方法和K均值方法，从多组交点随机选取交点定义为聚类中心，将同一条边作为一个种类提取一条直线，直至提取耐火砖的四条边出来；步骤6：求取耐火砖外形直线交点，两点之间距离为耐火砖的外形几何尺寸。进一步，步骤1中采用双边滤波降噪，双边滤波的计算公式为：其中，k用来对结果进行单位化，c为基于空间距离的高斯权重，s为基于像素间相似程度的高斯权重，f(ε)为当前像素。进一步，步骤2中使用灰度化和Ostu二值化分割出耐火砖区域，包括以下步骤：步骤2-1：将耐火砖彩色图像中的RGB三分量亮度求平均得到灰度值f(x,y)，根据灰度值得到耐火砖灰度直方图，其中，R(x，y)为红通道分量，G(x，y)为绿通道分量，B(x，y)为蓝通道分量；步骤2-2：根据耐火砖灰度直方图，将耐火砖灰度直方图的灰度间隔分为三类，根据类间方差获取最佳阈值：其中，为类间方差，k1,k2为预设的阈值，为最佳阈值。步骤2-3：根据最佳阈值对耐火砖灰度图分割。进一步，步骤3中，形态学处理包括对耐火砖图像进行开运算和闭运算，进行开运算去除孤立点噪声；进行闭运算使耐火砖图像边界平滑。进一步，步骤4中边缘检测的方法包含以下步骤：步骤4-1：用高斯平滑函数对修正后耐火砖图像滤波，令修正后耐火砖图像为f(x,y)，高斯函数为G(x,y)，平滑后的图像为fs(x,y)，则fs(x,y)＝G(x,y)*f(x,y)；步骤4-2：计算梯度幅值图像M和角度幅值图像θ，其中，Gx表示水平方向的梯度幅值分量，Gy表示垂直方向的梯度幅值分量；步骤4-3：对梯度幅值图像M进行非极大值抑制：在梯度方向，在每一点上，领域的中心像素f(x,y)与沿着梯度线的两个相邻像素相比，若f(x,y)的梯度值小于或等于沿梯度线的两个相邻像素的梯度值，则令f(x,y)＝0；步骤4-4：采用双阈值检测并连接边缘，以高阈值图像为基础，以低阈值图像为补充来连接图像边缘。本专利技术相比现有技术优点在于：1、采用滤波降噪、阈值分割获取耐火砖区域、形态学处理以消除耐火砖图像孤立噪声，平滑边界，再对耐火砖外形直线检测，能准确地得到耐火砖外形轮廓。2、引入了统计方法即K均值机器学习方法，与传统的Hough变换方法结合得到耐火砖外形几何尺寸，精度和计算效率明显提高。3、采用双边滤波，对耐火砖边缘细节保存最好，且降噪效率高。4、利用灰度化和Ostu(大津方法)确定待测物体区域不但有利于精确地分析待测量物体的外形尺寸，也有利于缩小图像处理范围，提高方法效率。5、采用Canny算子对边缘检测，具有低错误率、边缘点被很好地定位及单一的边缘点响应优点。附图说明图1是将耐火砖从背景中分割出来形成的耐火砖图像。图2是对耐火砖图像进行形态学操作前后的图像，(2a)是对耐火砖图像形态学操作前的图像，(2b)是对耐火砖图像形态学操作后的图像。图3是修正后耐火砖图像边缘拟合后的示意图。图4为经过Hough变换方法拟合出的多条直线。图5为耐火砖外形尺寸。图6是耐火砖划痕提取结果图。图7是深度缺陷测量得到的示意图。图8是图像采集模块示意图。图9是耐火砖测量装置示意图。图10是耐火砖测量系统流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。实施例1如图1-5所示，一种耐火砖几何尺寸测量方法，包括以下步骤：步骤1：对原始耐火砖彩色图像滤波降噪，获得降噪后图像；步骤2：在降噪后图像中，分割出耐火砖区域，获得耐火砖图像；步骤3：对耐火砖图像进行形态学处理，使耐火砖图像边缘平滑过渡，并去除耐火砖图像边缘处的孤立点噪声，获得修正后耐火砖图像；步骤4：用Canny算子对修正后耐火砖图像进行边缘检测；步骤5：使用Hough变换方法和K均值方法提取耐火砖外形直线，形成耐火砖的外轮廓，包括以下步骤：步骤5-1：考虑xy平面上的一个点(x,y)和斜截式表达式为y＝ax+b的一条直线，使用极坐标系来表示直线，则有：xcosθ+ysinθ＝ρ(3-23)每条正弦曲线表示通过xy平面中一个特殊点(xk,yk)的一簇直线。霍夫变换将ρθ参数空间划分为所谓的累加单元，其中(ρmin,ρmax)和(θmin,θmax)是所期望的参数范围，-90°≤θ≤90°和-D≤ρ≤D，其中D是图像对角的最大距离。位于坐标(i,j)处的单元具有累加值A(i,j)，它对应于与参数空间坐标(ρi,θj)相关联的正方形。开始将这些单元初始化为0。然后，对于xy平面中的每个非背景点(xk,yk)，令θ等于θ轴上每个允许的细分值，同时使用方程ρ＝xkcosθ+yksinθ解除对应的ρ。对ρ进行四舍五入，得到沿轴的最接近的允许单元值。若选择一个θp值得到的解ρq，则令A(p,q)＝A(p,q)+1。此过程结束后，A(i,j)中的值P将意味着xy平面中有P个点位于直线xcosθj+ysinθj＝ρj上。ρθ平面中的细分数量决定了这些点的共线性的精度。步骤5-2：给定样本集D＝{x1,x2,…,xm}，k均值方法针对聚类所得簇C＝{C1,C2,…,CK}划分最小化平方误差其中，k为聚类簇数；Ci为簇；是簇Ci的均值向量，1≤i≤k；E为间隔距离。在一定程度上簇内样本围绕簇均值向量的紧密程度，E值越小，则簇内样本相似度越高。步骤5-3：结合Hough变换方法和K均值方法，从多组交点随机选取交点定义为聚类中心，将同一条边作为一个种类提取一条直线出来,直至提取耐火砖的四条边，四条边即为耐火砖的外形尺寸，如图5所示。步骤6：求取耐火砖外形直线交点，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐火砖几何尺寸测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对原始耐火砖彩色图像滤波降噪，获得降噪后图像；步骤2：在降噪后图像中，分割出耐火砖区域，获得耐火砖图像；步骤3：对耐火砖图像进行形态学处理，使耐火砖图像边缘平滑过渡，并去除耐火砖图像边缘处的孤立点噪声，获得修正后耐火砖图像；步骤4：用Canny算子对修正后耐火砖图像进行边缘检测；步骤5：使用Hough变换方法和K均值方法提取耐火砖外形直线，形成耐火砖的外轮廓，包括以下步骤：步骤5‑1：采用Hough变换方法对边缘检测后的耐火砖外形直线检测拟合出多条直线，使用极坐标系来表示直线，则有：xcosθ+ysinθ＝ρ将ρθ参数空间划分为累加单元，其中(ρmin,ρmax)和(θmin,θmax)参数范围为：‑90°≤θ≤90°和‑D≤ρ≤D，其中D是图像对角的最大距离；步骤5‑2：给定样本集D＝{x1,x2,…,xm}，k均值方法针对聚类所得簇C＝{C1,C2,…,CK}划分最小化平方误差，

【技术特征摘要】
2018.03.14 CN 20181020872771.一种耐火砖几何尺寸测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对原始耐火砖彩色图像滤波降噪，获得降噪后图像；步骤2：在降噪后图像中，分割出耐火砖区域，获得耐火砖图像；步骤3：对耐火砖图像进行形态学处理，使耐火砖图像边缘平滑过渡，并去除耐火砖图像边缘处的孤立点噪声，获得修正后耐火砖图像；步骤4：用Canny算子对修正后耐火砖图像进行边缘检测；步骤5：使用Hough变换方法和K均值方法提取耐火砖外形直线，形成耐火砖的外轮廓，包括以下步骤：步骤5-1：采用Hough变换方法对边缘检测后的耐火砖外形直线检测拟合出多条直线，使用极坐标系来表示直线，则有：xcosθ+ysinθ＝ρ将ρθ参数空间划分为累加单元，其中(ρmin,ρmax)和(θmin,θmax)参数范围为：-90°≤θ≤90°和-D≤ρ≤D，其中D是图像对角的最大距离；步骤5-2：给定样本集D＝{x1,x2,…,xm}，k均值方法针对聚类所得簇C＝{C1,C2,…,CK}划分最小化平方误差，其中，k为聚类簇数；Ci为簇；是簇Ci的均值向量，1≤i≤k；E为间隔距离；步骤5-3：结合Hough变换方法和K均值方法，从多组交点随机选取交点定义为聚类中心，将同一条边作为一个种类提取一条直线，直至提取耐火砖的四条边出来；步骤6：求取耐火砖外形直线交点，两点之间距离为耐火砖的外形几何尺寸。2.根据权利要求1所述的一种耐火砖几何尺寸测量方法，其特征在于：步骤1中采用双边滤波降噪，双边滤波的计算公式为：其中，k用来对结果进行单位化，c为基于空间距离的高斯权重，s为基于像素间...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹衍龙，张远松，杨将新，王敬，孙安顺，董献瑞，
申请(专利权)人：浙江大学山东工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37