一种基于机器视觉的烟丝宽度测定方法技术

本发明专利技术涉及烟草加工技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的烟丝宽度测定方法，依次包括以下步骤：步骤S1、采集烟丝原始图像；步骤S2、对烟丝原始图像进行预处理；步骤S3、提取烟丝轮廓和烟丝骨架；步骤S4、对烟丝骨架上的每一个骨架点计算骨架点与烟丝轮廓上的所有轮廓点的欧氏距离并取最小值，并以骨架点为圆心、最小值为半径作圆，以烟丝骨架上的所有骨架点对应的圆直径作为宽度集合，计算宽度集合的平均值作为烟丝的宽度检测值。对烟丝骨架上的每一个骨架点与烟丝轮廓形成的烟丝宽度均进行检测，检测范围广且具有严格的客观性，能够更加客观、精确地测定烟丝的宽度。精确地测定烟丝的宽度。精确地测定烟丝的宽度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的烟丝宽度测定方法


[0001]本专利技术涉及烟草加工
，尤其涉及一种基于机器视觉的烟丝宽度测定方法。

技术介绍

[0002]烟丝是醇化后的片烟经松散回潮、切丝、烘丝等多道加工工序形成的，烟丝的长度、宽度等形态指标对烟支卷接质量、卷烟燃烧性能以及感官质量具有较大影响。在检测方面，研究人员开始将机器视觉用于烟丝形态指标检测，即先对烟丝分散开后采集图像，再通过图像传输和图像处理得到烟丝相关形态指标，如长度、宽度、卷曲度等，在图像处理中的技术环节包括图像预处理、背景分割、烟丝轮廓提取、烟丝中心线或骨架提取、指标检测等。
[0003]公布号CN110345874A的专利技术专利申请公开了一种基于机器视觉检测技术测量烟丝宽度的新方法，该方法主要是通过基于追踪的方法判断烟丝的局部特征获得烟丝中心线和骨架，通过设定宽度阈值，对中心线周围区域对称形成烟丝宽度测定候选框，对候选框内的烟丝宽度进行计算。该方法由于需要设置合适的宽度阈值范围，因此在烟丝宽度的测定上具有主观性，不能客观准确的反映烟丝的实际宽度，且系统过程繁琐。
[0004]公布号CN112330663A的专利技术专利申请公开了一种基于变径圆的计算机视觉烟丝宽度检测方法，该方法通过从烟丝骨架中心线一端开始，以一定步长做变径圆，当变径圆与烟丝轮廓相切时，则对应的变径圆的直径为烟丝的宽度。然而，在实际操作过程中，变径圆不能刚好达到这种相切关系，会与轮廓微相交，则会导致选取的变径圆直径不能精确测定烟丝的宽度。此外，该方法对烟丝宽度的检测需要从骨架中心线一端开始，因此仅对非闭合的烟丝图像有效，对于闭合形态烟丝(如环形烟丝)不能有效测定，且该方法在骨架中心点需要进行圆直径迭代计算，影响了系统效率。

技术实现思路

[0005]鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于机器视觉的烟丝宽度测定方法，能够更加客观、精确地测定烟丝的宽度。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种基于机器视觉的烟丝宽度测定方法，依次包括以下步骤：步骤S1、采集烟丝原始图像；步骤S2、对烟丝原始图像进行预处理；步骤S3、提取烟丝轮廓和烟丝骨架；步骤S4、对烟丝骨架上的每一个骨架点计算骨架点与烟丝轮廓上的所有轮廓点的欧氏距离并取最小值，并以骨架点为圆心、最小值为半径作圆，以烟丝骨架上的所有骨架点对应的圆直径作为宽度集合，计算宽度集合的平均值作为烟丝的宽度检测值。
[0008]优选地，在步骤S1中，将烟丝均匀分散放置于载物台上并用玻璃板压平后，使用摄像装置采集烟丝原始图像。
[0009]优选地，在步骤S2中，预处理包括高斯滤波降噪处理、背景分割和二值化。
[0010]优选地，在步骤S3中，对二值化的图像通过canny算子提取烟丝轮廓。
[0011]优选地，在步骤S3中，基于提取的烟丝轮廓图像，按Zhang
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Suen算法中的判定规则生成8邻域结构体检查表，并利用8邻域结构体对烟丝轮廓迭代腐蚀，提取出烟丝的伪骨架；对于常规形态的烟丝，伪骨架为真实的烟丝骨架；对于非常规形态的烟丝，对伪骨架的分支做判定和去除后得到真实的烟丝骨架。
[0012]优选地，在步骤S3中，非常规形态的烟丝包括非环形分叉烟丝和/或环形分叉烟丝。
[0013]优选地，在步骤S3中，对非环形分叉烟丝的伪骨架的分支做判定和去除的方法依次包括以下步骤：步骤a1、生成3
×
3像素结构体P，3
×
3像素结构体P中除P(3，3)的值为0外，其余像素值均为1；步骤a2、对非环形分叉烟丝的伪骨架图像中像素值为1的像素进行检索并提取像素值为1的像素周围的8邻域像素P0，计算P与P0的同位置乘积矩阵K，对矩阵K求和，记为Ks，若Ks≥3，则P0矩阵涵盖伪骨架分支节点J；步骤a3、将非环形分叉烟丝的伪骨架中含分支节点J位置分别置0，将非环形分叉烟丝的伪骨架分为三个部分，遍历所有部分骨架并计算对应长度，寻找出最短的分支并标记最短的分支的长度为Cmin，根据烟丝的宽度设定阈值R，若Cmin＞R，则保留最短的分支；若Cmin≤R，则对最短的分支置0，去除最短的分支。
[0014]优选地，在步骤S3中，对环形分叉烟丝的伪骨架的分支做判定和去除的方法依次包括以下步骤：步骤b1、对环形分叉烟丝的伪骨架进行图像孔洞填充，形成的图像矩阵与环形分叉烟丝的伪骨架求差，得到的差值矩阵为环形区域；步骤b2、对环形区域利用3
×
3像素结构体进行图像膨胀操作，3
×
3像素结构体的像素值均为1，通过canny算子提取膨胀后的环形区域的环形轮廓；步骤b3、生成3
×
3像素结构体P，3
×
3像素结构体P中除P(3，3)的值为0外，其余像素值均为1；步骤b4、对环形轮廓图像中像素值为1的像素进行检索并提取像素值为1的像素周围的8邻域像素P0，计算P与P0的同位置乘积矩阵K，对矩阵K求和，记为Ks，若Ks≥2，则P0矩阵涵盖伪骨架分支节点J；步骤b5、将环形轮廓中含分支节点J位置分别置0，将环形轮廓分为三个部分，遍历所有部分轮廓并计算对应长度，寻找出最短的分支并标记最短的分支的长度为Cmin，根据烟丝的宽度设定阈值R，若Cmin＞R，则保留最短的分支；若Cmin≤R，则对最短的分支置0，去除最短的分支。
[0015]优选地，在步骤S3中，对真实的烟丝骨架的不规则端口做切除处理。
[0016]优选地，在步骤S3中，对真实的烟丝骨架的不规则端口做切除处理的方法依次包括以下步骤：步骤c1、生成3
×
3像素结构体P，3
×
3像素结构体P中除P(3，3)的值为0外，其余像素值均为1；步骤c2、对真实的烟丝骨架图像中像素值为1的像素进行检索并提取像素值为1的像素周围的8邻域像素P0，计算P与P0的同位置乘积矩阵K，对矩阵K求和，若矩阵K求和值等于1，则去除对应的像素；步骤c3、设置检索次数阈值，重复步骤c2，对真实的烟丝骨架图像中像素值为1的像素循环剔除。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有显著的进步：
[0018]本专利技术的基于机器视觉的烟丝宽度测定方法，通过对烟丝骨架上的每一个骨架点计算骨架点与烟丝轮廓上的所有轮廓点的欧氏距离并取最小值，以骨架点为圆心、最小值为半径作圆，形成的圆直径作为宽度集合，最后计算宽度集合的平均值作为烟丝的宽度检测值。对烟丝骨架上的每一个骨架点与烟丝轮廓形成的烟丝宽度均进行检测，检测范围广且具有严格的客观性，能够更加客观、精确地测定烟丝的宽度。
附图说明
[0019]图1中，1a和1b分别是本专利技术实施例基于机器视觉的烟丝宽度测定方法中的烟丝原始图像和二值化图像示例。
[0020]图2中，2a、2b和2c分别是本专利技术实施例基于机器视觉的烟丝宽度测定方法中一种常规形态的烟丝的二值化图像、烟丝轮廓图像和烟丝伪骨架图像示例。
[0021本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的烟丝宽度测定方法，其特征在于，依次包括以下步骤：步骤S1、采集烟丝原始图像；步骤S2、对所述烟丝原始图像进行预处理；步骤S3、提取烟丝轮廓和烟丝骨架；步骤S4、对所述烟丝骨架上的每一个骨架点计算所述骨架点与所述烟丝轮廓上的所有轮廓点的欧氏距离并取最小值，并以所述骨架点为圆心、所述最小值为半径作圆，以所述烟丝骨架上的所有骨架点对应的圆直径作为宽度集合，计算所述宽度集合的平均值作为烟丝的宽度检测值。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的烟丝宽度测定方法，其特征在于，在所述步骤S1中，将烟丝均匀分散放置于载物台上并用玻璃板压平后，使用摄像装置采集烟丝原始图像。3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的烟丝宽度测定方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述预处理包括高斯滤波降噪处理、背景分割和二值化。4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的烟丝宽度测定方法，其特征在于，在所述步骤S3中，对二值化的图像通过canny算子提取烟丝轮廓。5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的烟丝宽度测定方法，其特征在于，在所述步骤S3中，基于提取的烟丝轮廓图像，按Zhang
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Suen算法中的判定规则生成8邻域结构体检查表，并利用8邻域结构体对烟丝轮廓迭代腐蚀，提取出烟丝的伪骨架；对于常规形态的烟丝，所述伪骨架为真实的烟丝骨架；对于非常规形态的烟丝，对所述伪骨架的分支做判定和去除后得到真实的烟丝骨架。6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的烟丝宽度测定方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述非常规形态的烟丝包括非环形分叉烟丝和/或环形分叉烟丝。7.根据权利要求6所述的基于机器视觉的烟丝宽度测定方法，其特征在于，在所述步骤S3中，对所述非环形分叉烟丝的伪骨架的分支做判定和去除的方法依次包括以下步骤：步骤a1、生成3
×
3像素结构体P，所述3
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3像素结构体P中除P(3，3)的值为0外，其余像素值均为1；步骤a2、对所述非环形分叉烟丝的伪骨架图像中像素值为1的像素进行检索并提取像素值为1的像素周围的8邻域像素P0，计算P与P0的同位置乘积矩阵K，对矩阵K求和，记为Ks，若Ks≥3，则P0矩阵涵盖伪骨架分支节点J；步骤a3、将所述非环形分叉烟丝的伪骨架中含分支节点J位置分别置0，将所述非环形分叉烟丝的伪骨架分为三个部分，遍历所有部分骨架并计算对应长度，寻...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁冉，徐玮杰，王戈，张鑫，戴泽元，杨凯，
申请(专利权)人：上海烟草集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：