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专利号: 2022108975095
申请人: 扬州大学江都高端装备工程技术研究所
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于多特征串行融合的菱种外观品质分级方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1)采集菱种图像,通过工业相机采集菱种三个角度的图像信息;

步骤1)具体包括:以菱种的重心为原点,三个相机分别位于空间直角坐标系的x轴、y轴和z轴上,镜头与菱种的距离相同,其中A侧为菱种的侧脊面、B侧为菱种的腹部、C侧为菱种的长角端部;每个菱角分别采集A、B、C三侧的图像;

步骤2)菱种图像预处理;

步骤3)提取菱种三特征,包括几何特征数据提取、畸变特征数据提取和纹理特征提取;

步骤3)中所述畸变特征数据提取包括:在菱种的A侧和B侧投影图像中,提取菱种图像边界轮廓,确定该图像的形心,过形心做一条与菱种长轴相垂直的直线L,即把菱种图像轮廓分为左右两边,同理,在菱种的C侧投影图像中,过形心做一条与菱种短轴相垂直的直线,同样将C侧投影图像分为左右两边,过直线L在图像上界和下界之间的每个像素点做一条与L垂直的直线li,这些直线分别与菱种投影图像轮廓的左右两边各有交点,坐标分别是(xi,hi)和(yi,hi),而对应直线L的像素点为(oi,hi),则A侧畸变量rA的计算公式为:其中,n为直线L在图像上界和下界之间的像素点的个数;

菱种B侧和C侧的畸变量rB和rC在对应投影图像上同样由式(2)所求出,则该菱种的畸变量r的计算公式为:其中,rA为菱种A侧畸变量,rB为菱种B侧畸变量,rC为菱种C侧畸变量;

步骤4:特征融合与分类识别。

2.根据权利要求1所述的基于多特征串行融合的菱种外观品质分级方法,其特性在于,步骤3)中所述几何特征数据提取包括:对获取的菱种三角度图像分别运用开运算,先进行腐蚀运算,再进行膨胀运算,消除图像的噪声,并消除尖角对后期矩形拟合的影响;对去噪后的二值图利用Sobel边缘检测算法提取光滑、连续的菱种主体边缘;

利用OpenCV开源图像处理函数对轮廓进行最小矩形拟合,每个菱种分别获得三个主体轮廓外接矩形,其中A侧外接矩形长LA、宽WA,B侧外接矩形长LB、宽WB,C侧外接矩形长LC、宽WC,近似认为LA=LB、WA=LC、WB=WC,因此菱种主体外接最小长方体体积V:V=LA×LC×WB                           (1)。

3.根据权利要求1所述的基于多特征串行融合的菱种外观品质分级方法,其特性在于,步骤3)中所述纹理特征提取包括:提取菱种图像中的灰度共生矩阵,通过计算其能量、对比度、熵和逆方差来实现纹理特征的描述;

1)能量:通过计算灰度共生矩阵元素值的平方和,表示图像灰度分布的均等程度和纹理粗细程度,计算公式为:其中,P(i,j)是指归一化后的灰度共生矩阵,i和j分别是共生矩阵的第i行第j列元素的值;

2)对比度:反映矩阵中数值的分布和局部变化程度,表示图像清晰程度和纹理深浅,计算公式为:其中,P(i,j)是指归一化后的灰度共生矩阵,i和j分别是共生矩阵的第i行第j列元素的值;

3)熵:反映图像中信息随机程度的度量,表示图像空间中灰度的复杂程度,计算公式为:其中,P(i,j)是指归一化后的灰度共生矩阵,i和j分别是共生矩阵的第i行第j列元素的值;

4)逆方差:反映纹理的清晰程度和规则程度,计算公式为:

其中,P(i,j)是指归一化后的灰度共生矩阵,i和j分别是共生矩阵的第i行第j列元素的值;通过计算上述参数值,实现了菱种纹理特征数据的提取。

4.根据权利要求1所述的基于多特征串行融合的菱种外观品质分级方法,其特性在于,所述步骤4)具体包括:对菱种几何特征、畸变特征和纹理特征三类特征的值进行归一化处理,采用离差标准化的方式进行归一化处理,将原始数据映射到[0,1]区间内;

归一化公式如下:

其中,maxM为特征向量中元素的最大值,minM为特征向量中元素的最小值,m为特征向量中的元素,m′为归一化后的元素,则归一化后的特征向量表示为M′;

将菱种几何特征、畸变特征和纹理特征经过式(8)进行归一化处理,再通过串行融合的方式进行特征融合,则串行融合后的菱种特征向量表示为F=[V′,R′,W′],其中,V′为归一化后的几何特征向量,R′为归一化后的畸变特征向量,W′为归一化后的纹理特征向量;

分类识别过程分为四个部分:首先,将训练样本中的菱种分为四种品质等级,分别是一等菱、二等菱、三等菱和四等菱,将对应的菱种样本标注标签;其次,对预处理后的菱种图像分别提取几何特征、畸变特征和纹理特征,经归一化后将三种特征串行融合成所需的分类特征;然后,将融合后的分类特征和对应标签作为训练集输入进SVM分类器中,使用多类分类方法进行训练;最后,得出训练后的分类模型,将训练集经过预处理、特征提取和特征融合后输入训练完毕的分类模型中,即可输出对应的菱种品质等级标签,完成菱种的多品质分级输出。