基于計算機視覺的珍珠大小檢測系統

程穎 鄧飛 潘方琴

摘 要

我國是珍珠生產大國，對珍珠按照大小進行分揀，可以提高珍珠的價值，具有很強的市場價值。傳統的人工測定方法存在效率較低、可重復性差等缺點。本文利用計算機視覺技術，以.Net為開發工具，以Emgucv為圖像處理平臺，設計并實現了一套具備檢測珍珠大小和面積的功能的珍珠大小檢測系統。在一定程度上克服人工檢測的缺點，可應用于珍珠分揀領域。

關鍵詞

Emgucv ;計算機視覺;珍珠檢測

中圖分類號： G01N21/87 ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 16

0 引言

我國是世界上最大的珍珠生產國，珍珠已經發展成為一個極大的產業。珍珠的大小是判斷珍珠價值的判斷標準之一，也是與珍珠質量相關的一個的參數。根據大小對珍珠分類，可以在一定程度上提高珍珠的價值[1]。目前，珍珠分選過程除了其初期大小的分選采用機械平面篩選外，大部分依靠人工作業[2]。但是人工作業人力成本高、長期用眼導致工作效率下降等缺點，通過計算機視覺，實現珍珠大小的自動判斷，可以提高工作效率。

1 本文的研究內容

本文通過計算機視覺技術，對珍珠圖像進行預處理將珍珠從背景圖像中分離，并測量出珍珠的面積和長短軸。首先過濾掉圖像的背景，然后通過輪廓提取得到珍珠的邊緣部分，再得到像素點的個數，得出在圖像中珍珠面積和長短軸所對應的像素值。同時在獲取圖像時，放置一個已知大小的硬幣作為參照物，結合珍珠在圖像上的像素值，計算出珍珠的實際面積和長短軸。本文采用EmguCV作為圖像處理的開發包。

對于珍珠的面積，本文采用圖像中拍攝的珍珠的像素點數量進行衡量。而對于長短軸，由于珍珠可能是一個不規則的物體，長短軸并沒有一個準確的定義[3-4]。本文的處理方式在圖像上的珍珠上繪制出一個包圍珍珠的最小矩形，這個矩形的長短軸就是這個珍珠的長短軸，如圖1所示。

2 圖像的預處理

本文在加載圖像后，首先將彩色圖像轉換為灰度圖像，然后進行圖像去噪，之后進行二值化，其流程圖2所示。

在二值化的方法中，比較常用的二值化方法有以下幾個：OTSU法、P參數法、迭代法、雙峰法等，本文選擇是otsu算法進行二值化，得到圖4。

圖3左上角第一顆珍珠，在經過二值化后珍珠圖像變成了只有黑白兩色，效果如圖5所示。

3 珍珠的提取與檢測

3.1 珍珠和參照物

因為選擇的圖片是珍珠顏色和背景顏色差別較大的圖片，所以在經過上面的圖像處理后珍珠與背景會完全分開，分別呈現為白色和黑色。在這里則使用輪廓提取函數FindContours找出珍珠和參照物的輪廓。

圖7為圖5進行輪廓提取后得到的圖像。二值化的珍珠，在經過輪廓提取后只剩下珍珠的邊緣部分。

3.2 繪制最小矩形

本文選擇的是使用最小矩形的方式計算珍珠的長短軸。

EmguCV庫中有名為MinAreaRect函數，該函數可以將根據提取出來的輪廓頂點自動尋找出包圍這個輪廓的最小矩形。

在繪制最小矩形時，系統會是通過計算之前經過輪廓提取后所得到的圖像輪廓點集，來獲取矩形點集，在使用GetVertices（）函數得到矩形的四個頂點。即可計算出珍珠的長短軸。再使用Line函數將矩形繪制在圖片上。

各個珍珠的面積，長短軸和坐標點的像素值是在這個階段得到的。

如圖9為在圖7的基礎上繪制的最小矩形，在珍珠的邊緣部分繪制上了一個矩形

3.3 計算面積和長短軸

珍珠面積的計算：在進行圖像輪廓提取后，使用EmguCV中自帶的ContourArea函數計算面積，該函數能自動求出輪廓所包含的像素點。

珍珠長短軸的計算：在進行圖像輪廓提取后，使用EmguCV中自帶的ContourArea函數計算包圍該輪廓的最小矩形，這個矩形的長短軸的像素點數認作是珍珠的長短軸。

計算結果會按照比例尺進行計算，得出珍珠的實際面積和長短軸。本文選擇的是第六套5角錢硬幣，面積約為329.9mm2，直徑為20.5mm。計算結果保存在珍珠結構體數組中，并會在打開的圖片上顯示出計算結果，上面的數值為長軸，下面的數值為短軸。效果如圖10所示。

4 結論

本文從珍珠圖片中提取出了珍珠，計算出了圖片中珍珠的個數，接著采用圖像處理技術和形態學相關知識，描繪出每顆珍珠的輪廓。然后從輪廓圖的基礎上，對珍珠進行標記，繪制出了包圍珍珠的最小矩形，繼而算出單個珍珠所占像素點的個數。接著在原圖的基礎上，提取參照物像素值，再計算比例尺，結合之前每顆珍珠所占的像素點數算出珍珠的實際面積和長短軸，從實際比較結果中可以知道本文的算法是可行的。

目前的程序還只能處理一些特定的珍珠圖片（背景顏色與珍珠顏色的灰度值需要有一定差別），珍珠圖片來源于本地，需要用戶拍攝后保存到本地電腦才能使用。有參照物條件下參照物必須放在圖片右下角。還有就是珍珠放置的時候需要分開擺放，不能有重疊，否則會影響到珍珠的檢測結果。

參考文獻

[1]戴銀根，羅潔.中國淡水珍珠產業現狀與對策研究[J].中國水產，2006（7）：12-13.

[2]鄭華文，曹衍龍，楊將新.基于計算機視覺的珍珠形狀分級識別技術研究[J].工程設計學報，2008，15（5）：365-368.

[3]李革，李斌，王瑩等.珍珠形狀的計算機視覺識別[J].農業機械學報，2008， 39（7）：129-132.

[4]林開顏，吳軍輝，徐立鴻.基于計算機視覺技術的水果形狀分級方法[J].農業機械學報，2005，36（6）：71-74.