基于 Hough变换的纸病检测分析

王勇军 陈文凯 熊智新 胡慕伊

(南京林业大学江苏省制浆造纸科学与技术重点实验室,江苏南京,210037)

基于 Hough变换的纸病检测分析

王勇军 陈文凯 熊智新 胡慕伊

(南京林业大学江苏省制浆造纸科学与技术重点实验室,江苏南京,210037)

褶子是纸病的一种,通常采用对纸病图像进行预处理、阈值分割等常规方法来检测褶子,但常规方法对不连续的褶子检测效果不是很明显,本研究提出了一种基于 Hough变换的褶子检测方法。

Hough变换;边缘检测;褶子;纸病

纸张在生产过程中,由于设备磨损、生产原料质量和环境污染、操作等原因,会造成一些外观纸病[1],褶子就是纸病的一种。褶子主要是由于纸页在运行过程受到的张力不均匀和本身收缩不一致造成的[2]。现在从图像中提取纸病特征可以通过两个不同的途径实现,即提取纸病边缘特征和提取纸病特征区域,但这种常规方法对褶子检测的效果不是很理想。

本研究提出一种基于 Hough变换的褶子检测方法。经典 Hough变换方法是利用图像全局特征而直接检测目标轮廓,在预先知道区域形状的情况下,可以方便地得到边界曲线而将不连续的边缘像素点连接起来,并可以直接分割出某些已知形状的目标。本课题直接运用 Hough变换的原理,通过分析 Hough变换空间来检测纸病图像中的褶子。

1 Hough变换原理

如图1所示,在图像空间 x-y中,所有过点 (x,y)的直线都满足方程

式中,参数 p和 q分别表示斜率和截距。如果已知参数值,则该点坐标之间的关系即可确定。把上述方程重新表示为

假定 p和 q是人们感兴趣的变量,而 x和 y是参数,则式 (2)表示的是参数空间 p-q中过点 (p,q)的 1条直线,斜率和截距由参数 x和 y决定。因此图像空间 x-y里的 1条直线与参数空间 p-q里的 1点有着一一对应的关系,这种关系称为 Hough变换。同理,参数 p-q里的 1条直线和图像空间 x-y里的 1点也是一一对应的[3]。

参数空间曲线的形状取决于用于表示曲线的原始函数。但当直线L的斜率为无穷大时,参数空间就无法表示。为了解决这个问题,可以用直线的法向参数来描述直线,即

式中,ρ是直角坐标系的原点到直线 L的距离,θ是直线L的垂线与 x轴的夹角。

2 实验结果与分析

本研究所用的图像是在透射光照条件下,DVT Legend530智能图像处理器 (以 CCD为核心)拍摄的低定量涂布原纸褶子图像,大小为 640×480,如图2所示,图3是褶子的灰度直方图。从图3可看出,图像的灰度范围比较集中,目标的灰度与背景的灰度差别不大,根据灰度进行阈值运算无法对目标进行分割。

由于褶子处有较明显的灰度阶跃,因此可采用边缘检测的方法来对图像进行初步分割,经过实验,使用 prewitt算子所得到的图像边缘比较完整,如图4所示。

在图4中,除了目标褶子,还有许多毛刺状小区域形成对目标的干扰,而且褶子也不是连续的,即便使用数学形态学及滤波运算相结合的方法反复处理,最优的处理结果如图5所示。从图5可看出,褶子仍是断开的,加上未能去除的噪声,共有 21块小区域,此时对这 21个区域分别求特征值,不仅计算量大,而且对图像理解也无多大意义。

判断目标区域是否是褶子的常规思路是计算该区域的长宽比,上述使用数学形态学及滤波运算对图像进行反复处理,即是出于这方面的考虑。

实际上,并不一定需要算出区域的长宽比才能判断目标区域是否为褶子,应用 Hough变换可以完全避开上述图像处理的种种难点,且更好地实现这一判断。直接对图4进行Hough变换,可得到如图6所示的 Hough变换空间。

该变换空间的横轴表示变换原图中直线与水平线所成的倾斜角度,纵轴表示直线到同一特定点的垂直距离。变换空间中的点在横轴上距离越近,表示变换原图中线之间的角度也越相似;在纵轴上距离越近,则表示变换原图中线到同一特定点的距离越接近。由于图4中的褶子并不是直线,因此变换空间里也不是一个孤点,而是小块的区域,从变换空间可得出这样的信息:变换原图中有几段倾斜角度大概为 80°,位置上较接近的近似线状目标,与实际基本相符,这样就可达到检测褶子的目的。

用其他的褶子纸样进行实验,均能获得准确的检测结果,说明该算法用于褶子检测是稳定可行的。将该算法应用于实验室的纸病检测系统,见图7。

实验结果显示,在定性检测方面,该算法可以很好地识别出褶子纸病;在定量检测方面,对褶子相对较连续平直的纸样,应用该算法可以较准确地检测出褶子的长度,对褶子有明显拐点的纸样,该算法可分段提取出褶子的长度信息。总体上讲,该算法不仅运算量小,检测准确快速,而且受噪声和边界间断的影响几乎可以忽略,具有非常好的鲁棒性。

图7 纸病检测系统主界面

3 结 语

针对褶子纸病图像特征提取中遇到的一些困难,本研究提出一种基于 Hough变换的图像特征提取方法,通过分析 Hough变换空间,可得出样品中褶子的大致长度信息,与形态特征、灰度特征、纹理特征等常规图像特征提取方法相比,该方法在褶子纸病检测应用中效果更好。

本研究的算法是空域分析方法,今后可尝试应用诸如 Gabor变换、小波变换、小波包等频域分析方法,或采用空域分析与频域分析相结合的方法,这也是今后纸病检测研究的趋势之一。

[1] 关健华.全幅纸病检测技术及在造纸中的应用[J].中国造纸,2000,19(6):32.

[2] 刘 华,王金乐.常见纸病及检测技术[J].印刷质量与标准化,2007(5):22.

[3] 杨四海,陈锻生,谢维波.Hough变换的特性分析:一种全局观点[J].计算机辅助设计与图形学学报,2006,18(8):1197.

[4] 董 梁.基于 Hough变换的图像边缘连接[J].现代电子技术,2008(18):149.

[5] 朱 娟,刘艳滢,王延杰.一种基于 Hough变换的检测算法[J].微电子学与计算机,2008,25(12):61.

W eb I nspection Based on Hough Transform

WANG Yong-jun CHEN Wen-kai XIONG Zhi-xin HU Mu-yi＊
(Jiangsu Provincial Key Lab of Pulp and Paper Science and Technology,Nanjing Forest University,Nanjing,Jiangsu Province,210037)

Goffer is one of the web flawswhich are usually detected by filtering,denoising and edge detection.But the common methods are not effective particular to the non-continuity gofers.In this paper a method based on Hough transform is proposed to inspect the goffer.

Hough transfor m;edge detection;goffer;paper flaw

TS736+.2

A

0254-508X(2010)03-0059-03

王勇军女士,在读硕士研究生;研究方向:制浆造纸装备与控制、图像处理等。

(＊E-mail:muyi_hu@njfu.com.cn)

2009-10-22(修改稿)

本项目为江苏省制浆造纸科学与技术重点实验室开放基金项目(200909)。

(责任编辑:常 青)