基于虛擬儀器的計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)的研究

1、虛擬儀器結(jié)課報(bào)告 姓名：平兆娜專(zhuān)業(yè)：測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器 班級(jí)：2011-03-01 學(xué)號(hào)：S基于虛擬儀器的計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)的研究1 緒論1.1 機(jī)器視覺(jué)的發(fā)展趨勢(shì)機(jī)器視覺(jué)就是用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是指通過(guò)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品(即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種)將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專(zhuān)用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)；圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。機(jī)器視覺(jué)是一門(mén)新興的發(fā)展迅速的學(xué)科，計(jì)算機(jī)水平的飛速提高以及人工智能、并行處理和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等學(xué)科的發(fā)展，促進(jìn)了機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的實(shí)用化。

2、二十世紀(jì)八十年代以來(lái)，機(jī)器視覺(jué)的研究己經(jīng)開(kāi)始從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用：從簡(jiǎn)單的二值圖像處理發(fā)展到高分辨率多灰度的圖像處理；從一般的二維信息處理發(fā)展到三維視覺(jué)處理，處理模型和算法的研究取得了很大的進(jìn)展。目前，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)正在廣泛地應(yīng)用于視覺(jué)檢測(cè)和自動(dòng)化裝配等領(lǐng)域中。機(jī)器視覺(jué)的發(fā)展趨勢(shì)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：平臺(tái)發(fā)生變化傳統(tǒng)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是一種專(zhuān)用系統(tǒng)，具有為獲取和處理圖像專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的嵌入系統(tǒng)。這些系統(tǒng)有自己專(zhuān)用操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言。這種高度用戶(hù)化的方法使得早期的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)極其昂貴，并且難以使用。降低成本的方法之一就是采用開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)。近幾年己經(jīng)有基Windows的系統(tǒng)出現(xiàn)，一些專(zhuān)用技術(shù)己經(jīng)被基于Windows

3、 NT的板卡級(jí)系統(tǒng)所替代。更加靈活的軟件傳統(tǒng)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)令人望而生畏的地方就是編程十分困難，而且難以改動(dòng)。改變這一局面的方法就是使用更加容易掌握的編程工具，使用功能靈活的處理工具。人機(jī)界面更加友好Dos，UNIX和專(zhuān)用的操作系統(tǒng)都有其不同的界面，但通常都需要一個(gè)熟練的程序員來(lái)操作它們。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)向開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)靠攏和基于Windows的通用界面將使得系統(tǒng)更加友好，更加易于使用。在未來(lái)的幾年內(nèi)，隨著中國(guó)加工制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)于機(jī)器視覺(jué)的需求也逐漸增多；我國(guó)機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用狀況將由初期的低端轉(zhuǎn)向高端。與其他計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域一樣，視覺(jué)技術(shù)進(jìn)步非?？焱瑫r(shí)價(jià)格也在下降。由于機(jī)器視覺(jué)的介入，自動(dòng)化將朝著更智能、更

4、快速的方向發(fā)展。2軟件開(kāi)發(fā)工具LabV l Ew語(yǔ)言的簡(jiǎn)介21 虛擬儀器隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于PC的視覺(jué)系統(tǒng)更加趨于經(jīng)濟(jì)和實(shí)用。含MMX的高能Pentium處理器、堅(jiān)固的操作系統(tǒng)、PCI局部總線(xiàn)以及具有友好用戶(hù)接口的、基于虛擬儀器的圖像采集軟硬件使今天的視覺(jué)應(yīng)用系統(tǒng)的性能遠(yuǎn)非以往的系統(tǒng)所能比擬，而成本卻在不斷下降。在計(jì)算機(jī)圖像處理出現(xiàn)之前，圖像處理都是光學(xué)照像處理和視頻信號(hào)處理等模擬處理，伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)得到了長(zhǎng)足進(jìn)步，在靈活性、精度、調(diào)整和再現(xiàn)性方面都表現(xiàn)出了卓越的性能。在過(guò)去，PC視覺(jué)系統(tǒng)的建立是由系統(tǒng)集成人員、OEM和企業(yè)內(nèi)部的視覺(jué)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)組聯(lián)合完成，今

5、天，新的技術(shù)和基于虛擬儀器的圖像處理軟件使用戶(hù)在極低成本下就可開(kāi)發(fā)完成滿(mǎn)足大多數(shù)應(yīng)用要求的計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用系統(tǒng)。虛擬儀器視覺(jué)應(yīng)用系統(tǒng)能夠?yàn)樽詣?dòng)化系統(tǒng)提供過(guò)程監(jiān)視、信息集中和反饋控制，實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化與圖像處理系統(tǒng)則能夠利用濾波與分析技術(shù)進(jìn)行細(xì)胞數(shù)量、生物材料合格性等的測(cè)定。事實(shí)上，當(dāng)今的基于PC的視覺(jué)系統(tǒng)已能夠以前所未有的效率、靈活性、一致性、可靠性和數(shù)據(jù)吞吐能力執(zhí)行更加復(fù)雜的檢測(cè)任務(wù)。虛擬儀器實(shí)質(zhì)上是一種創(chuàng)新的儀器設(shè)計(jì)思想，而非一種具體的儀器。換言之，虛擬儀器的具體形式完全取決于實(shí)際的物理系統(tǒng)和構(gòu)成儀器數(shù)據(jù)采集單元的硬件類(lèi)型，但是有一點(diǎn)是相同的，那就是虛擬儀器離不開(kāi)計(jì)算機(jī)控制，軟件是虛擬儀器設(shè)計(jì)中

6、最重要的，也是最復(fù)雜的部分。作為一種新的儀器模式，虛擬儀器與傳統(tǒng)硬件化儀器相比較，主要有以下特點(diǎn)：1)功能軟件化2)功能軟件模塊化3)模塊控件化軟件開(kāi)發(fā)工具LabVlEW語(yǔ)言的簡(jiǎn)介4)儀器控件模塊化5)硬件接口標(biāo)準(zhǔn)化6)系統(tǒng)集成化7)程序設(shè)計(jì)圖形化8)計(jì)算可視化9)硬件接口軟件驅(qū)動(dòng)化虛擬儀器就是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，其功能由用戶(hù)設(shè)計(jì)和定義，具有虛擬儀器面板，其測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)，其實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能來(lái)模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種表達(dá)形式輸出檢測(cè)結(jié)果：利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處理；利用IO接口設(shè)備完成信號(hào)采集、測(cè)試及調(diào)理，

7、從而完成各種測(cè)試功能。2.2虛擬儀器軟、硬件系統(tǒng)介紹數(shù)字圖像處理是視覺(jué)系統(tǒng)的關(guān)鍵，在虛擬儀器系統(tǒng)中，這一切是通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的。目前國(guó)內(nèi)外使用最為廣泛的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)是NI公司的LabVIEW和LabWindows/CVI，而基于這兩種軟件的IMAQ Vision則為這兩種平臺(tái)提供了完整的圖像處理函數(shù)庫(kù)或功能模塊，如各類(lèi)邊緣檢測(cè)算子、自動(dòng)閾值處理、各種形態(tài)學(xué)算法、濾波器、FFT等，該庫(kù)包含大量當(dāng)前證明成功的理論算法，使用戶(hù)無(wú)需專(zhuān)業(yè)編程經(jīng)驗(yàn)，即可迅速開(kāi)發(fā)完成優(yōu)秀的、適合本專(zhuān)業(yè)的圖像處理與分析系統(tǒng)。虛擬儀器硬件的主要功能是獲取真實(shí)世界中被測(cè)信號(hào)。虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一般分為計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)和測(cè)試功

8、能硬件。計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)可以是各種類(lèi)型的計(jì)算機(jī)，如PC機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、工作站、嵌入式計(jì)算機(jī)等、計(jì)算機(jī)管理著虛擬儀器的軟硬件資源，是虛擬儀器的硬件支撐。測(cè)試功能硬件指的是各種IO接口設(shè)備。按照測(cè)試功能硬件的不同，虛擬儀器可分為GPIB、VXI、PXI和DAQ四種標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)。(1)GPIB(general purposeinterfacebus)通用接口總線(xiàn)系統(tǒng)這種接口總線(xiàn)是計(jì)算機(jī)和儀器間的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。它是最早的儀器總線(xiàn)，目前多數(shù)儀器都配置了遵循IEEE488的GPIB接口。典型的GPIB測(cè)試系統(tǒng)包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一塊GPIB接口卡和若干臺(tái)GPIB儀器。每臺(tái)GPIB儀器有單獨(dú)的地址，由計(jì)算機(jī)控制

9、操作，系統(tǒng)中的儀器增加、減少或更換時(shí)，只需對(duì)計(jì)算機(jī)的控制軟件作相應(yīng)的改動(dòng)。這種概念已被應(yīng)用于儀器的內(nèi)部設(shè)計(jì)。但是GPIB的數(shù)據(jù)傳輸速度較低，一般低于500KBs，不適合對(duì)系統(tǒng)速度要求較高的應(yīng)用。(2)VXI(VMEbus extensionforinstrumentation)總線(xiàn)系統(tǒng)VXI總線(xiàn)系統(tǒng)是VME總線(xiàn)在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，它是主要儀器制造商共同制定的開(kāi)放性?xún)x器總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。VXI系統(tǒng)可包含256個(gè)裝置，由主機(jī)箱、多種功能的模塊儀器、驅(qū)動(dòng)軟件和系統(tǒng)應(yīng)用軟件等組成。系統(tǒng)中各功能模塊可隨意更換，即插即用(Plug&Play)組成新系統(tǒng)。(3)PXI(PCI extension for in

10、strumentation)總線(xiàn)系統(tǒng)PXI總線(xiàn)系統(tǒng)是PCI在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展。它是NI公司于1997年發(fā)布的一種新的開(kāi)放性、模塊化儀器總線(xiàn)規(guī)范。PXI是在PCI內(nèi)核技術(shù)上增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的。PXI增加了用于多板同步的觸發(fā)總線(xiàn)和參考時(shí)鐘，用于精確定時(shí)的星形觸發(fā)總線(xiàn)，以及用于相鄰模塊間高速通信的局部總線(xiàn)等，來(lái)滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)和測(cè)量的要求。PXI兼容CompactPCI機(jī)械規(guī)范，并增加了主動(dòng)冷卻、環(huán)境測(cè)試(溫度、濕度、振動(dòng)和沖擊實(shí)驗(yàn))等要求。(4)DAQ(data acquisition)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是指基于Pc計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)(如ISA、PCI、USB等)的數(shù)據(jù)采集功能模塊、它

11、充分地利用計(jì)算機(jī)的資源，大大增加了測(cè)試系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性。利用DAQ可方便快速地組建基于計(jì)算機(jī)的儀器，實(shí)現(xiàn)“一機(jī)多型”和“一機(jī)多用”。在性能上，隨著AD轉(zhuǎn)換技術(shù)、信號(hào)調(diào)理技術(shù)的迅速發(fā)展，DAQ的采樣速率已達(dá)到Gbs，精度可高達(dá)24位，通道數(shù)高達(dá)64個(gè)，并能任意結(jié)合數(shù)字IO、計(jì)數(shù)器定時(shí)器等通道。各種性能和功能的DAQ功能模塊可供選擇使用，如示波器、數(shù)字萬(wàn)用表、串行數(shù)據(jù)分析儀、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀、任意波形發(fā)生器等、在PC計(jì)算機(jī)上掛接DAQ功能模塊，配合相應(yīng)的軟件，就可以構(gòu)成一臺(tái)具有若干功能的PC儀器。這種基于計(jì)算機(jī)的儀器，即可享用PC機(jī)固有的智能資源，具有高檔儀器的測(cè)量品質(zhì)，又能滿(mǎn)足測(cè)量需求的多樣性

12、、對(duì)大多數(shù)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，這種方案實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛，且具有很高的性?xún)r(jià)比，滿(mǎn)足一般科學(xué)研究與工程領(lǐng)域測(cè)試任務(wù)要求。綜上所述，GPIB，VXI，PXI總線(xiàn)方式，適合大型高精度集成系統(tǒng)。而DAQ方式，適合普及型的廉價(jià)系統(tǒng)，有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景。計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力和必要的儀器硬件確定之后，構(gòu)造和使用虛擬儀器的關(guān)鍵在于應(yīng)用軟件。虛擬儀器應(yīng)用軟件主要有三個(gè)目的：提供一個(gè)集成的開(kāi)發(fā)環(huán)境；一個(gè)與儀器硬件的高級(jí)接口；一個(gè)與虛擬儀器用戶(hù)的接口。虛擬儀器的軟件框架從底層到頂層，包括三部分：VISA庫(kù)、儀器驅(qū)動(dòng)程軟件開(kāi)發(fā)工具LabVIEW語(yǔ)言的簡(jiǎn)介序、儀器開(kāi)發(fā)軟件(應(yīng)用軟件)。(1)VISA(virtual instrume

13、ntation software architecture)虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)VISA體系結(jié)構(gòu)是標(biāo)準(zhǔn)的IO函數(shù)庫(kù)機(jī)器相關(guān)規(guī)范的總稱(chēng)。一般稱(chēng)這個(gè)IO函數(shù)庫(kù)為VISA庫(kù)。它駐留于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中執(zhí)行儀器總線(xiàn)的特殊功能，是計(jì)算機(jī)與儀器之間的軟件層連接，以實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的程序控制。它對(duì)于儀器驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)是一個(gè)可調(diào)用的操作函數(shù)集。(2)驅(qū)動(dòng)程序每個(gè)儀器模塊都有自己的儀器驅(qū)動(dòng)程序，儀器廠(chǎng)商以源碼的形式提供給用戶(hù)。(3)應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件建立在儀器驅(qū)動(dòng)程序之上，直接面對(duì)操作用戶(hù)，通過(guò)提供直觀(guān)友好的測(cè)控操作界面、豐富的數(shù)據(jù)分析與處理功能，來(lái)完成自動(dòng)測(cè)試任2.3 基于虛擬儀器的視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)PC性能的要求2.3.1

14、 PCI局部總線(xiàn)PCI總線(xiàn)的高速數(shù)據(jù)吞吐能力能夠很好地滿(mǎn)足圖像采集的需要，使之成為實(shí)時(shí)圖像采集的理想方案。因?yàn)槊繋瑘D像可能包含多達(dá)400KB的數(shù)據(jù)，高速傳送這些數(shù)據(jù)對(duì)于實(shí)時(shí)顯示與分析至關(guān)重要。PCI不僅容易達(dá)到這個(gè)要求，而且可以進(jìn)一步提供它的帶寬來(lái)與其他數(shù)據(jù)采集設(shè)備相集成。PCI圖像采集板通過(guò)使用ASIC DMA控制器，可以充分利用PCI總線(xiàn)的帶寬，無(wú)需占用CPU時(shí)間，達(dá)到實(shí)時(shí)采集、顯示與分析處理的目的。PCI理論上所能提供的最大數(shù)據(jù)傳輸速率是132MB/s，64位PCI更可達(dá)267MB/s，足夠滿(mǎn)足高清晰度電視(High Definition Television，HDTV)信號(hào)與實(shí)時(shí)三維虛

15、擬現(xiàn)實(shí)(3D Virtual Reality，3DVR)的需要。而且，由于PCI支持“即插即用(PnP)”自動(dòng)配置功能，使得插入式圖象采集板的配置變得更加方便，其一切資源需求的設(shè)置工作在系統(tǒng)初啟時(shí)交由BIOS處理，無(wú)需用戶(hù)進(jìn)行繁瑣的開(kāi)關(guān)與跳線(xiàn)操作。目前，基于PCI總線(xiàn)的數(shù)據(jù)采集圖像采集(DAQ/IMAQ)產(chǎn)品大大提高了計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)的性能。PCI總線(xiàn)能夠達(dá)到132MB/s的傳輸速率。由于以這個(gè)速率傳輸數(shù)據(jù)會(huì)嚴(yán)重耗盡CPU時(shí)間，最終會(huì)影響系統(tǒng)性能，DAQ/IMAQ 廠(chǎng)商為基于PCI的DAQ/IMAQ傳輸器設(shè)計(jì)了ASIC芯片，如NI公司的MITE芯片，它利用DMA技術(shù)不僅能完成PCI的最高傳輸速率

16、，還能通過(guò)非連續(xù)的內(nèi)存緩沖區(qū)而無(wú)需申請(qǐng)CPU時(shí)間。2.3.2 MMX技術(shù)Intel的MMX技術(shù)改進(jìn)了視覺(jué)軟件的性能，有效地提高了圖像處理速度。對(duì)于大多數(shù)視覺(jué)軟件函數(shù)，含MMX的Pentium處理器的執(zhí)行速度較不含MMX的Pentium處理器提高200%400%，這是由于MMX技術(shù)包含大量通用指令，增強(qiáng)了PC的處理能力，且與原有的Intel結(jié)構(gòu)保持了完整的兼容性。而且MMX技術(shù)也完全兼容于現(xiàn)在的各類(lèi)操作系統(tǒng)與應(yīng)用軟件。利用MMX技術(shù)對(duì)于大多數(shù)圖像采集視覺(jué)函數(shù)如濾波、閾值處理、運(yùn)算、邏輯和形態(tài)學(xué)等都有顯著的性能增益。3 種子等級(jí)判別視覺(jué)系統(tǒng)3.1 系統(tǒng)配置基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的種子等級(jí)判別視覺(jué)系統(tǒng)主要是

17、用于大量籽粒的自動(dòng)化計(jì)數(shù)與幾何尺寸特征測(cè)定，該系統(tǒng)的使用提高了測(cè)量精度和效率。其基本軟硬件配置為：硬件：彩色CCD、PCI-IMAQ-1408圖象采集板（NI公司產(chǎn)品）、PC Pentium計(jì)算機(jī)；軟件開(kāi)發(fā)工具：LabWindows/CVI、IMAQ Vision；操作系統(tǒng)：Windows NT4.0。3.2 圖像采集圖像采集的過(guò)程也就是圖像采集板對(duì)來(lái)自CCD的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)(PAL或NTSC制式) 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程，量化后的數(shù)據(jù)通過(guò)PCI總線(xiàn)傳入計(jì)算機(jī)內(nèi)存。3.3 圖像處理(1)中值濾波圖像信息在采集過(guò)程中往往受到各種噪聲源的干擾，這些噪聲在圖像上常常表現(xiàn)為一些孤立像素點(diǎn)這可理解為像素的灰度

18、是空間相關(guān)的，即噪聲點(diǎn)像素灰度與它們的近鄰像素有顯著不同。這種干擾如不經(jīng)過(guò)濾波處理，會(huì)對(duì)以后的圖像區(qū)域分割、分析、判斷帶來(lái)影響。與通常的線(xiàn)性濾波器（如低通濾波器）相比，非線(xiàn)性濾波器能夠更好地解決某些圖像處理問(wèn)題，其中最有用的叫作排序?yàn)V波器，可以在IMAQ Vision中即調(diào)即用。中值濾波是排序?yàn)V波器的一種，它既可作到噪聲抑制，濾除脈沖干擾及圖象掃描噪聲，又可克服線(xiàn)性濾波器所帶來(lái)的圖像細(xì)節(jié)模糊，保持圖象邊緣信息。中值濾波的思想是取一移動(dòng)矩陣模板，進(jìn)行如下處理：設(shè)定濾波器模板大小，如取5×5模板；將模板在圖中漫游，并將模板中心與圖中某一象素位置重合；讀取模板下各對(duì)應(yīng)象素的灰度值；將這些灰

19、度值從小到大排成一列；找出這些值里排在中間的一個(gè)；將這個(gè)中間值賦給對(duì)應(yīng)模板中心的象素。由以上過(guò)程可以看出，中值濾波器的主要功能就是讓與周?chē)笏刂档幕叶炔畋容^大的象素改取與周?chē)笏刂到咏闹?，從而可以消除孤立的噪聲點(diǎn)。上述中值濾波的方法僅用于灰度圖像，IMAQ Vision可以將其延伸至彩色圖像的處理， 處理方法為： 從原始32位彩色圖象中分別抽取紅、綠、藍(lán)三色調(diào)色板。IMAQ Vision中一幅彩色圖象中R、G、B是用一32位的整數(shù)表示，第二個(gè)八位為R值，第三個(gè)八位為G值，第四個(gè)八位為B值。如圖1所示：圖1分別對(duì)紅、綠、藍(lán)色調(diào)模板(8位)進(jìn)行中值濾波處理。和低通線(xiàn)性濾波器相比，中值濾波器能夠在

20、衰減隨機(jī)噪聲的同時(shí)不使邊界模糊，確保了精確的籽粒尺寸特征。處理之后的紅、綠、藍(lán)調(diào)色板根據(jù)相應(yīng)的位運(yùn)算取代原始圖象的色調(diào)模板，生成新的、剔除了噪聲的32位彩色圖象。(2)彩色圖像的二值化處理采用RGB閾值處理算法，而非通常采用的灰度閾值算法，能夠保證系統(tǒng)具有更高精度的閾值運(yùn)算結(jié)果，在光照條件較差的情況下，仍然能夠得到處理質(zhì)量良好的二值圖象。采用傳統(tǒng)的灰度閾值算法，必須要求原始圖像的目標(biāo)對(duì)象與背景有較大的灰度差，才可能取得較好的處理結(jié)果，因此必須對(duì)光照環(huán)境有較高的要求。試驗(yàn)證明，這種方法簡(jiǎn)便、有效，對(duì)后續(xù)處理奠定了非常好的基礎(chǔ)，但也需要花費(fèi)時(shí)間對(duì)三色閾值進(jìn)行人工調(diào)整。圖2 原始圖像(3)孔洞填充處

21、理經(jīng)閾值處理之后的二值化圖像目標(biāo)區(qū)域內(nèi)部可能會(huì)出現(xiàn)孔洞，其原因可以是光照條件、背景與目標(biāo)在像素值上差別不明顯，以及閾值選取不合理等等。其處理思想為數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的閉合算法。經(jīng)過(guò)填充處理，目標(biāo)區(qū)域(籽粒)內(nèi)部的孔洞得到填補(bǔ)。(4)區(qū)域分割僅僅采用閾值處理難以獲得精確的區(qū)域分割結(jié)果。圖3是圖2圖像中沿直線(xiàn)L的灰度直方圖，其中A、B、C、E、F、G 六點(diǎn)都存在較大的灰度跳躍，而D點(diǎn)跳躍幅度小，顯然，以D點(diǎn)取閾值，會(huì)導(dǎo)致圖像失真，無(wú)法得到精確的籽粒特征；而取低于D的A、B、C、E、F 、G灰度值為檢測(cè)閾值，可以得到較為準(zhǔn)確的籽粒邊緣，但不能檢測(cè)到D點(diǎn)存在的邊緣信息。因此，當(dāng)閾值處理不能滿(mǎn)足要求的情況下，需要利用形態(tài)學(xué)算法對(duì)圖像進(jìn)行分割。圖象分割是將數(shù)字圖象劃分為互不相交(不重疊)區(qū)域的過(guò)程，是模式識(shí)別的基礎(chǔ)。區(qū)域分割是實(shí)現(xiàn)圖象分割的一種方法，即把各像素劃歸到各個(gè)對(duì)象或區(qū)域中。對(duì)象一旦被分離，就可以對(duì)其測(cè)量和分類(lèi)。系統(tǒng)通過(guò)以上處理濾波、二值化、孔洞填充等，為正確地區(qū)域分割奠定了基礎(chǔ)。區(qū)域分割的原理是“開(kāi)啟”算法。首先確定連通性準(zhǔn)則為8連通，