一种碱性电池尾端缺陷检测的快速二次图像分割方法

摘要

本发明公开了一种碱性电池尾端缺陷检测的快速二次图像分割方法，通过创建电池尾端初始图像的矩阵，对电池尾端初始图像的矩阵采用一阶求导运算后得到边缘检测矩阵，在边缘检测矩阵确定电池尾端全局ROI图像的四个边缘点位置后第一次分割出电池尾端全局ROI图像，然后在电池尾端全局ROI图像的基础上进行第二次分割得到电池尾端内圈ROI图像，优点是实现对电池尾端图像的全局ROI区域的准确分割和对全局ROI区域中的内圈ROI区域的准确分割，由此，本发明的快速二次图像分割方法可以应用于电池尾端图像中ROI区域的分割，从而实现图像处理方法在碱性电池尾端的缺陷检测上的应用。

主权项

一种碱性电池尾端缺陷检测的快速二次图像分割方法，其特征在于包括如下步骤：①将拍摄到的碱性电池尾端的原始图像的分辨率记为m×n，m表示行数，n表示列数，将该原始图像用矩阵表示为：A_m×n＝{a_ij|0≤a_ij≤255且a_ij∈N}，其中A_m×n表示原始图像，a_ij表示位于矩阵A_m×n中第i行第j列的元素值，0≤i≤m，0≤j≤n，N为自然数集；②对矩阵A_m×n进行一阶求导，得到对应于矩阵A_m×n的边缘检测矩阵E_m×n，边缘检测矩阵E_m×n的分辨率与矩阵A_m×n相同，边缘检测矩阵E_m×n判定矩阵A_m×n中位于第i行第j列的元素a_ij是否为电池尾端全局ROI图像的边缘点，e_ij为边缘检测矩阵E_m×n中的第i行第j列的元素值；③对矩阵A_m×n进行第一次ROI分割：③‑1以边缘检测矩阵E_m×n中行i＝1，列j＝1的元素e_ij为起点，由上至下逐行扫描，找到第一个e_ij＝1的点，该点即为电池尾端全局ROI图像的顶部边缘点，记为P_up(i_u，j_u)，其中i_u表示顶部边缘点的行坐标，j_u表示顶部边缘点的列坐标；③‑2定义扫描长度为整数N_step，N_step＝20，首先以顶部边缘点P_up(i_u，j_u)为参照点，将位于边缘检测矩阵E_m×n中第i_u+1行，第j_u+1列的元素记为生长点P_start(i_s,j_s)，其中i_s＝i_u+1，j_s＝j_u+1，以P_start(i_s,j_s)为起点，在第i_s行内，扫描N_step区域，直到找到N_step区域内列数最大的e_ij＝1的元素为止，将该点标记为新的参照点，并将该点的行坐标和列坐标分别加1后，重新赋值给P_start(i_s,j_s)，随后又从新的P_start(i_s,j_s)开始新一轮的扫描，如此重复执行上述步骤，直到扫描到第[n/2]+Nr行为止，其中[·]表示取整运算，Nr∈N⁺为正整数集合，Nr＝2，最后比较所有参照点得到所有参照点中列坐标最大的参照点，该参照点为电池尾端全局ROI图像的最右边缘点，记为P_right(i_r，j_r)，其中i_r表示最右边缘点的行坐标，j_r表示最右边缘点的列坐标；③‑3按照步骤③‑2中相同的方法，由下至上逐行扫描，找到电池尾端全局ROI图像的最底边缘点P_down(i_d，j_d)，其中，i_d为最底边缘点的行坐标，j_d为最底边缘点的列坐标，之后再以顺时针方向按照步骤③‑2中相同的方法找到电池尾端全局ROI图像的最左边缘点P_left(i_l，j_l)，其中i_l为最左边缘点的行坐标，j_l为最左边缘点的列坐标；③‑4从矩阵A_m×n中以P_up(i_u，j_u)、P_left(i_l，j_l)、P_down(i_d，j_d)、P_right(i_r，j_r)这四个点划分出矩形区域T，该矩形区域T的行数为i_d‑i_u+1，列数为j_r‑j_l+1，矩阵A_m×n中位于该矩形区域T内的元素组成的矩阵记为$R_{m^1\times n^1}=\left\{r_{i^1{j}^1}\right|r_{i^1{j}^1}=a_{(i^1+i_u-1)(j^1+j_1-1)},$且$a_{(i^1+i_u-1)(j^1+j_1-1)}\in A_{m\times n}\},$其中的行数为m¹＝i_d‑i_u+1，列数为n¹＝j_r‑j_l+1，等于矩阵A_m×n中位于第i¹+i_u‑1行和第j¹+j_l‑1列的相应元素值，0≤i¹≤m¹，0≤j¹≤n¹，上标1为第一次分割标记，即电池尾端全局ROI图像；③‑5按照步骤③‑4中相同的方法，从E_m×n中以P_up(i_u，j_u)、P_left(i_l，j_l)、P_down(i_d，j_d)、P_right(i_r，j_r)这四个点划分出矩形区域T'，矩阵E_m×n中位于该矩形区域T'内的元素组成的矩阵记为为对应于的边缘检测矩阵：$D_{m^1\times n^1}=\left\{d_{i^1{j}^1}\right|d_{i^1{j}^1}=e_{(i^1+i_u-1)(j^1+j_1-1)},$且$e_{(i^1+i_u-1)(j^1+j_1-1)}\in E_{m\times n}\},$表示中位于第i¹行第j¹列的元素是否为边缘点，其值等于E_m×n中位于第i¹+i_u‑1行和第j¹+j_l‑1列的相应元素值；④设定一个阈值v_threshold，其中0≤v_threshold≤255，对比和v_threshold的大小，得到一个二值化矩阵：$B_{m^1\times n^1}=\left\{\begin{array}{cc}{b}_{i^1{j}^1}=0,& r_{i^1{j}^1}<v_{threshold}\\ b_{i^1{j}^1}=1,& r_{i^1{j}^1}\ge v_{threshold}\end{array}\right.,$其中$r_{i^1{j}^1}\in R_{m^1\times n^1},$与具有同样的行数和列数，的值表示中位于第i¹行第j¹列的元素与阈值v_threshold的大小关系；⑤对二值化矩阵先进行腐蚀运算，再进行膨胀运算，得到新的二值化矩阵$B_{m^1\times n^1}^{\prime }:B_{m^1\times n^1}^{\prime }=\left\{b_{i^1{j}^1}^{\prime }\right|b_{i^1{j}^1}^{\prime }=0or1\},$其中与具有同样的行数和列数，为经过腐蚀运算和膨胀运算后得到的值，其大小为0或1；⑥扫描找到电池尾端全局ROI图像的四个边缘点并将其修正：⑥‑1按照步骤③‑1～③‑3中相同的方法，对进行扫描，找到中电池尾端全局ROI图像的四个边缘点，四个边缘点分别记为顶部边缘点P'_up(i'_u，j'_u)、最左边缘点P'_left(i'_l，j'_l)、最底边缘点P'_down(i'_d，j'_d)和最右边缘点P'_right(i'_r，j'_r)，上标“'”表示这四个边缘点对应于按照③‑4中相同的方法，以中的四个边缘点为基准得到的外切矩形区域T1，该T1区域的行数为i'_d‑i'_u+1，列数为j'_r‑j'_l+1；⑥‑2将步骤⑥‑1中得到的四个边缘点进行修正：$i_u^{\prime \prime }=min\left(\right[\frac{k-1}{k}{i}_u^{\prime }]-1,1);i_d^{\prime \prime }=min\left(\right[\frac{1}{k}(m^1-i_d^{\prime })]+i_d^{\prime }+1,m^1);$$j_l^{\prime \prime }=min\left(\right[\frac{k-1}{k}{j}_l^{\prime }]-1,1);j_r^{\prime \prime }=min\left(\right[\frac{1}{k}(n^1-j_r^{\prime })]+j_r^{\prime }+1,n^1);$其中min()为取最小值运算，上标“””为修正标记，k为修正幅度值，用修正后的i”_u，j”_l，i”_d，j”_r按照③‑4中相同的方法，计算出修正后的外切矩形区域T2，其修正后的外切矩形区域T2的行数为i”_d‑i”_u+1，列数为j”_r‑j”_l+1；⑦创建掩码矩阵：$M_{m^1\times n^1}=\left\{\begin{array}{cc}{m}_{i^1{j}^1}=1,& b_{i^1{j}^1}^{\prime }\in B_{m^1\times n^1}^{\prime }(i_u^{\prime \prime }:i_d^{\prime \prime },j_l^{\prime \prime }:j_r^{\prime \prime })\\ m_{i^1{j}^1}=0,& b_{i^1{j}^1}^{\prime }\notin B_{m^1\times n^1}^{\prime }(i_u^{\prime \prime }:i_d^{\prime \prime },j_l^{\prime \prime }:j_r^{\prime \prime })\end{array}\right.,$与有同样的行数和列数，其中表示位于T2区域内，此时中与对应的元素值为1，反之为0，然后将与做点乘运算，得到临时图像矩阵其中与有相同行列数，的值为点乘运算值；⑧对进行第二次ROI分割：⑧‑1取中列数为[n¹/2‑n¹/p]到[n¹/2+n¹/p]的所有行，得到竖直过圆心的方形区域，其中p∈N⁺，取中行数为[m¹/2‑m¹/p]到[m¹/2+m¹/p]的所有列，得到水平过圆心的方形区域，合并以上两个区域，得到一个过圆心的十字形区域记为Q；⑧‑2以的元素为扫描的起点，在Q区域内分别向上下左右四个方向进行扫描，找到Q区域内的最外围四个的边缘点，这四个点记为：P^Q_up(i^Q_u，j^Q_u)、P^Q_right(i^Q_r，j^Q_r)、P^Q_down(i^Q_d，j^Q_d)、P^Q_left(i^Q_l，j^Q_l)，其中上标“Q”标识这些边缘点对应于按照③‑4中相同的方法，计算出电池尾端内圈的外切矩形区域T3，其行数为列数为从中分割出T3区域，记为$I_{m^2\times n^2}=\left\{i_{i^2{j}^2}\right|i_{i^2{j}^2}=r_{\left(i^2+{i^Q}_u-1\right)\left(j^2+{j^Q}_1-1\right)},$且$r_{\left(i^2+{i^Q}_u-1\right)\left(j^2+{j^Q}_1-1\right)}\in R_{m^1\times n^1}\},$其中的行数为$m^2=i_d^Q-i_u^Q+1,$列数为$n^2=j_r^Q-j_l^Q+1,$等于中(i²+i^Q_u‑1)行(j²+j^Q_i‑1)列的相应元素值，0≤i²≤m²，0≤j²≤n²，上标2为第二次分割标记，即电池尾端内圈ROI图像。