基于Canny算子的泡沫边界识别和粒度分析方法

摘要

一种基于Canny算子的泡沫边界识别和粒度分析方法。特征是调入图像后，根据泡沫的状态在“圆形泡沫识别”和“非圆形泡沫识别”之间作出选择；在“圆形泡沫识别”中首先灰度化原图，然后一方面对灰度图进行对数增强和临界二值化处理，另一方面引入Canny算子识别灰度图中的泡沫边界并进行膨胀处理，最后叠加二图并连接泡沫边界线条；在“非圆形泡沫识别”中首先对原图进行Laplace增强处理，然后引入Canny算子提取泡沫的边界，反复使用“腐蚀、扫描、分割、填充”逐步识别标记泡沫，最后连接泡沫边界线条；最终得到粒度分析报告。本发明能够识别边界和背景对比度小的泡沫，计算复杂度低、速度快，适用于灭火泡沫、浮选泡沫、钻井泡沫等对象。

主权项

1.基于Canny算子的泡沫边界识别和粒度分析方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤(1)调入图像采集泡沫图像时，调整光源的亮度，辅以调节软件的对比度、曝光度、亮度，得到边界明显的泡沫图像；步骤(2)判断图像根据图像中泡沫的整体状态判断泡沫的类型，在“圆形泡沫识别”和“非圆形泡沫识别”之间做出选择，对于“圆形泡沫识别”转步骤(3)，对于“非圆形泡沫识别”转步骤(4)；步骤(3)圆形泡沫识别首先对原图进行灰度化处理，然后，一方面对灰度图进行对数增强和临界二值化处理，得到了第一张图，图中含有代表边界信息的、突出的点或线条，另一方面引入Canny算子识别灰度图中的泡沫边界，并对代表边界信息的点或线条进行膨胀处理，得到了第二张图；其中，引入的Canny算子的阙值为100，该算子的卷积核为；然后叠加第一张图和第二张图中的点或线条，将连在一起的点或线条连接成新的线条，并进行线条的预处理；其中，两图叠加后将连在一起的点或线条连接成新的线条，线条所在的圆为该泡沫的拟合圆；定义长度大于所在拟合圆1／3的线条为“母线”，作为主动连接的对象，定义长度大于所在拟合圆1／6、小于等于所在拟合圆1／3的线条为“脊线”，只作为被动连接的对象，定义长度小于等于所在拟合圆周长1／6的线条为“弧段”，在连接时被忽略；在线条的预处理时，检查所有母线和脊线拟合圆的相对位置，当出现拟合圆相交且相交部分面积大于小拟合圆或同等面积拟合圆的面积的3／4时，则从长度最长的母线两端开始延伸线段，如果有多个长度相等的母线，则按照先上后下、先左后右的顺序进行，将延伸的线段连接至未连接的点或线条成为新的母线，延伸的线段长度不超过该母线所在拟合圆周长的1／8，延伸的线段与母线端点的切线夹角不超过30°，最终实现母线长度的增加与母线数量的减少，这对于下一步连接线条并形成完整的泡沫边界是十分有利的；最后，连接线条并形成完整的泡沫边界，完成所有泡沫的边界识别；其中，在连接线条并形成完整的泡沫边界时，从母线的两个端点开始延伸线段，从长度最长的母线开始进行连接，如果出现多个长度相同的母线时则按照先左后右、先上后下的顺序进行，将延伸的线段连接至另外一条母线或脊线的端点，并以所连接线条的另外一个端点为开始继续延伸线段，直至母线封闭，延伸的线段长度不超过母线所在拟合圆周长的1／4，延伸的线段与母线端点的切线夹角不超过60°，如果有多个满足要求的待连接的线条端点，那么选择夹角最小的线段进行连接，如果不能实现母线封闭则放弃该母线的处理；步骤(4)非圆形泡沫识别首先，对原图进行Laplace增强，得到了代表边界信息的、突出的点或线条，然后，引入Canny算子识别点或线条；反复使用“腐蚀、扫描、分割、填充”逐步识别标记泡沫，通过“腐蚀”去除干扰的点或线条以消除图像的噪声，“扫描”图像得到能够识别出具有完整泡沫边界的部分，然后“分割”该部分，针对该部分保存信息并“填充”该处泡沫，在下一轮的“腐蚀、扫描、分割、填充”过程中则不再分析此处；反复进行“腐蚀、扫描、分割、填充”，连接线条并形成完整的泡沫边界，完成所有泡沫的边界识别，最后，如果没有识别出新的泡沫，则认为已经识别完了整体图片的泡沫边界，并自动结束扫描搜索；步骤(5)在“圆形泡沫识别”或“非圆形泡沫识别”的基础上进行泡沫的粒度分析，得到单位面积泡沫数目、泡沫粒度分布曲线、泡沫面积百分比这些数据；其中，泡沫粒度指的是圆形泡沫的直径和非圆形泡沫的平均直径，泡沫面积百分比指的是图片中泡沫面积所占的比例。