針對淡水無核珍珠質(zhì)層內(nèi)部缺陷檢測的需求,提出一種通過光學(xué)相干層析圖像實(shí)現(xiàn)淡水無核珍珠內(nèi)部缺陷自動檢測的方法。根據(jù)珠層灰度變化的特點(diǎn),識別圖像中缺陷區(qū)域的梯度特征和缺陷位置變化特征,并利用缺陷特征建立反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。實(shí)驗(yàn)中采集了內(nèi)部無缺陷和內(nèi)部有多種類型缺陷淡水無核珍珠的光學(xué)相干層析圖像各20幅,對圖像進(jìn)行預(yù)處理并提取特征,利用K-means算法檢測樣本類型與所提取特征的匹配度,用特征與類型相匹配的樣本特征訓(xùn)練反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,使用反向傳播網(wǎng)絡(luò)模型對淡水無核珍珠內(nèi)部缺陷層進(jìn)行分類識別。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法提取特征的匹配度為92.5%,分類準(zhǔn)確率達(dá)到100%,驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性,提出的方法能夠作為淡水無核珍珠內(nèi)部缺陷識別和自動分類的有效手段。 

【文章來源】：計量學(xué)報. 2020,41(10)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

典型淡水珍珠OCT圖像

為了定位OCT圖像中珍珠缺陷層的具體位置，缺陷識別方法分為圖像預(yù)處理、特征提取與樣本匹配度檢測、分類模型訓(xùn)練及模型預(yù)測等4個主要步驟，方法流程如圖2所示。圖像預(yù)處理過程主要是為了消除圖像中噪聲對后續(xù)特征提取的影響，完成目標(biāo)和背景的分割、目標(biāo)對象的拉平變換和進(jìn)行必要的裁剪，以便于后續(xù)的特征提取。特征提取主要根據(jù)珠層內(nèi)部缺陷部位從“暗”到“亮”到“暗”的變化特點(diǎn)，從梯度變化和位置特征著手提取特征，樣本匹配度檢測是為了檢測從樣本中提取的特征是否對應(yīng)樣本的類型，確保訓(xùn)練BPNN模型的特征真實(shí)可靠。最后使用與樣本類型相匹配的特征訓(xùn)練并測試BPNN模型，通過BPNN模型預(yù)測淡水無核珍珠質(zhì)層內(nèi)部是否存在缺陷，根據(jù)珍珠質(zhì)層內(nèi)部有無缺陷實(shí)現(xiàn)自動分類。2.2.1 圖像預(yù)處理

由于淡水無核珍珠的珠層在成形過程中，呈年輪狀結(jié)構(gòu)，為了便于提取水平和垂直方向的梯度變換特征，隨即對圖像中的目標(biāo)進(jìn)行了拉平變換。以珍珠目標(biāo)的上邊緣為基準(zhǔn)，對圖像每列像素進(jìn)行上移目標(biāo)，使上邊緣上的點(diǎn)都位于第一行。OCT通過檢測珍珠內(nèi)部散射介質(zhì)的背向單次散射光成像，散射光隨著深度的增加而發(fā)生衰減，因此所采集到目標(biāo)底部的灰度值較小，導(dǎo)致底部區(qū)域珍珠目標(biāo)與背景的對比度過低，不能滿足有效的特征提取。另一方面，采集圖像時，OCT的焦點(diǎn)位于所采區(qū)域中心位置的上部，目標(biāo)邊緣區(qū)域信息相較于目標(biāo)中心區(qū)域灰度值小，因此目標(biāo)的中心區(qū)域更能反映不同類型珍珠之間的特征差異。同時，目標(biāo)拉平后，目標(biāo)邊緣會變得模糊，為快速提取有效的特征，在不裁剪到缺陷區(qū)域的前提下，選擇裁去上部邊緣5%、下部邊緣25%、左右邊緣各25%的區(qū)域，裁剪后圖像尺寸為318×520;最后，為減小目標(biāo)內(nèi)部散斑噪聲對特征提取的影響，采用中值濾波對圖像降噪，經(jīng)過反復(fù)測試，[5×12]的模板有較好的效果。降噪后的圖像作為提取特征步驟的輸入。圖像預(yù)處理步驟中的具體過程如圖4所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于機(jī)器視覺的條碼尺精確測量技術(shù)在落紗小車中的應(yīng)用[J]. 馬丹丹,王鵬程,劉基宏.  計量學(xué)報. 2019(03)
[2]基于激光和機(jī)器視覺的微量液體容量計量方法[J]. 張竟月,孫斌,謝玄達(dá),趙玉曉,佟林,張瓏,周璐.  計量學(xué)報. 2018(04)
[3]推動淡水珍珠養(yǎng)殖業(yè)轉(zhuǎn)型升級的思考和建議[J]. 劉曉軍.  中國水產(chǎn). 2018(05)
[4]應(yīng)用OCT成像技術(shù)對海水珍珠的無損測量研究[J]. 董俊卿,李青會.  紅外與激光工程. 2018(04)
[5]全面推進(jìn)珍珠產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效[J]. 梁靚,石潤潤.  浙江經(jīng)濟(jì). 2017(20)
[6]中國北方珍珠的特征研究[J]. 羅永安,楚世辰,陳蓉娜.  湖北農(nóng)業(yè)科學(xué). 2017(02)
[7]基于OCT成像技術(shù)對常見陶瓷文物斷面結(jié)構(gòu)的無損分析[J]. 董俊卿,李青會,嚴(yán)鑫.  自然雜志. 2015(05)
[8]光學(xué)相干層析成像技術(shù)對壁畫的檢測研究[J]. 楊珊珊,朱銳,米磊,曹一揮,李青云.  光學(xué)學(xué)報. 2015(05)
[9]珍珠的成分、結(jié)構(gòu)及呈色機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 歐陽茜茜,楊磊,羅劍秋,勞贊,陳進(jìn).  廣州化工. 2012(12)
[10]應(yīng)用于珍珠檢測的光學(xué)相干層析技術(shù)[J]. 曾楠,何永紅,馬輝,王淑霞.  中國激光. 2007(08)



本文編號：3407635