本發(fā)明涉及一種四球摩擦試驗(yàn)機(jī)測(cè)定潤(rùn)滑油潤(rùn)滑性能的擴(kuò)展應(yīng)用,具體涉及一種利用邊緣信息進(jìn)行磨痕方向自動(dòng)定位的方法。
背景技術(shù):
潤(rùn)滑性好的潤(rùn)滑油可以保護(hù)機(jī)械、延長(zhǎng)工作壽命,常常通過(guò)四球磨損試驗(yàn)機(jī)來(lái)測(cè)量。根據(jù)我國(guó)石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(GB-T 12583-1998和H-T 0762-2005),潤(rùn)滑劑抗摩損性能測(cè)定方法為:將三個(gè)直徑為12.7mm的鋼球夾緊在一油盒中,并用試油浸沒(méi),在三球頂部放置一個(gè)直徑的鋼球,在試油溫度達(dá)到75℃±2℃后,施加147N或392N作用力,頂球在一定轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)60min,隨后取出底部的三個(gè)鋼球,在測(cè)量精度為0.01mm的顯微鏡下測(cè)量三個(gè)鋼球的磨斑直徑,三個(gè)鋼球共得到六組測(cè)量數(shù)據(jù),潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂的抗摩性能通過(guò)三個(gè)球的六次測(cè)量的摩斑直徑的算術(shù)平均值來(lái)評(píng)價(jià)。磨痕方向的確定可以便于磨斑直徑的測(cè)量、擺正磨斑圖像的拍攝角度,以及便于后續(xù)的磨痕強(qiáng)度、密度等后續(xù)的分析處理等等。基于此,我們提出了一種基于邊緣信息的磨痕方向自動(dòng)定位方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供的一種四球摩擦試驗(yàn)?zāi)グ邎D像磨痕方向自動(dòng)定位方法,決了現(xiàn)有的測(cè)定方法中由于試驗(yàn)人員的感知誤差,導(dǎo)致的測(cè)量精度不準(zhǔn)確等缺陷。
為達(dá)到上述目的,本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
本發(fā)明提供的一種四球摩擦試驗(yàn)?zāi)グ邎D像磨痕方向自動(dòng)定位方法,包括以下步驟:
步驟S1,四球摩擦試驗(yàn)結(jié)束后,采集試驗(yàn)所使用的三個(gè)底部鋼球上的磨斑圖像F;
步驟S2,將采集到的彩色磨斑圖像F進(jìn)行灰度化處理,得到灰度磨斑圖f;
步驟S3,通過(guò)邊緣檢測(cè)算子對(duì)灰度磨斑圖f進(jìn)行邊緣檢測(cè),用來(lái)提取磨斑圖中的磨痕,得到磨斑邊緣圖E;
步驟S4,將上述所得到的磨斑邊緣圖E第一次以α=0的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn),得到旋轉(zhuǎn)了α的旋轉(zhuǎn)邊緣圖Eα;
步驟S5,計(jì)算上述所得的旋轉(zhuǎn)邊緣圖Eα中第x行從(x,1)到(x,y)的連續(xù)邊緣的長(zhǎng)度,得到行邊緣長(zhǎng)圖dα;
步驟S6,對(duì)上述所得的長(zhǎng)邊緣圖dα從左到右進(jìn)行逐行掃描濾波處理,保留每行中連續(xù)長(zhǎng)超過(guò)一定值T的邊緣,得到行濾波圖hα;
步驟S7,計(jì)算旋轉(zhuǎn)邊緣圖Eα的水平標(biāo)記Sα;
步驟S8,當(dāng)α<180°時(shí),則需以迭代法循環(huán)執(zhí)行步驟S4到步驟S7;
步驟S9,當(dāng)α≥180°時(shí),則根據(jù)水平標(biāo)記Sα確定磨斑圖像方向水平角θ。
優(yōu)選地,步驟S1中,所述磨斑圖像F的像素大小為M×N,所述磨斑圖像F的任一像素點(diǎn)的坐標(biāo)為(x,y),則x和y分別表示該像素點(diǎn)的行和列,且x和y均為整數(shù)。
優(yōu)選地,步驟S2中,所述灰度磨斑圖像f中像素點(diǎn)(x,y)的灰度值為f(x,y),則f(x,y)的計(jì)算式如式(1)所示:
f(x,y)=0.3·R(x,y)+0.59·G(x,y)+0.11·B(x,y) (1)
其中,R(x,y)、G(x,y)和B(x,y)分別表示磨斑圖像F中像素(x,y)的紅色分量值、綠色分量值和藍(lán)色分量值。
優(yōu)選地,步驟S3中,所述的邊緣檢測(cè)算子為Sobel、Canny或Prewit邊緣檢測(cè)算子,其中,所述磨斑邊緣圖E為二值圖,其中,E(x,y)=1表示邊緣點(diǎn),E(x,y)=0表示非邊緣點(diǎn)。
優(yōu)選地,步驟S4中,所述的旋轉(zhuǎn)邊緣圖Eα為二值圖,其大小為Mα和Nα,其中,Eα(x,y)=1表示邊緣點(diǎn),Eα(x,y)=0表示非邊緣點(diǎn)。
優(yōu)選地,步驟S5中,所述行邊緣長(zhǎng)的計(jì)算式(2)如式:
其中,dα(x,y)表示行邊緣長(zhǎng)圖像素點(diǎn)(x,y)的連續(xù)邊緣長(zhǎng),即表示第x行中像素點(diǎn)(x,y)的左側(cè)有(dα(x,y)-1)個(gè)1。
優(yōu)選地,步驟S6中,所述行濾波處理的計(jì)算式(3)如式:
其中,hα(x,y)為行濾波圖像素點(diǎn)(x,y)的像素值,T為定值,取值為10~100。
優(yōu)選地,步驟S7中,所述水平標(biāo)記的計(jì)算式(4)如式:
其中,所述水平標(biāo)記Sα值為最大,磨斑圖F的磨痕位于水平方向;所述水平標(biāo)記Sα值為最小,磨斑圖F的磨痕位于垂直方向。
優(yōu)選地,步驟S8中,所述迭代法是指以旋轉(zhuǎn)角度α加設(shè)定的旋轉(zhuǎn)步長(zhǎng)β作為新的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行循環(huán)旋轉(zhuǎn),即,α=α+β,其中,β的取值越小,精度越高,之后得到Cβ組的磨斑灰度圖的旋轉(zhuǎn)數(shù)組和與其數(shù)組對(duì)應(yīng)的水平標(biāo)記Sα值。
優(yōu)選地,步驟S9中,根據(jù)上述所得Cβ組的水平標(biāo)記Sα,滿足時(shí),則α=θ。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明的一種四球摩擦試驗(yàn)?zāi)グ邎D像磨痕方向自動(dòng)定位方法,首先對(duì)采集到的不具備明顯色彩的磨痕圖像進(jìn)行灰度化處理,加大了圖像的處理速度,通過(guò)對(duì)灰度磨斑圖進(jìn)行邊緣檢測(cè),得到邊緣檢測(cè)圖,再通過(guò)對(duì)邊緣檢測(cè)圖進(jìn)行循環(huán)旋轉(zhuǎn),已得到若干組水平標(biāo)記值,最終通過(guò)得到的最大水平標(biāo)記值得到磨痕方向角。本發(fā)明利用邊緣信息可以精確的確定磨痕的方向,克服試驗(yàn)人員因經(jīng)驗(yàn)不足或欠缺帶來(lái)的測(cè)量精度。且無(wú)需進(jìn)行多次對(duì)比分析,即可得到精確的磨痕方向角。
附圖說(shuō)明
圖1是磨痕方向角θ示意圖;
圖2是磨斑圖像F示意圖;
圖3是灰度磨斑圖f示意圖;
圖4是磨斑邊緣圖E示意圖;
圖5是旋轉(zhuǎn)邊緣圖Eα示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明用磨痕的水平角來(lái)表征磨痕方向,磨痕水平角定義為磨痕和水平線相交后,左水平射線和上磨痕射線所夾的左上角,圖1磨痕水平角θ。
本發(fā)明提出了一種四球摩擦試驗(yàn)?zāi)グ邎D像磨痕方向自動(dòng)定位方法,包括如下步驟:
步驟S1:通過(guò)掃面電子顯微鏡采集試驗(yàn)鋼球的磨斑圖像。具體是:在四球摩擦試驗(yàn)結(jié)束后,分別將試驗(yàn)所使用的三個(gè)底部鋼球取出并置于掃面電鏡中,并調(diào)節(jié)掃面電鏡的光照和放大倍數(shù)等參數(shù),以便清晰地采集到磨斑圖像,所采集的磨斑圖像用F表示,如圖2所示。同時(shí),得到的所述磨斑圖像F的像素大小為M×N,例如磨斑圖像的大小為768×1024,即M=768,N=1024。同時(shí),利用(x,y)表示磨斑圖像F的任一像素點(diǎn)的坐標(biāo),則x和y分別表示該像素點(diǎn)的行和列,且x和y均為整數(shù);
步驟S2:將采集到的彩色磨斑圖像進(jìn)行灰度化處理。步驟S1中采集到的磨斑圖像不具有顯著的顏色信息,故宜先對(duì)磨斑圖像進(jìn)行灰度化處理,這樣可以大大加快處理速度。具體地,將磨斑圖像F轉(zhuǎn)化為灰度圖像,得到如圖3所示的灰度磨斑圖f,則灰度磨斑圖像f中像素點(diǎn)(x,y)的灰度值為f(x,y),則f(x,y)的計(jì)算式如式(1)所示:
f(x,y)=0.3·R(x,y)+0.59·G(x,y)+0.11·B(x,y) (1)
其中,f(x,y)表示灰度磨斑圖f中像素(x,y)的灰度值;R(x,y)、G(x,y)和B(x,y)分別表示磨斑圖像F中像素(x,y)的紅色分量值、綠色分量值和藍(lán)色分量值;
步驟S3:邊緣檢測(cè)。通過(guò)邊緣檢測(cè)算子對(duì)灰度磨斑圖像f進(jìn)行邊緣檢測(cè)可用來(lái)提取磨斑圖中的磨痕,所述的邊緣檢測(cè)算子可以為Sobel、Canny或Prewit邊緣檢測(cè)算子,得到磨斑邊緣圖E,如圖4所示。本實(shí)施例采取傳統(tǒng)Sobel邊緣檢測(cè)算子。所述得到的磨斑邊緣圖E為二值圖,其中,E(x,y)=1表示邊緣點(diǎn),E(x,y)=0表示非邊緣點(diǎn)。
步驟S4:旋轉(zhuǎn)磨斑邊緣圖。將上述所得到的磨斑邊緣圖E第一次以α=0的旋轉(zhuǎn)角度(即第一次不執(zhí)行旋轉(zhuǎn))進(jìn)行旋轉(zhuǎn),得到如圖5所示的旋轉(zhuǎn)了α的旋轉(zhuǎn)邊緣圖Eα。所得的旋轉(zhuǎn)邊緣圖Eα的大小為Mα和Nα。同樣的,所述的旋轉(zhuǎn)邊緣圖Eα也是二值圖,其中,Eα(x,y)=1表示邊緣點(diǎn),Eα(x,y)=0表示非邊緣點(diǎn)。
步驟S5:計(jì)算行邊緣長(zhǎng)。通過(guò)行邊緣長(zhǎng)來(lái)評(píng)價(jià)旋轉(zhuǎn)邊緣圖Eα中第x行從(x,1)到(x,y)的連續(xù)邊緣的長(zhǎng)度,得到行邊緣長(zhǎng)圖dα,其中,所述行邊緣長(zhǎng)的計(jì)算式2)如式:
其中,dα(x,y)表示行邊緣長(zhǎng)圖像素點(diǎn)(x,y)的連續(xù)邊緣長(zhǎng),即表示第x行中像素點(diǎn)(x,y)的左側(cè)有(dα(x,y)-1)個(gè)1。
步驟S6:行邊緣長(zhǎng)圖的行濾波處理。對(duì)長(zhǎng)邊緣圖dα從左到右進(jìn)行逐行掃描濾波處理,保留每行中連續(xù)長(zhǎng)超過(guò)一定值T的邊緣,得到行濾波圖hα。由于磨痕具有顯著的方向一致性,當(dāng)磨痕處于水平方向時(shí),磨痕邊緣也處于水平,進(jìn)行行濾波時(shí),將被保留;當(dāng)磨痕處于垂直方向時(shí),進(jìn)行行濾波時(shí),幾乎都被刪除。
行濾波處理的計(jì)算式(3)如式:
其中,hα(x,y)為行濾波圖像素點(diǎn)(x,y)的像素值,T為定值,一般取值為10~100。
步驟S7:計(jì)算旋轉(zhuǎn)邊緣圖Eα的水平標(biāo)記。用Sα表示Eα的水平標(biāo)記,水平標(biāo)記Sα值表征了磨痕位于水平方向的程度,水平標(biāo)記Sα值越大,磨痕越接近水平方向,即:當(dāng)磨斑圖F的磨痕位于水平方向時(shí),水平標(biāo)記Sα值最大;當(dāng)磨斑圖F的磨痕位于垂直方向時(shí),水平標(biāo)記Sα值最小。水平標(biāo)記的計(jì)算式(4)如式:
步驟S8:計(jì)算新的旋轉(zhuǎn)角度α。
當(dāng)α<180°時(shí),則需以迭代法循環(huán)執(zhí)行步驟S4到步驟S7,即,所述迭代法是指以旋轉(zhuǎn)角度α加設(shè)定的旋轉(zhuǎn)步長(zhǎng)β作為新的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行循環(huán)旋轉(zhuǎn),即,α=α+β,其中,β的取值越小,精度越高;
當(dāng)α≥180°時(shí),則轉(zhuǎn)入步驟S9。
步驟S9:磨痕方向確定。
當(dāng)磨斑圖像的磨痕方向旋轉(zhuǎn)至水平方向時(shí),得到的水平標(biāo)記Sα值是最大的,基于得到的水平標(biāo)記數(shù)組即可確定磨痕的方向。具體地:
按照步長(zhǎng)β旋轉(zhuǎn)磨斑灰度圖,將得到組的磨斑灰度圖的旋轉(zhuǎn)數(shù)組,以及與其數(shù)組對(duì)應(yīng)的水平標(biāo)記Sα,其中,Cβ為磨斑灰度圖的旋轉(zhuǎn)數(shù)組。
在Cβ組的水平標(biāo)記Sα中,當(dāng)滿足時(shí),則α=θ,θ為磨痕方向水平角,是磨痕與水平線的夾角,用來(lái)表征磨痕方向。
按照以上本發(fā)明的技術(shù)方案,從運(yùn)行時(shí)間和成本分析兩方面,對(duì)比本發(fā)明方案和傳統(tǒng)的人工測(cè)量法的優(yōu)缺點(diǎn)。
1運(yùn)行時(shí)間。以本實(shí)施例的圖像為例,本發(fā)明的仿真處理平臺(tái)為:Intel I3 M350處理器,2GB內(nèi)存的計(jì)算機(jī),在MATLAB平臺(tái)下進(jìn)行仿真,算法所用的時(shí)間為42秒,硬件實(shí)現(xiàn)本算法后,算法運(yùn)行時(shí)間還會(huì)大大減少。
2精度分析。傳統(tǒng)方法測(cè)定一是主要依靠人眼判斷進(jìn)行定性估計(jì),沒(méi)有定量的評(píng)價(jià)值,會(huì)產(chǎn)生模棱兩可的;本方法有定量的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),故判定的磨痕方向精度要高于傳統(tǒng)方法。