快速檢測木破率的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速檢測木破率的方法。該方法對采集到的木材或膠合板膠合強度檢測后產(chǎn)生破壞的試件剪切面區(qū)域圖像，通過圖像類型轉(zhuǎn)換、圖像增強、圖像分割及形態(tài)學(xué)處理等操作，計算膠合強度測試過程中木破率。本發(fā)明基于圖像處理的方法對木破率進行檢測，能夠消除人為測量所引起的誤差，具有精度高、檢測速度快的特點。
【專利說明】快速檢測木破率的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及木材加工領(lǐng)域，特別涉及一種快速檢測木破率的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在當(dāng)前木材加工領(lǐng)域，木破率是指在測試膠合強度時，通過目測的方法估計剪切 破壞面上木材纖維被膠粘連或撕裂下來的部分占試件受剪面積的百分?jǐn)?shù)。它是評價實木或 膠合板膠合強度的重要指標(biāo)。目前，木破率測量主要通過人眼目測確定。測試過程常常是 主觀的，需要有一定的經(jīng)驗，且不同測試人員測試的實驗室數(shù)據(jù)會存在差異。為了最大程度 地減小這種差異，需要選擇一種更為科學(xué)的方法進行測試，減少人為因素所造成的誤差。
[0003] 目前在本領(lǐng)域尚未發(fā)現(xiàn)有快速檢測木破率的方法。并且在木材科學(xué)領(lǐng)域，與本方 法類似的專利主要用于木材的缺陷識別、木材形變測量等方面，但這些方法都與本發(fā)明的 方法不同。其中，專利（木材的節(jié)子探查方法及裝置和程序，專利申請?zhí)枺?00680017200. 1) 公開了一種木材節(jié)子的探查方法，可用于檢測木材的節(jié)子及帶皮的死節(jié)。與本發(fā)明相比，該 方法主要用于節(jié)子的圖像識別，但不涉及各種參數(shù)的量化分析。類似的，專利（木材的檢測 方法及裝置及程序，專利申請?zhí)枺?00780052656. 6 ;基于圖像處理的木材缺陷在線識別系 統(tǒng)，201220502980. 1)主要用于木材缺陷識別，也未涉及參數(shù)的定量檢量。專利（一種木材 形變微觀結(jié)構(gòu)特征實時測量方法，專利申請?zhí)枺?00910089770.7)可用于測量木材加載過 程中微區(qū)組織和細(xì)胞的應(yīng)變，該方法主要通過對比不同圖像采集時刻下獲得的圖像，計算 單個細(xì)胞不同方向上的變形量。該方法僅對圖像之間進行對比，沒有公開本發(fā)明所述的圖 像類型轉(zhuǎn)換、圖像增強、圖像分割及圖像形態(tài)學(xué)處理等操作步驟。因此，在木材加工領(lǐng)域，仍 迫切地需要尋找一種科學(xué)的快速的檢測木破率的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對以上所述目前本領(lǐng)域木破率檢測過程中存在的不足，本發(fā)明提供了一種快速 檢測木破率的方法，包括如下步驟：
[0005] 試件的圖像采集，獲得試件破壞區(qū)域的灰度圖像；圖像處理，包括將所述灰度圖像 進行圖像增強處理、圖像分割處理及圖像形態(tài)學(xué)處理的操作步驟，；統(tǒng)計學(xué)處理，計算木破 率。
[0006] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，圖像采集步驟所述的試件為：按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求加 工的膠合板或?qū)嵞灸z合強度測試的試件。其中，所述圖像采集可以通過任何的圖像采集 裝置獲取，優(yōu)選地，所述圖像采集裝置為數(shù)碼相機、掃描儀，通過拍攝或掃描針對試件上 已經(jīng)產(chǎn)生破壞的剪切面區(qū)域進行圖像采集，獲取的圖像為灰度圖像，其圖像的分辨率為 300-1200dpi，更優(yōu)選的，所述獲得灰度圖像的分辨率為300-600dpi。
[0007] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，在圖像處理步驟中，為了使圖像中木材破壞區(qū)域與木材 其他部分的區(qū)別更為明顯，以便于后續(xù)的圖像分割處理等步驟，需要對圖像進行增強處理。 圖像增強處理包括直方圖均衡化、對比度增強處理、濾波處理及銳化處理的一種或其任意 組合，但不限于以上幾種操作方式。通過增強處理后的圖像，木材破壞區(qū)域與其他部分的灰 度差異更為明顯，便于后續(xù)的圖像分割處理。
[0008] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，圖像處理步驟中，為了將木材的破壞區(qū)域與圖像背景完 全分離，對增強處理后的圖像進行分割處理，采用自動閾值或聚類的圖像分割方法進行，分 割后得到的圖像為二值圖像。
[0009] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，圖像處理步驟中，經(jīng)分割處理后的圖像中存在雜點，為 提高測試精度，采用圖像形態(tài)學(xué)處理方法去除分割后圖像中的噪音。優(yōu)選地，進行區(qū)域填充 以能夠連通區(qū)域，進一步提高測試精度。
[0010] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，統(tǒng)計學(xué)處理步驟為：計算形態(tài)學(xué)處理后的圖像中木材破 壞區(qū)域的像素數(shù)，除以圖像的總像素數(shù)，輸出被檢測試件的木破率值，以百分?jǐn)?shù)表示。
[0011] 本發(fā)明還提供了一種快速檢測木破率的方法，包括如下步驟：
[0012] 試件的圖像采集，獲得試件破壞區(qū)域的彩色圖像；圖像處理，包括將所述彩色圖像 進行圖像分割處理和圖像形態(tài)學(xué)處理；統(tǒng)計學(xué)處理，計算木破率。
[0013] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述試件為按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求加工的膠合板或?qū)嵞灸z 合強度測試的試件，所述圖像采集是通過圖像采集裝置獲取，優(yōu)選地，所述圖像采集裝置為 數(shù)碼相機或掃描儀，優(yōu)選地，所述獲得彩色圖像的分辨率為300-1200dpi，更優(yōu)選地，所述獲 得彩色圖像的分辨率為300-600dpi。
[0014] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述圖像處理步驟中，在進行圖像分割、圖像形態(tài)學(xué)處 理前，還包括將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像的圖像類型轉(zhuǎn)換處理和圖像增強處理步驟。其中， 圖像類型轉(zhuǎn)換處理后彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，從而使圖像更符合工業(yè)實際操作的習(xí)慣。 但是，經(jīng)過所述圖像轉(zhuǎn)換處理和圖像增強處理后再進行后續(xù)圖像處理計算所得的木破率的 效果，與不經(jīng)過圖形轉(zhuǎn)換處理和圖像增強處理，將采集的彩色圖像直接進行分割處理及后 續(xù)步驟計算所得的木破率的效果相同；所述圖像增強處理包括直方圖均衡化、對比度增強 處理、濾波處理及銳化處理的一種或其任意組合，但不限于以上幾種操作方式。通過增強處 理后的圖像，木材破壞區(qū)域與其他部分的灰度差異更為明顯，便于后續(xù)的圖像分割處理。
[0015] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，圖像處理步驟中，為了將木材的破壞區(qū)域與圖像背景完 全分離，對增強處理后的圖像進行分割處理，采用閾值或聚類的圖像分割方法進行，分割后 得到的圖像為二值圖像。
[0016] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，圖像處理步驟中，經(jīng)分割處理后的圖像中存在雜點，為 提高測試精度，采用圖像形態(tài)學(xué)處理方法去除分割后圖像中的噪音。優(yōu)選地，進行區(qū)域填充 以能夠連通區(qū)域，進一步提高測試精度。
[0017] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，統(tǒng)計學(xué)處理步驟為：計算形態(tài)學(xué)處理后的圖像中木材破 壞區(qū)域的像素數(shù)，除以圖像的總像素數(shù)，輸出被檢測試件的木破率值，以百分?jǐn)?shù)表示。
[0018] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述圖像處理步驟操作可以通過軟件編程和運行來實 現(xiàn)，所述軟件編程是將圖像處理中的任一步驟或其組合作為程序段寫入單片機裝置或其他 可執(zhí)行程序裝置中，制造便攜式檢測設(shè)備，快速直觀地完成對木破率的檢測，優(yōu)選地，所述 制造的便攜式檢測設(shè)備連接至電腦，完成木破率檢測。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的檢測木破率的的方法，具有如下有益效果：成本 低、操作方便、自動化程度高，并且，本方法不僅可以區(qū)分識別木材破壞區(qū)域，還可以對破壞 區(qū)域進行定量檢量，實現(xiàn)對木材，特別是實木、膠合板膠合強度測試過程中木破率的自動、 快速及精確測定，避免人工檢量造成的誤差。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例1中膠合板膠合強度測試試件。
[0021] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例1中灰度圖像。
[0022] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例1中圖像增強處理的圖像。
[0023] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例1中圖像分割效果圖像。
[0024] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例1中形態(tài)學(xué)處理圖像。
[0025] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例2中實木膠合剪切強度測試試件。
[0026] 圖7是根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例2中灰度圖像。
[0027] 圖8是根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例2中圖像增強處理的圖像。
[0028] 圖9是根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例2中圖像分割效果圖像。
[0029] 圖10是根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例2中形態(tài)學(xué)處理圖像。
[0030] 圖11是根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例3中實木膠合剪切強度測試試件。
[0031] 圖12是根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例3中圖像分割效果圖像。
[0032] 圖13是根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例3中形態(tài)學(xué)處理結(jié)果圖像。
[0033] 圖14是本發(fā)明的方法的流程示意圖。

【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保 護范圍并不受【具體實施方式】的限制。
[0035] 除非另有其它明確表示，否則在整個說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語"包括"或其變 換如"包含"或"包括有"等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而并未排除其它 元件或其它組成部分。
[0036] 實施例1
[0037] 本實施例以酚醛樹脂壓制的三層楊木膠合板膠合強度試件，并采集彩色圖像進行 圖像處理從而計算木破率為例，來說明本發(fā)明的具體內(nèi)容。
[0038] 試件的圖像采集。通過掃描儀獲得試件上破壞區(qū)域的剪切面的彩色掃描圖像，圖 像分辨率為1200dpi。如圖1所示。
[0039] 圖像類型轉(zhuǎn)換。源圖像是彩色圖像，包含色彩和亮度信息等?；诠I(yè)實際需要， 對彩色圖像進行處理時，將彩色圖像進行灰度化處理，如圖2所示。
[0040] 圖像增強處理。從灰度圖像（圖2)可以看出，圖像整體的灰度分布區(qū)間小，破損的 目標(biāo)區(qū)域與其它區(qū)域的差別不明顯，會對后續(xù)的圖像二值化閾值選取過程產(chǎn)生影響。為此， 通過直方圖均衡化、濾波處理、銳化處理的圖像增強處理方法對灰度圖像進行處理，獲得破 損區(qū)域增強的灰度圖像，如圖3所示。
[0041] 圖像分割處理。將增強后的灰度圖像采用自動閾值分割的方法進行分割，得到分 割后的二值圖像，如圖4所示。圖中白色部分為目標(biāo)區(qū)域，即木材破壞部分。
[0042] 圖像形態(tài)學(xué)處理。對圖像分割后得到的二值圖像進行形態(tài)學(xué)處理，去除圖像中存 在的雜點，并通過區(qū)域填充的方法填充連通區(qū)域，獲得處理效果圖像，如圖5所示。
[0043] 統(tǒng)計學(xué)處理計算木破率。統(tǒng)計最終處理效果圖像中木材破壞區(qū)域所占的面積， 以像素數(shù)表示，結(jié)果顯示，圖5中木材破壞區(qū)域像素總數(shù)為148870個，而圖像總像素數(shù)為 575*575 = 330625個，進而計算出木材破壞區(qū)域占圖像比例為148870/330625 = 45. 03%， 即通過圖像處理方法獲得的該膠合強度試件木破率為45. 03%。
[0044] 上述過程如圖14的流程示意圖所示。
[0045] 實施例2
[0046] 本實施例以實木膠合剪切強度試件，采集灰度圖像，進行圖像處理并計算木破率 為例，來說明本發(fā)明的具體內(nèi)容。
[0047] 試件的圖像采集。試件在其加工的膠合過程中所采用的膠粘劑為脲醛樹脂膠粘 齊U，在加工、運輸及使用中產(chǎn)生破損，通過照相機拍攝試件的破壞區(qū)域，獲得試件破損區(qū)域 剪切面的灰度掃描圖像，圖像分辨率為300dpi。如圖6所示。
[0048] 圖像增強處理。同實施例1的圖像增強處理步驟，對采集獲得的灰度圖像（圖7) 進行直方圖均衡化、濾波處理、銳化處理的圖像增強處理，使木材破壞區(qū)域凸顯，如圖8所 /_J、1 〇
[0049] 圖像分割處理。將增強后的圖像采用聚類分析算法進行分割圖像，得到分割后的 二值圖像，如圖9所示。圖中白色部分為目標(biāo)區(qū)域，即木材破壞部分。
[0050] 圖像形態(tài)學(xué)處理。同實施例1的圖像形態(tài)學(xué)處理步驟，對圖像分割后得到的二值 圖像進行形態(tài)學(xué)處理，去除圖像中存在的雜點，并通過區(qū)域填充的方法填充連通區(qū)域，獲得 最終的處理效果圖像，如圖10所不。
[0051] 統(tǒng)計計算木破率。統(tǒng)計最終處理效果圖中木材破壞區(qū)域所占的面積，以像素數(shù)表 示，結(jié)果可知，圖7中木材破壞區(qū)域像素總數(shù)為20685個，而圖像總像素數(shù)為187*176 = 32912個，由此計算出木材破壞區(qū)域占圖像比例為20685/32912 = 62. 85%，即通過圖像處 理方法獲得的該試件木破率為62. 85%。
[0052] 實施例3
[0053] 本實施例以實木膠合剪切強度試件，并采集彩色圖像不經(jīng)過圖像轉(zhuǎn)換處理及圖像 增強處理為例，直接對彩色圖像進行處理，檢測實木膠合木破率。說明本發(fā)明的具體內(nèi)容。
[0054] 試件的圖像采集。圖像采集過程與實施例2相似，但是通過照相機拍攝試件的破 壞區(qū)域，獲得試件破損區(qū)域剪切面的彩色掃描圖像，圖像分辨率為600dpi，彩色圖像如圖 11所示。
[0055] 此時，不經(jīng)過圖像類型轉(zhuǎn)換及增強處理兩個步驟，直接使用k均值聚類方法對圖 像進行分割，得到圖12所示的分割圖像。圖中彩色區(qū)域為目標(biāo)區(qū)域，即木材破壞部分。
[0056] 圖像形態(tài)學(xué)處理。對圖像分割后得到的圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像，通過形態(tài)學(xué)處理操 作，去除圖像中存在的雜點，并通過區(qū)域填充的方法填充連通區(qū)域，獲得最終的處理效果 圖，如圖13所示。
[0057] 統(tǒng)計計算木破率。統(tǒng)計最終處理效果圖中木材破壞區(qū)域所占的面積，以像素數(shù)表 示，可知圖13中木材破壞區(qū)域像素總數(shù)為15371個，而圖像總像素數(shù)為187*176 = 32912 個，由此計算出木材破壞區(qū)域占圖像比例為15371/32912 = 46. 70%，即通過圖像處理方法 獲得的該試件木破率為46. 70%。
[0058] 前述對本發(fā)明的具體示例性實施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述 并非想將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可以進行很多改變 和變化。對示例性實施例進行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實際應(yīng) 用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實施方案以及 各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍意在由權(quán)利要求書及其等同形式所限定。
【權(quán)利要求】
1. 一種快速檢測木破率的方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟： 試件的圖像采集，獲得試件破壞區(qū)域的灰度圖像； 圖像處理，包括將所述灰度圖像進行圖像增強處理、圖像分割處理和圖像形態(tài)學(xué)處 理； 統(tǒng)計學(xué)處理，計算木破率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速檢測木破率的方法，其特征在于：所述試件為按照行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)要求加工的膠合板或?qū)嵞灸z合強度測試的試件，所述圖像采集是通過圖像采集裝置獲 取，優(yōu)選地，所述圖像采集裝置為數(shù)碼相機或掃描儀，優(yōu)選地，所述獲得灰度圖像的分辨率 為300-1200dpi，更優(yōu)選地，所述獲得灰度圖像的分辨率為300-600dpi。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速檢測木破率的方法，其特征在于：所述圖像增強處理包 括直方圖均衡化、對比度增強處理、濾波處理、銳化處理的一種或其組合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速檢測木破率的方法，其特征在于：所述圖像分割處理為 閾值分割或聚類分析方法，分割后得到二值圖像。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速檢測木破率的方法，其特征在于：所述圖像形態(tài)學(xué)處理 包括去除分割處理后的圖像中的噪音，優(yōu)選地，還包括區(qū)域填充連通區(qū)域的操作。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速檢測木破率的方法，其特征在于：所述統(tǒng)計學(xué)處理為計 算形態(tài)學(xué)處理后的圖像中木材破壞區(qū)域的像素數(shù)，除以圖像的總像素數(shù)，輸出被檢測試件 的木破率值，以百分?jǐn)?shù)表示。
7. -種快速檢測木破率的方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟： 試件的圖像采集，獲得試件破壞區(qū)域的彩色圖像； 圖像處理，包括將所述彩色圖像進行圖像分割處理和圖像形態(tài)學(xué)處理；統(tǒng)計學(xué)處理，計 算木破率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的快速檢測木破率的方法，其特征在于：所述試件為按照行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)要求加工的膠合板或?qū)嵞灸z合強度測試的試件，所述圖像采集是通過圖像采集裝置獲 取，優(yōu)選地，所述圖像采集裝置為數(shù)碼相機或掃描儀，優(yōu)選地，所述獲得彩色圖像的分辨率 為300-1200dpi，更優(yōu)選地，所述獲得彩色圖像的分辨率為300-600dpi。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的快速檢測木破率的方法，其特征在于：所述圖像處理步驟中， 在進行圖像分割、圖像形態(tài)學(xué)處理前，還包括將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像的圖像類型轉(zhuǎn)換 處理和圖像增強處理步驟，所述圖像增強處理包括直方圖均衡化、對比度增強處理、濾波處 理、銳化處理的一種或其組合。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的快速檢測木破率的方法，其特征在于：所述圖像分割處理為 閾值或聚類的圖像分割方法，分割后得到二值圖像。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的快速檢測木破率的方法，其特征在于：所述圖像形態(tài)學(xué)處理 包括去除分割處理后的圖像中的噪音，進行區(qū)域填充連通區(qū)域。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的快速檢測木破率的方法，其特征在于：所述統(tǒng)計學(xué)處理為計 算形態(tài)學(xué)處理后的圖像中木材破壞區(qū)域的像素數(shù)，除以圖像的總像素數(shù)，輸出被檢測試件 的木破率值，以百分?jǐn)?shù)表示。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1-12任一項所述的快速檢測木破率的方法，其特征在于：圖像處理 步驟操作通過軟件編程和運行來進行，所述軟件編程是將圖像處理中的任一處理步驟或其 組合作為程序段寫入單片機裝置中，制造便攜式檢測設(shè)備，快速直觀地完成對木破率的檢 測，優(yōu)選地，所述制造的便攜式檢測設(shè)備連接至電腦，完成木破率檢測。
【文檔編號】G06T5/40GK104122259SQ201410353883
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】林蘭英, 傅峰, 何盛, 秦理哲 申請人:中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所