專利名稱：粒子識(shí)別裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括化肥、爆破碎裂物、蔬菜與水果等待測(cè)粒子組，根據(jù)它們的半色調(diào)圖象分離粒子來識(shí)別單體的粒子的粒子識(shí)別裝置，具體涉及到利用粒度分布的測(cè)定和金屬、礦物、纖維等的氣孔的開頭分析等的粒子識(shí)別裝置。
作為這種粒子識(shí)別裝置，已有利用標(biāo)號(hào)的粒子識(shí)別裝置和利用距離變換的粒子識(shí)別裝置。
〔利用標(biāo)號(hào)的粒子識(shí)別裝置(先有技術(shù)1)〕利用標(biāo)號(hào)的粒子識(shí)別裝置按下述步驟識(shí)別粒子。
(1)將待測(cè)粒子組作為圖象捕獲，求得其半色調(diào)圖象。
(2)將(1)中取得的圖象二值化(“0”、“1”)，作為二值圖象(參考

圖11(a))。
(3)對(duì)(2)中求得的二值圖象進(jìn)行標(biāo)號(hào)，求得標(biāo)號(hào)圖象(圖11(b))。
(4)將各標(biāo)號(hào)(①～⑥)識(shí)別為1粒子。
〔利用距離變換的粒子識(shí)別裝置(先有技術(shù)2)〕利用距離變換的粒子識(shí)別裝置按下述步驟識(shí)別粒子。
(1)將待測(cè)粒子組作為圖象捕獲，求得其半色調(diào)(halftone)圖象。
(2)將(1)中取得的圖象二值化(“0”、“1”)，作為二值圖象。
(3)對(duì)(2)中求得的二值圖象作距離變換，求得距離變換圖象(參考圖12(a))。
(4)根據(jù)(3)求得的距離變換圖象，將提取閾值K以上的像素而得的圖象平滑化，獲得結(jié)果圖象線OK(參看圖13(a))。
(5)相對(duì)于(4)求得的結(jié)果圖象線OK，施加互擴(kuò)展而得到圖象E(參考圖13(b))。
(6)根據(jù)圖象DK-1(參看圖13(c))，分類成切斷可能圖象C(參考圖13(d))、切斷不能圖象I(參考圖13(e))、新圖象N(參考圖13(f))。
(7)對(duì)圖象C與圖象E求它們的邏輯積，得到圖象A(參考圖13(g))。
(8)將圖象N平滑化，求得圖象N’(參考圖13(h))。
(9)取圖象A、圖象I與圖象N’的邏輯和，求得圖象OK-1(參考圖13(i))。
(10)重復(fù)步驟(5)～(9)中，同時(shí)從K遞減至1，求得粒子分離圖象。
(11)對(duì)(10)求得的粒子分離圖象加標(biāo)號(hào)，求得標(biāo)號(hào)圖象(參考圖12(b))。
(12)將各標(biāo)號(hào)(①～⑦)作為1粒子識(shí)別。
這種采用距離變換的粒子識(shí)別技術(shù)，例如已示明于特開昭62-211783號(hào)公報(bào)(圖象處理裝置)等之中。
〔本發(fā)明擬解決的問題〕但當(dāng)采用上述先有技術(shù)的粒子識(shí)別裝置時(shí)，對(duì)于利用標(biāo)號(hào)的粒子識(shí)別裝置(先有技術(shù)1)，在2值圖象中，于接觸許多粒子而二值化的情形是把所接觸的多個(gè)粒子作為1個(gè)粒子來識(shí)別的，因而降低了粒子識(shí)別精度。
具體地說，一般在據(jù)圖象識(shí)別粒子時(shí)，粒子的攝影環(huán)境會(huì)起影響，粒子的半色調(diào)圖象多數(shù)情形不清晰，在由2值化求得2值圖象時(shí)，許多粒子也因相互接觸而常會(huì)二值化。但是，利用標(biāo)號(hào)的粒子識(shí)別裝置多數(shù)情形下是把接觸的粒子作為1個(gè)粒子識(shí)別，于是常會(huì)影響粒子的識(shí)別結(jié)果。
要是為了避免上述問題而提高二值化的水平。則會(huì)把粒子作為比實(shí)際頗小的粒子來識(shí)別或是使粒子消失。
另一方面，利用距離變換的粒子識(shí)別裝置(先有技術(shù)2)時(shí)，在2值圖象中即使是因許多粒子接觸而2值化時(shí)，它們也能作為多個(gè)粒子識(shí)別，結(jié)果能進(jìn)行精度良好的粒子識(shí)別。但是這種裝置由于在粒子分離時(shí)應(yīng)用了互斥的擴(kuò)展處理，會(huì)產(chǎn)生分離粒子的形狀與本來粒子的形狀不同的現(xiàn)象，從而難以用于金屬或礦物等氣孔形狀分析之類的目的。這種裝置除距離變換的計(jì)算之外，必須反復(fù)進(jìn)行用于圖象分離的簡并、標(biāo)號(hào)、互斥擴(kuò)展、邏輯和與邏輯積等計(jì)算，使計(jì)算量龐大。因此，需用很長的處理時(shí)間，而只能將這種裝置引入時(shí)間限制松寬的環(huán)境。
此外，在化肥或化工原料等生產(chǎn)車間中，需要測(cè)量傳送帶上流動(dòng)的粒子組的粒度分布，將此粒度分布的測(cè)定結(jié)果用作控制原料與水等投入量的反饋信息等。為此，希望能較快地求得粒子識(shí)別結(jié)果，也希望粒度分布測(cè)定所需的處理時(shí)間更短。在化肥或化工原料等的生產(chǎn)設(shè)備中，須將粒度分布測(cè)定中所用的處理時(shí)間縮短到數(shù)秒之內(nèi)。這樣，先有技術(shù)1因精度的問題難以使用，而先有技術(shù)2由于計(jì)算量龐大，粒度分布的測(cè)定需要幾分鐘的處理時(shí)間而不能使用。
本發(fā)明的提出即是為了解決上述這類問題的，其目的在于提供能高速、高精度地進(jìn)行粒子識(shí)別的粒子識(shí)別裝置。
為了達(dá)到上述目的，第一項(xiàng)發(fā)明是配備有用于求得被測(cè)粒子組半色調(diào)圖象(IG)的圖象輸入裝置(1)；將此圖象輸入裝置(1)求得的半色調(diào)圖象(IG)2值化而作為2值圖象的2值化裝置(2)；對(duì)此2值化裝置(2)2值化的2值圖象(IB)施加距離變換，求得距離變換圖象(ID)的距離變換裝置(3)；對(duì)此距離變換裝置(3)求得的距離變換圖象施加粒子核提取處理而獲得粒子核圖象(IC)的粒子核提取裝置(4)；根據(jù)粒子核提取裝置(4)求得的粒子核圖象(IC)與距離變換裝置(3)求得的距離變換圖象(ID)，施加粒子擴(kuò)展處理而求得粒子分離圖象(IS)的粒子擴(kuò)展裝置。
根據(jù)此項(xiàng)發(fā)明，將被測(cè)粒子組的半色調(diào)圖象(IG)制成二值圖象(IB)，對(duì)此二值圖象(IB)施加距離變換而求得距離變換圖象(ID)，對(duì)此距離變換圖象(ID)施加粒子核提出處理獲得粒子核圖象(IC)，再據(jù)此粒子核圖象(IC)與距離變換圖象(ID)施加粒子擴(kuò)展處理而求得粒子分離圖象(IS)。
第二發(fā)明是在第一發(fā)明之中從距離變換圖象(ID)求出粒子核候選，根據(jù)此粒子核候選間的距離提取粒子核可得到粒子核圖象(IC)，據(jù)此粒子核圖象(IC)與距離變換圖象(ID)施加粒子擴(kuò)展處理而求得粒子分離圖象(IS)。
第三發(fā)明是在第一發(fā)明之中設(shè)定用于粒子核提取處理時(shí)確定粒子核的提取程度的分離參數(shù)(PS)的參數(shù)設(shè)定裝置(6)，另一方面從距離變換圖象(ID)求出粒子核候選，根據(jù)此粒子核候選間的距離與分離參數(shù)(PS)而提取粒子核。
根據(jù)這項(xiàng)發(fā)明，基于粒子核候選間的距離和分離參數(shù)(PS)提取粒子核，得出粒子核圖象(IC)，由此粒子核圖象(IC)與距離變換圖象(ID)施加粒子擴(kuò)展處理可求得粒子分離圖象(IS)。此時(shí)，通過改變分離參數(shù)(PS)，能調(diào)節(jié)粒子核提取處理時(shí)粒子核的提取程度(粒子分離的程度)。
第4發(fā)明是在第二發(fā)明之中對(duì)距離變換圖象(ID)進(jìn)行3×3像素附近的加法運(yùn)算求得第1中間圖象(IT1)；對(duì)此第1中間圖象(IT1)施行輸出3×3像素附近最大值的過濾處理而求得第2中間圖象(IT2)；利用從第1與第2中間圖象(IT1、IT2)提取出等值點(diǎn)的圖象對(duì)距離變換圖象(ID)進(jìn)行掩蔽，而求得表示粒子候選的第3中間圖象(IT3)。
根據(jù)這項(xiàng)發(fā)明，對(duì)距離變換圖象(ID)進(jìn)行3×3像素附近的加法運(yùn)算，可求得第1中間圖象(IT1)；對(duì)此第1中間圖象(IT1)施加輸出3×3像素附近最大值的濾波處理，可得到第2中間圖象(IT2)；而用從第1與第2中間圖象(IT1，IT2)提取出等值點(diǎn)的圖象來掩蔽距離變換圖象(ID)，則可求得示明粒子核候選的第3中間圖象(IT3)。根據(jù)此第3中間圖象(IT3)中粒子核候選間的距離提取粒子核，可以求得粒子核圖象(IC)。
第5發(fā)明是在第3發(fā)明之中對(duì)距離變換圖象(ID)進(jìn)行3×3像素附近的加法運(yùn)算，求得第1中間圖象(IT1)；對(duì)此第1中間圖象(IT1)施行輸出3×3像素附近最大值的過濾處理，求得第2中間圖象(IT2)；用從第1與第2中間圖象(IT1，IT2)提取出等值點(diǎn)的圖象來進(jìn)行掩蔽求得示明粒子核候選的第3中間圖象(IT3)。
根據(jù)這項(xiàng)發(fā)明，對(duì)距離變換圖象(ID)進(jìn)行3×3像素附近的加法運(yùn)算求得第1中間圖象(IT1)；對(duì)此第1中間圖象(IT1)進(jìn)行輸出3×3像素附近最大值的濾波處理，求得第2中間圖象(IT2)；用從第1與第2中間圖象(IT1，IT2)提取出等值點(diǎn)的圖象來進(jìn)行掩蔽，求得示明粒子核候選的第3中間圖象(IT3)。根據(jù)此第3中間圖象(IT3)中粒子核候選之間的距離與分離參數(shù)(PS)，提取粒子核而求得粒子核圖象(IC)。
第6發(fā)明是在第5發(fā)明之中對(duì)第3中間圖象(IT3)乘以分離參數(shù)(PS)求得第4中間圖象(IT4)，對(duì)此第4中間圖象(IT4)施以逆距離變換求得第5中間圖象，對(duì)此第5中間圖象(IT5)進(jìn)行標(biāo)號(hào)求得第6中間圖象(IT6)，再以第3中間圖象(IT3)掩蔽此第6中間圖象(IT6)而獲得粒子核圖象(IC)。
根據(jù)這項(xiàng)發(fā)明，通過對(duì)第3中間圖象(IT3)乘以分離變數(shù)(PS)求得第4中間圖象(IT4)，對(duì)此第4中間圖象施以逆距離變換而得到第5中間圖象(IT5)，對(duì)此第5中間圖象(IT5)進(jìn)行標(biāo)號(hào)求得和6中間圖象(IT6)，再以第3中間圖象(IT3)掩蔽此第6中間圖象(IT6)而獲得粒子核圖象(IC)。
第7發(fā)明是在第1～第6發(fā)明之中設(shè)置粒子分布運(yùn)算裝置(7)，用來根據(jù)粒子擴(kuò)展裝置(5)得到的粒子分離圖象(IS)求出的各粒子大小，計(jì)算出粒度分布。
圖1是示明本發(fā)明一實(shí)施形式的粒子識(shí)別裝置主要部分的框圖。
圖2概示粒子識(shí)別裝置中從2值圖象開始到求得粒子分離圖象上的情形。
圖3是示明粒子提取部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖。
圖4是示明粒子擴(kuò)展部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖。
圖5(a)是示明顯示器上顯示的6mm球狀粒子組的粒子圖象(2值圖象)的照片，圖5(b)示明顯示器上顯示的由先有技術(shù)1的方法求得的粒子分離結(jié)果的照片，圖5(c)示明顯示器上顯示的由先有技術(shù)2的方法求得的粒子分離結(jié)果的照片，圖5(d)示明顯示器上顯示的由本發(fā)明的方法求得的粒子分離結(jié)果。
圖6示明各種方法的處理時(shí)間。
圖7(a)示明顯示器上顯示的傳送帶上化肥粒子圖像(2值圖像)的照片，圖7(b)示明顯示器上顯示的由先有技術(shù)1的方法求得的粒子分離結(jié)果的照片，圖7(c)示明顯示器上顯示的由先有技術(shù)2的方法求得的粒子分離結(jié)果的照片，圖7(d)示明顯示器上顯示的由本發(fā)明的方法求得的粒子分離結(jié)果的照片。
圖8示明各種方法的處理時(shí)間。
圖9是在圖1的結(jié)構(gòu)中增設(shè)了粒度分布計(jì)算部的粒度識(shí)別裝置的框圖。
圖10例示粒子核提取部的處理。
圖11(a)示明利用標(biāo)號(hào)的粒度識(shí)別裝置(先有技術(shù)1)的粒子識(shí)別過程中的2值圖像，圖11(b)示明此粒子識(shí)別結(jié)果的標(biāo)號(hào)圖像。
圖12(a)示明利用距離變換的粒子識(shí)別裝置(先有技術(shù)2)的粒子識(shí)別過程中的距離變換圖像，圖12(b)示明此粒子識(shí)別結(jié)果的標(biāo)號(hào)圖像。
圖13說明應(yīng)用距離變換的粒子識(shí)別裝置(先有技術(shù)2)的粒子識(shí)別過程。
下面根據(jù)實(shí)施形式詳細(xì)說明本發(fā)明。圖1是示明本發(fā)明一實(shí)施形式的粒子識(shí)別裝置主要部分的框圖。在此圖中，1為圖像輸入部，2為2值化部，3為距離變換部，4為粒子核提取部，5為粒子擴(kuò)展部，6為參數(shù)設(shè)定部，7為粒子識(shí)別部。
圖像輸入部1求得拍攝的N×N像素的被測(cè)粒子組的半色調(diào)圖像IGIG(x，y)(x，y=0，1，…，N-1)。
2值化部根據(jù)半色調(diào)圖像IG和預(yù)定的閾值T，用下式求得2值圖像IB(x，y)(x，y=0，1，…，N-1)(參看圖2(a))。(式1)IB(x,y)={0IG(x,y)<T1IG(x,y)≥T]]>
距離變換部3對(duì)2值圖像IB施加距離變換，得到距離變換圖像ID(參看圖2(b))。這時(shí)的距離變換，在2值圖像之中，對(duì)于值不是“0”的圖像給以把到值“0”的像素的最短距離作為值的變換處理，實(shí)際上，在把IB復(fù)制到ID上之后，由掃描對(duì)下式的處理進(jìn)行兩次。
ID(x，y)=min(ID(a，b)){a=x-1～x+1，b=y-1～y+1}+1粒子核提取部4由距離變換圖像求出粒子核候選，根據(jù)此粒子核候選之間的距離與分離參數(shù)PS提取粒子核，得到粒子核圖像ICIC(x，y){x，y=0，1，…，N-1}(參看圖2(c))。
粒子擴(kuò)展部5把距離變換圖像ID和粒子核圖像IC作為輸入，根據(jù)距離變換的值，對(duì)粒子核圖像IC中的粒子核施加粒子擴(kuò)展處理，得到粒子分離圖像ISIS(x，y){x，y=0，1，…，N-1}(參看圖2(d))。
參數(shù)設(shè)定部6相對(duì)于粒子核提取部4，設(shè)定確定此粒子核提取處理時(shí)提取程度(粒子分離程度)的分離參數(shù)PS。
圖3是示明粒子核提取部4的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖。粒子核提取部4設(shè)有加法過濾器4-1、最大過濾器4-2、第一掩蔽過濾器4-3、比例過濾器4-4、逆距離變換部4-5、標(biāo)號(hào)部4-6與第二掩蔽過濾器4-7。
加法過濾器4-1對(duì)來自距離變換部3的距離變換圖像ID進(jìn)行3×3像素附近的加法運(yùn)算，得到中間圖像IT1IT1(x，y)(x，y=0，1，…，N-1)(參看圖10(b))。(式2)IT1(x,y)=Σa=x-1x+1Σb=y-1y+1ID(a,b)]]>最大過濾器4-2對(duì)得自加法過濾器4-1的中間圖像IT1施行輸出3×3像素附近最大值的過濾處理，得到中間圖像IT2IT2(x，y){x，y=0，1，…，N-1}(參看圖10(c))。
IT2(x，y)=max(IT1(a，b)){a=x-1～x+1，b=y-1～y+1}第1掩蔽4-3用由中間圖像IT1、IT2提取頂點(diǎn)(等值點(diǎn))的圖像掩蔽距離變換部3所得的距離變換圖像ID，得到表示粒子核候選的中間圖像IT3IT3(x，y){x，y=0，1，…，N-1}(參看圖10(d))。此時(shí)，在圖10(d)中，由像素值2表示的區(qū)域Sa和由像素值“1”表示的區(qū)域Sb以及Sc，成為粒子核候選。(式3)IT3(x,y)={0←IT1(x,y)!=IT2(x,y)ID(x,y)←IT1(x,y)==IT2(x,y)]]>在本說明書的公式中，“==”表示左邊與右邊相等，“!=”表示左邊與右邊不等，“=”表示將右邊的值代入左邊的變數(shù)。
比例過濾器4-4對(duì)中間圖像IT3乘以得自參數(shù)設(shè)定部6的分離參數(shù)PS，得到中間圖像IT4IT4(x，y){x，y=0，1，…，N-1}(參考圖10(e))。
IT4(x，y)=PS×IT3(x，y)逆距離變換部4-5對(duì)中間圖形IT4由掃描進(jìn)行2次下式的處理，施加逆距離變換，得到中間圖像IT5IT5(x，y){x，y=0，1，…，N-1}(參看圖10(f))。(式4) 標(biāo)號(hào)部4-6在中間圖像IT5中對(duì)非“0”的像素進(jìn)行標(biāo)號(hào)，得到中間圖像IT6；IT6(x，y){x，y=0，1，…，N-1}(參考圖10(g))。此時(shí)，參考圖10(g)，對(duì)由圖10(e)中像素值“3”表示的區(qū)域Sa’以及由像素值“1”表示的與該區(qū)域Sa’接近的區(qū)域Sb’的逆距離變換區(qū)S1，給以標(biāo)號(hào)①，而對(duì)圖10(e)中與區(qū)域Sa’分離開的位置處以像素值“1”所示區(qū)域Sc’中的逆距離變換區(qū)S2，給以標(biāo)號(hào)②。
第二掩蔽濾波器4-7用中間圖像IT3掩蔽中間圖像IT6，得到粒子核圖像IC；IC(x，y){x，y=0，1，…，N-1}(參看圖10(h))。此時(shí)，參考圖10(h)，圖10(d)中的粒子核候選Sa與Sb作為標(biāo)號(hào)①所示的一種粒子核提取出，而粒子核候選Sc作為標(biāo)號(hào)②所示的一種粒子核提取出。(式5)IC(x,y)={0←IT3(x,y)!=0IT6(x,y)←IT3(x,y)==0]]>圖4是示明粒子擴(kuò)展部5的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖。粒子擴(kuò)展部5包括粒子及附加部5-1、擴(kuò)展分離部5-2與循環(huán)控制部5-3。
粒子皮附加部5-1當(dāng)從循環(huán)控制部5-3接收到循環(huán)計(jì)數(shù)子后，從距離變換部3求得距離變換圖象ID，進(jìn)而在Z的值是距離變換的最大值時(shí)從粒子核提取部4求得粒子核圖象，而在此之外的情形由擴(kuò)展分離部5-2求得中間分離圖象IL，并將ID中值為Z的部分作為粒子皮而附加到IC或IL上，形成粒子皮圖象IE。(式6) 擴(kuò)展分離部5-2通過對(duì)粒子皮圖象IE由掃描進(jìn)行2次下述的處理，將粒子標(biāo)號(hào)附于粒子皮上，使粒子擴(kuò)展，形成中間分離圖象IL。此膨脹分離按下述方式進(jìn)行。
(1)復(fù)制IE形成IL。
(2)IL(x，y)!=1的部分保持不變。
(3)當(dāng)IL(x，y)==1而在3×3像素附近存在值“-1”時(shí)，IL(x，y)=-1。
(4)當(dāng)IL(x，y)==1而在3×3像素附近存在一種標(biāo)號(hào)值(2或2以上的整數(shù))時(shí)，對(duì)IL(x，y)給予其標(biāo)號(hào)值。
(5)當(dāng)IL(x，y)==1而在3×3像素附近存在2或2種以上的標(biāo)號(hào)值，IL(x，y)=-1。
循環(huán)控制部5-3是進(jìn)行循環(huán)控制的控制部，由距離變換的最大值使循環(huán)計(jì)數(shù)初始化，在每次從擴(kuò)展分離部5-2接收中間分離圖象IL而Z非0時(shí)，將Z的值減1輸入粒子皮附加部5-1，繼續(xù)此循環(huán)。當(dāng)Z為0時(shí)，據(jù)IE(x，y)形成粒子分離圖象ISIS(x，y){x，y=0，1，…，N-1}，向粒子識(shí)別部輸出而結(jié)束此循環(huán)。
粒子識(shí)別部7從粒子擴(kuò)展部5輸入粒子分離圖象IS，將各標(biāo)號(hào)作為1個(gè)粒子識(shí)別。(式7)IS(x,y)={IE(x,y)←IE(x,y)!=-10←IE(x,y)==-1]]>
應(yīng)用此粒子識(shí)別裝置根據(jù)被測(cè)粒子組的半色調(diào)圖象來分離粒子時(shí)，在2值圖象之中，即使多個(gè)粒子接觸而2值化時(shí)，也能把它們作為各個(gè)獨(dú)立的粒子識(shí)別。此外，即使粒子有很大的變形時(shí)，也能作為1個(gè)粒子識(shí)別而不會(huì)錯(cuò)誤地分離。這種情形下，根據(jù)測(cè)定對(duì)象粒子的重合特性或圖象輸入精度的偏差與測(cè)定環(huán)境等因素，通過設(shè)定適當(dāng)?shù)姆蛛x參數(shù)PS，就能進(jìn)行精確的粒子識(shí)別。具體地說，通過調(diào)整分離參數(shù)PS，能夠調(diào)節(jié)粒子核的提取程度(粒子的分離程度)，由此便可精確地識(shí)別粒子。由此，采用了這種粒子識(shí)別裝置時(shí)，即使粒子圖象不清楚，也能以更高的精度分離粒子，同時(shí)能提高粒子識(shí)別精度。此外，由于是對(duì)于提取出的粒子核沿著距離變換值進(jìn)行粒子擴(kuò)展，就能在盡可能不改變?cè)瓉砹Ｗ拥男螤钕逻M(jìn)行粒子分離，因而能以更高的精度識(shí)別粒子。
在這種粒子識(shí)別裝置中，首先進(jìn)行距離變換，于粒子核提取出后，通過重復(fù)處理，使粒子核多次擴(kuò)展，由此得到最終的分離圖象。在此考察進(jìn)行1次循環(huán)處理所需要的計(jì)算量，先有技術(shù)2在每進(jìn)行1次循環(huán)處理中要進(jìn)行簡并、標(biāo)號(hào)、互斥的擴(kuò)展、邏輯和以及邏輯等處理，因而需用龐大的計(jì)算量，與此相反，本實(shí)施形式的粒子識(shí)別裝置由于在每次循環(huán)處理中只需進(jìn)行粒子核的擴(kuò)展，它的計(jì)算量就遠(yuǎn)比先有技術(shù)2的少，結(jié)果整體處理中所需的計(jì)算量就比先有技術(shù)2的少。
下面通過模擬來驗(yàn)證本實(shí)施形式的粒子識(shí)別裝置的效果。準(zhǔn)備了兩種用作粒子圖象的圖象。
首先，拍攝6mm的球狀粒子組，把2值化的圖象作為粒子圖象，用先有技術(shù)1的方法、先有技術(shù)2的方法和本發(fā)明的方法，分別進(jìn)行粒子識(shí)別，對(duì)粒子識(shí)別結(jié)果與處理所需時(shí)間進(jìn)行比較。比較結(jié)果示明于圖5(a)～圖5(d)中。圖5(a)示明粒子圖象(2值圖象)。圖5(b)示明應(yīng)用先有技術(shù)1的方法得到的粒子識(shí)別結(jié)果，圖5(c)示明應(yīng)用先有技術(shù)2的方法得到的粒子識(shí)別結(jié)果。圖5(d)示明應(yīng)用本發(fā)明的方法得到的粒子識(shí)別結(jié)果。
根據(jù)這些結(jié)果得知下述事實(shí)。在先有技術(shù)1的方法中，處理速度雖然高，但當(dāng)有許多粒子接觸而2值化時(shí)，會(huì)把接觸的許多粒子作為1個(gè)粒子來識(shí)別。
在先有技術(shù)2的方法中，即使是多個(gè)粒子接觸而2值化時(shí)，也能把它們一一作為獨(dú)立的粒子識(shí)別，因而可以高精度地識(shí)別粒子。如圖6所示，計(jì)算量多需要較長的處理時(shí)間，難以適合時(shí)間限制嚴(yán)苛的用途。
本發(fā)明的方法即使是在許多粒子接觸而2值化時(shí)，也能把它們分別作為獨(dú)立粒子識(shí)別，而且能減少計(jì)算量，使其計(jì)算量比先有技術(shù)2的計(jì)算量減少至少一半。
其次拍攝傳送帶上的化肥料，把2值化的圖象作為粒子圖象，用先有技術(shù)1的方法、先有技術(shù)2的方法和本發(fā)明的方法，分別進(jìn)行粒子的識(shí)別，并且比較粒子識(shí)別結(jié)果與處理所需的時(shí)間。比較結(jié)果示明于圖7(a)～圖7(d)。圖7(a)示明粒子圖象(2值圖象)。圖7(b)示明先有技術(shù)1的方法的粒子識(shí)別結(jié)果。圖7(c)示明先有技術(shù)2的方法的粒子識(shí)別結(jié)果。圖7(d)示明本發(fā)明的方法的粒子識(shí)別結(jié)果。
根據(jù)這些結(jié)果可知下述事實(shí)。在先有技術(shù)1的方法中，粒子圖象中有已二值化的接觸的粒子，因此，許多接觸的粒子會(huì)作為1個(gè)粒子被識(shí)別，從而會(huì)得到不正確的粒子識(shí)別結(jié)果。
在先有技術(shù)2的方法中，對(duì)多個(gè)粒子接觸而2值化的部分雖然進(jìn)行了分離，但由于是采用互斥的擴(kuò)張進(jìn)行粒子分離，分離的粒子的形狀會(huì)變形成為與原有粒子圖象的形狀頗不相同的結(jié)果。此外，先有技術(shù)2的方法中計(jì)算量多，因而處理時(shí)間長。
本發(fā)明的方法中，多個(gè)粒子相接觸且二值化的部分中的粒子的擴(kuò)展分離是依循距離變換的值進(jìn)行，因而分離的粒子的形狀與原來粒子圖象的形狀相比變形少，可說是在原圖象中進(jìn)行精確的粒子分離。結(jié)果能進(jìn)行精度更高的粒子識(shí)別。還由于可減少計(jì)算量，能使其計(jì)算量比先有技術(shù)2的一半還少。
根據(jù)上述結(jié)果，本發(fā)明的方法即使在多個(gè)粒子相接觸的情形，也能以較接近原來粒子圖象的形狀進(jìn)行粒子分離，因而在粒子識(shí)別結(jié)果方面與先有技術(shù)1或先有技術(shù)2比較時(shí)，能得到精度更高的結(jié)果。
此外，通過減少了循環(huán)處理1次的計(jì)算量，能減少整體的計(jì)算量，這同先有技術(shù)2的方法相比，所需的計(jì)算量少，這對(duì)于先有技術(shù)2的方法因計(jì)算量成為問題時(shí)，通過引入本發(fā)明的方法，就能出現(xiàn)解決問題的情形。
這樣，在把本發(fā)明的方法引入化肥設(shè)備等的對(duì)象設(shè)備中進(jìn)行粒子識(shí)別，根據(jù)由此得到的粒子分離圖象來求得各粒子的大小而算出粒子分布時(shí)，即使是在環(huán)境不良而不能獲得清晰的粒子圖象的情形，也能進(jìn)行精確的粒度分布測(cè)量，而且對(duì)于設(shè)備來進(jìn)行連續(xù)的控制時(shí)，也能以不受約束的處理時(shí)間來進(jìn)行粒度分布的測(cè)量。這就是說，從精度與處理時(shí)間綜合方面考慮，本發(fā)明的識(shí)別裝置能用于適合設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制的粒度分布測(cè)量，可應(yīng)用于不能采用先有技術(shù)2的設(shè)備中。結(jié)果可以改進(jìn)設(shè)備的控制和運(yùn)轉(zhuǎn)效率，還能促進(jìn)降低設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。
圖9示明附加有粒度分布運(yùn)算部的粒度識(shí)別裝置的框圖。這時(shí)的粒度分布運(yùn)算部根據(jù)粒子分離圖象，由各粒子的面積求出與相當(dāng)于圓的直徑以之為各粒子的直徑，將直徑換算為重量比，合計(jì)這些重量比，由此求得粒度分布。
從以上所述可知，根據(jù)本發(fā)明，在第1發(fā)明中使被測(cè)粒子組的半色調(diào)圖象成為2值圖象對(duì)此2值圖象施行距離變換求得距離變換圖象。對(duì)此距離變換圖象施加粒子核提取處理求得粒子核圖象，根據(jù)此粒子核圖象與距離變換圖象施加粒子擴(kuò)展處理而獲得粒子分離圖象，由此可以高速和高精度地識(shí)別粒子。這就是說，能夠分離重合的粒子，分離精度比先有技術(shù)1高而處理負(fù)載比先有技術(shù)2輕，可以高速和高精度地進(jìn)行粒子識(shí)別。這樣能在精度和處理時(shí)間綜合性能上，進(jìn)行適用于生產(chǎn)設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行控制下的粒子識(shí)別。
第2發(fā)明是在第1發(fā)明中從距離變換圖象求出粒子核候選，根據(jù)此粒子核候選間的距離提取粒子核，把距離相互接近的粒子候選視作為1個(gè)粒子核，由此可以提高粒子核的提取精度。
第3發(fā)明是在第1發(fā)明之中設(shè)置參數(shù)設(shè)定裝置，用來設(shè)定粒子核提取處理時(shí)確定粒子核提取程度的分離參數(shù)，另一方面，從距離變換圖象求出粒子核候選，根據(jù)粒子核候選之間的距離與分離參數(shù)以提取粒子核，由此可根據(jù)測(cè)定對(duì)像粒子的重合特性或圖象輸入精度的標(biāo)準(zhǔn)離差以及測(cè)定環(huán)境等因素，通過設(shè)定適當(dāng)?shù)姆蛛x參數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)與測(cè)定對(duì)象相一致的粒子識(shí)別。
第4項(xiàng)發(fā)明是在第2發(fā)明之中對(duì)距離變換圖象進(jìn)行3×3像素附近的加法運(yùn)算而求得第1中間圖象，對(duì)此第1中間圖象施加輸出3×3像素附近最大值的過濾處理而求得第2中間圖象，利用從第1與第2的中間圖象提取出等值點(diǎn)的圖象對(duì)距離變換圖象進(jìn)行掩蔽，而求得表示粒子候選的第3中間圖象，由此能可靠地探測(cè)出粒子核候選，提高粒子識(shí)別精度。
第5發(fā)明是在第3發(fā)明之中對(duì)距離變換圖象進(jìn)行3×3像素附近的加法運(yùn)算求得第1中間圖象，對(duì)此第1中間圖象施行輸出3×3像素附近最大值的過濾處理求得第2中間圖象，用從第1與第2中間圖象提取出等值點(diǎn)的圖象來進(jìn)行掩蔽求得示明粒子核候選的第3中間圖象，由此能可靠地探測(cè)出粒子候選，提高粒子識(shí)別精度。
第6發(fā)明是在第5發(fā)明之中對(duì)第3中間圖象乘以分離參數(shù)求得第4中間圖象，對(duì)此第4中間圖象施以逆距離變換而得到第5圖象，對(duì)此第5中間圖象進(jìn)行標(biāo)號(hào)求得第6中間圖象，再以第3中間圖象掩蔽此第6中間圖象而獲得粒子核圖象，由此能可靠地探測(cè)出粒子候選，提高粒子識(shí)別精度。
第7發(fā)明是在第1～第6發(fā)明之中設(shè)置粒子分布運(yùn)算裝置，根據(jù)粒子擴(kuò)展裝置得到的粒子分離圖象求得的各粒子大小，計(jì)算出粒度分布，由此能夠高速和高精度地進(jìn)行粒度分布的測(cè)定。這就是說，能夠分離重合的粒子來測(cè)定粒度分布，能進(jìn)行分離精度比先有技術(shù)1優(yōu)越而處理負(fù)載比先有技術(shù)2輕的高速與高精度的粒度分布測(cè)定。由此，本發(fā)明在精度與處理時(shí)間的綜合性能方面能適用于生產(chǎn)設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行控制，可以適用于不能采用先有技術(shù)2的設(shè)備。結(jié)果可以改進(jìn)設(shè)備的控制和促進(jìn)設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用的降低。
權(quán)利要求
1．一種粒子識(shí)別裝置，其特征在于包括用于求得被測(cè)粒子組半色調(diào)圖象的圖象輸入裝置；將此圖象輸入裝置求得的半色調(diào)圖象2值化而作為2值圖象的2值化裝置；對(duì)此2值化裝置2值化的2值圖象施加距離變換而求得距離變換圖象的距離變換裝置；對(duì)此距離變換裝置求得的距離變換圖象施加粒子核提取處理而獲得粒子核圖象的粒子核提取裝置；根據(jù)此粒子核提取裝置求得的粒子核圖象與距離變換裝置求得的距離變換圖象，施加粒子擴(kuò)展處理而求得粒子分離圖象。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的粒子識(shí)別裝置，其特征在于，上述粒子核提取裝置根據(jù)所述距離變換裝置求得的距離變換圖象求出粒子核候選，再基于此粒子核候選間的距離提取粒子核。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的粒子識(shí)別裝置，其特征在于，此識(shí)別裝置備有參數(shù)設(shè)定裝置，用來在上述粒子核提取處理時(shí)設(shè)定確定粒子核提取程度的分離參數(shù)；而前述粒子核提取裝置由所述距離變換裝置求得的距離變換圖象求出粒子核候選，根據(jù)此粒子核候選之間的距離與前述分離參數(shù)提取粒子核。
4．根據(jù)權(quán)利要求2所述的粒子識(shí)別裝置，其特征在于，上述粒子核提取裝置對(duì)由所述距離變換裝置求得的距離變換圖象進(jìn)行3×3像素附近的加法運(yùn)算求得第1中間圖象，對(duì)此第1中間圖象施行輸出3×3像素附近最大值的過濾處理而求得第2中間圖象；利用從此第1與第2中間圖象提取出等值點(diǎn)的圖象對(duì)前述距離變換圖象進(jìn)行掩蔽而求得表示粒子候選的第3中間圖象。
5．根據(jù)權(quán)利要求3所述的粒子識(shí)別裝置，其特征在于，上述粒子核提取裝置對(duì)前述距離變換裝置所得的距離變換圖象進(jìn)行3×3像素附近的加法運(yùn)算求得第1中間圖象，對(duì)此第1中間圖象施行輸出3×3像素附近最大值的過濾處理求得第2中間圖象，用從第1與第2中間圖象提取出等值點(diǎn)的圖象來進(jìn)行掩蔽求得示明粒子核候選的第3中間圖象。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的粒子識(shí)別裝置，其特征在于，上述粒子核提取裝置對(duì)第3中間圖象乘以分離參數(shù)求得第4中間圖象，對(duì)此第4中間圖象施以逆距離變換求得第5中間圖象，對(duì)此第5中間圖象進(jìn)行標(biāo)號(hào)求得第6中間圖象，再以第3中間圖象掩蔽此第6中間圖象而獲得粒子核圖象。
7．根據(jù)權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的粒子識(shí)別裝置，其特征在于，此裝置設(shè)有粒子分布運(yùn)算裝置，用來根據(jù)前述粒子擴(kuò)展裝置得到的粒子分離圖象求出的各粒子大小，計(jì)算出粒度分布。
全文摘要
由圖象輸入裝置(1)形成探測(cè)粒子組的半色調(diào)圖象(IG)。將此數(shù)據(jù)表示的半色調(diào)圖象(IG)由2值化裝置(2)2值化形成2值化圖象(IB)。由距離變換裝置(3)對(duì)此二值化圖象(IB)施行距離變換,形成距離變換圖象(ID)。用粒子核提取裝置(4)對(duì)此距離變換圖象進(jìn)行粒子核提取,形成粒子核圖象(IC)。為此,由粒子核提取裝置(4)根據(jù)距離變換圖象求得粒子核候選,同時(shí)依據(jù)粒子核候選之間的距離和分離參數(shù)(PS)提取粒子核而形成粒子核圖象(IC)。用粒子擴(kuò)展裝置(5)處理粒子核圖象(IC)和距離變換圖象(IC),使粒子擴(kuò)展而形成粒子分離圖象(IS)。為此,根據(jù)此距離變換的值處理粒子核圖象(IC)中的粒子核而形成粒子分離圖象(IS),由此粒子分離圖象(IS)能高精度地高速識(shí)別粒子。
文檔編號(hào)G06T7/00GK1284189SQ9881337
公開日2001年2月14日 申請(qǐng)日期1998年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月30日
發(fā)明者風(fēng)戶裕彥, 細(xì)居智樹 申請(qǐng)人:株式會(huì)社山武