對(duì)基于圖像的蛇形帶子磨損評(píng)估的增強(qiáng)分析的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】對(duì)基于圖像的蛇形帶子磨損評(píng)估的増強(qiáng)分析
[0001]對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2013年3月11日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/776，600的權(quán)益，該申請(qǐng)的全部公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用被結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開(kāi)一般而言針對(duì)測(cè)量帶子磨損(belt wear)，并且更具體而言針對(duì)利用圖像來(lái)識(shí)別帶子磨損的特點(diǎn)并預(yù)測(cè)帶子壽命。
【背景技術(shù)】
[0004]由于乙烯丙烯二烯單體(EPDM)材料的使用，蛇形傳動(dòng)帶變得日益耐用。因此，對(duì)帶子磨損、開(kāi)裂的歷史上可靠的指示發(fā)生頻率較低，但是帶子仍然隨時(shí)間的推移而磨損。由于這些高級(jí)材料的使用而存在的一個(gè)問(wèn)題是故障前磨損檢測(cè)越來(lái)越難以量化。換句話說(shuō)，由EPDM材料制成的蛇形(serpentine)傳動(dòng)帶通常只在帶子完全故障之后被診斷為過(guò)度磨損。
[0005]處理以上識(shí)別出的問(wèn)題的最近進(jìn)展需要與被測(cè)帶子接觸的物理工具。這種工具的例子在全都授予Smith等人的美國(guó)專(zhuān)利N0.7，946，047和美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)N0.2010/0307221中描述，這二者的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用被結(jié)合于此。這些解決方案依賴(lài)于測(cè)量工具與被測(cè)帶子之間的物理接觸。
[0006]開(kāi)發(fā)不依賴(lài)于工具與被測(cè)帶子之間的物理接觸并且可以快速有效地識(shí)別帶子磨損的帶子測(cè)量解決方案將是有用的。如果這種系統(tǒng)減小這種系統(tǒng)操作人員所需的圖像處理負(fù)擔(dān)，則將實(shí)現(xiàn)更多的益處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]用于帶子磨損的無(wú)接觸測(cè)量的一種技術(shù)在申請(qǐng)人的共同未決申請(qǐng)一一即，于2011年 9 月 6 日提交且標(biāo)題為“MEASUREMENT OF BELT WEAR THROUGH EDGE DETECT1N OF ARASTER IMAGE”的申請(qǐng)?zhí)?3/226,266——中描述，該申請(qǐng)所講授的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用被結(jié)合于此。
[0008]為了在分析肋條磨損程度之前校正旋轉(zhuǎn)，一種方法用于確定在數(shù)碼照片中繪出的蛇形帶子的朝向。通過(guò)執(zhí)行照片的反差系數(shù)(gamma)、亮度、對(duì)比度、色調(diào)、顏色通道和其它信息的數(shù)字過(guò)濾操縱，軟件將識(shí)別數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)中被視為代表帶子肋條的縱軸的平行、高縱橫比的四邊形區(qū)域。這種分析的結(jié)果將被用來(lái)定義照片現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)帶子圖像的朝向，并且確立在后續(xù)分析中使用的垂直軸。
[0009]此外，為了在分析肋條磨損程度之前準(zhǔn)確地識(shí)別帶子肋條的朝向和/或數(shù)目，一種方法用于補(bǔ)償蛇形帶子的數(shù)碼照片中不均衡的照明。通過(guò)執(zhí)行照片的反差系數(shù)、亮度、對(duì)比度、色調(diào)、顏色通道和其它信息的數(shù)字過(guò)濾操縱，軟件將規(guī)格化照片各個(gè)區(qū)域中的對(duì)比度水平，以防止邊緣銳度的差異使得軟件不正確地解釋數(shù)據(jù)。
[0010]操作序列:
[0011]通過(guò)在分析開(kāi)始之前處理像素的圖像范圍(分辨率)，其中這一步提供了對(duì)來(lái)自于任何類(lèi)型智能電話的所有圖像都一致的圖像尺寸或者圖像捕捉的焦距，本發(fā)明解決了定義帶子邊緣以及分析歪斜或不平行肋條剖面以獲得改進(jìn)的用戶(hù)接口的現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題。
[0012]算法的步驟1:減小圖像的分辨率，例如減小多達(dá)1/10并且測(cè)量帶子肋條的角度，附加地根據(jù)定義修剪帶子邊緣
[0013]算法的步驟2:返回到圖像的全分辨率并且如下所述的那樣定義肋條邊緣。
[0014]為了找出朝向
[0015]-遮蔽帶子，通過(guò)除去高對(duì)比度區(qū)域進(jìn)行修剪，此外分析像素尺寸(鄰域(neighborhood))的變化閾值或者單個(gè)地分析像素鄰域的閾值
[0016]利用自適應(yīng)閾值開(kāi)放式CV庫(kù)或者具有等效功能的其它庫(kù):
[0017]驗(yàn)證像素鄰域的適當(dāng)尺寸，以定義肋條的數(shù)目
[0018]-通過(guò)選擇不同的像素區(qū)域，諸如5、10、100或附加尺寸的像素鄰域，進(jìn)行一系列分析
[0019]-—個(gè)分析過(guò)程或循環(huán)的例子，用以確定35個(gè)像素的附近鄰域中的黑色或白色外觀是否用于自適應(yīng)閾值分析并且分析是否符合對(duì)多邊形的容限，優(yōu)選地是具有4、5或6個(gè)頂點(diǎn)的多邊形
[0020]-灰度范圍分析的連續(xù)循環(huán)，用以在一個(gè)圖像具有幾個(gè)輪廓時(shí)確定輪廓的黑色或白色圖像區(qū)域
[0021]-通過(guò)多邊形適配處理輪廓-在像素區(qū)域中
[0022]處理大于1/50圖像區(qū)域像素正方形或類(lèi)似尺寸值的區(qū)域的區(qū)域過(guò)濾器，以消除非肋條假性區(qū)域，以及附加地，基于圖像像素尺寸作出多邊形誤差(容限)的處理方法。
[0023]帶子朝向圖像是通過(guò)來(lái)自被檢測(cè)多邊形的主要角(primary angle)的最長(zhǎng)多邊形邊的笛卡爾坐標(biāo)來(lái)求解的
[0024]以上發(fā)明給出了被修剪、旋轉(zhuǎn)并呈現(xiàn)給現(xiàn)有技術(shù)算法的帶子剖面圖像:通過(guò)光柵圖像的邊緣檢測(cè)進(jìn)行帶子磨損的測(cè)量
[0025]-步驟一屏幕截圖-識(shí)別帶子邊緣的圖像[見(jiàn)圖1]
[0026]-步驟二屏幕截圖-帶子肋條的圖像[見(jiàn)圖2]
[0027]-發(fā)明的代碼采樣
[0028][見(jiàn)圖3]
[0029]用于實(shí)現(xiàn)此的一種方法利用一系列操縱，這些操縱將順序地增加照片的差照明區(qū)域中低對(duì)比度的相鄰區(qū)域之間的對(duì)比度，直到它們與照片的良好照明區(qū)域的對(duì)比度相似。通過(guò)更改諸如距離要在分析中使用的相鄰數(shù)據(jù)區(qū)域的目標(biāo)像素的半徑、所應(yīng)用的附加對(duì)比度程度和將確定變換是否應(yīng)用到數(shù)據(jù)的差異閾值之類(lèi)的變量，這些操縱應(yīng)當(dāng)能夠采用少至數(shù)碼照片中一個(gè)或所有數(shù)據(jù)通道中一個(gè)差異數(shù)據(jù)點(diǎn)。這個(gè)過(guò)程類(lèi)似于在數(shù)碼攝影和打印中所使用的、被稱(chēng)為非銳化屏蔽(un-sharp masking)的過(guò)程。
[0030]此外，為了在分析肋條磨損程度之前通知分析軟件，一種方法用于確定在數(shù)碼照片中繪出的帶子中存在的肋條和/或低谷的數(shù)目。利用代表照片的平行四邊形區(qū)域的數(shù)據(jù)，結(jié)合代表做標(biāo)記的肋條頂部的數(shù)據(jù)，將進(jìn)行比較，以確定這兩個(gè)數(shù)據(jù)集是否返回代表照片中表示的帶子中所包含的肋條數(shù)目的一致值。如果這兩個(gè)數(shù)據(jù)集不一致，則由用戶(hù)應(yīng)用的標(biāo)志將被用來(lái)確定帶子上肋條的數(shù)目。這兩個(gè)數(shù)據(jù)集的收集和分析將提供用于確定方法準(zhǔn)確性的方法，并且允許對(duì)軟件的進(jìn)一步精化。
[0031]總的來(lái)說(shuō)，這些改進(jìn)將避免需要讓用戶(hù):
[0032]1.以任何特定的方式確定照片捕捉設(shè)備的朝向
[0033]2.在捕捉之后縮放、旋轉(zhuǎn)、居中或以別的方式操縱照片
[0034]3.在分析之前手動(dòng)輸入帶子肋條的數(shù)目
[0035]4.消除給帶子做標(biāo)記的需求
[0036]所獲取的被測(cè)物體的圖像的質(zhì)量可以是分析被測(cè)物體，諸如帶子，的非接觸分析工具的能力或準(zhǔn)確性當(dāng)中的一個(gè)因素。許多圖像缺陷可以整體或部分地被取消。人眼可以被用來(lái)識(shí)別與帶子圖像關(guān)聯(lián)的許多圖像缺陷。但是，根據(jù)本文的實(shí)施例和權(quán)利要求，基于機(jī)器的圖像校正提供了對(duì)許多帶子圖像缺陷的補(bǔ)救并且還可以提高圖像及其分析的速度和準(zhǔn)確性。
[0037]非接觸分析中的優(yōu)點(diǎn)，諸如通過(guò)帶子圖像的分析對(duì)帶子磨損的測(cè)量，可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)本文所述的實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)提供帶子測(cè)量應(yīng)用，結(jié)合對(duì)某些圖像捕捉缺陷的自動(dòng)校正，諸如帶子相對(duì)于圖像捕捉參考框架的旋轉(zhuǎn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)帶子圖像被旋轉(zhuǎn)或退旋(de-rotate)，使得帶子圖像與成像框架的預(yù)定義軸具有特定的朝向，對(duì)圖像分析的速度和準(zhǔn)確度得以改進(jìn)。因此，在一種實(shí)施例中，提供了帶子圖像的基于機(jī)器的旋轉(zhuǎn)。附加的實(shí)施例說(shuō)明了通過(guò)執(zhí)行諸如修剪、邊緣檢測(cè)和/或帶子肋條檢測(cè)之類(lèi)的操作進(jìn)一步改進(jìn)圖像的能力。
[0038]如在本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“自動(dòng)”及其變體指當(dāng)執(zhí)行過(guò)程或操作時(shí)無(wú)需實(shí)質(zhì)性人為輸入就能完成的任何過(guò)程或操作。但是，即使過(guò)程或操作的執(zhí)行使用實(shí)質(zhì)性或非實(shí)質(zhì)性的人為輸入，如果輸入是在過(guò)程或操作的執(zhí)行之前接收的，則過(guò)程或操作也可以是自動(dòng)的。如果人為輸入影響過(guò)程或操作將如何被執(zhí)行，則該輸入被認(rèn)為是實(shí)質(zhì)性的。允許過(guò)程或操作的執(zhí)行的人為輸入不被認(rèn)為是“實(shí)質(zhì)性的”。
[0039]如在本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)”指參與向處理器提供要執(zhí)行的指令的任何有形儲(chǔ)存器。這種介質(zhì)可以采取許多形式，包括，但不限于，非易失性介質(zhì)、易失性介質(zhì)和傳輸介質(zhì)。非易失性介質(zhì)包括，例如，NVRAM或者磁或光盤(pán)。易失性介質(zhì)包括動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，諸如主存儲(chǔ)器。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的常見(jiàn)形式包括，例如，軟盤(pán)、柔性盤(pán)、硬盤(pán)、磁帶或任何其它磁介質(zhì)，磁-光介質(zhì)，CD-ROM、任何其它光學(xué)介質(zhì)，打孔卡、紙帶、具有孔圖案的任何其它物理介質(zhì)，RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPR0M，就像存儲(chǔ)卡的固態(tài)介質(zhì)，任何其它存儲(chǔ)器芯片或盒，或者計(jì)算機(jī)可以從其讀取的任何其它介質(zhì)。當(dāng)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)被配置為數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解，數(shù)據(jù)庫(kù)可以是任何類(lèi)型的數(shù)據(jù)庫(kù)，例如關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、層次化的、面向?qū)ο蟮模鹊取亩?，本公開(kāi)被認(rèn)為包括本公開(kāi)的軟件實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)在其中的有形存儲(chǔ)介質(zhì)和現(xiàn)有技術(shù)認(rèn)可的等同物和后繼介質(zhì)。
[0040]如在本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“識(shí)別”、“確定”、“算出”、“計(jì)算”及其變體可互換使用并且包括任何類(lèi)型的方法、過(guò)程、數(shù)學(xué)運(yùn)算或技術(shù)。
[0041]如在本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“模塊”指任何已知或以后開(kāi)發(fā)的、能夠執(zhí)行與那個(gè)元件關(guān)聯(lián)的功能的硬