[发明专利]一种基于椭圆拟合的原木板材孔洞缺陷检测与定位方法

权利要求书

1.一种基于椭圆拟合的原木板材孔洞缺陷检测与定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.使用拍摄设备于原木板材运输传送带上方垂直向下对原木板材进行拍照，获得原木板材的图像；

S2.对原木板材的图像中的每一个像素点做色差均方值运算，然后依据色差均方值对原木板材的图像做二值化处理，将色差均方值大于某一设定值的像素点设置为1，而将色差均方值小于某一设定值的像素点设置为0；由此分离出孔洞和背景；

S3.对步骤S2得到的二值化图像利用二值连通区域标记法于全域内标定孔洞边缘点，完成每一个孔洞边缘点的标定和逐次编号；

S4.对步骤S3得到的每一个孔洞边缘点分别进行椭圆拟合，使拟合椭圆能最小化的完全覆盖孔洞；

S5.对步骤S1中原木板材两端用于压实板材的绘有定标线的固定条进行像素度量，从而实现在整幅图像中的像素级定位，结合拟合椭圆信息将椭圆的圆心点精确定位，并发送给数控机床设备；

所述步骤S4实现椭圆圆心点精确定位的具体过程如下：

利用标记出来孔洞的n个边缘点(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，…(x_n,y_n)拟合一个覆盖空洞最小面积的椭圆，按照最小二乘法求拟合椭圆方法，椭圆曲线可以表示为：

若考虑中心点偏移，不在原点则椭圆的另外一个描述形式为：

整理得：

令：

则展开式可以表示为：

Ax²+By²+Cxy＝1

该式表明椭圆长短轴已不再和坐标轴平行，但中心仍在原点，将中心点移到(x₀,y₀)得到：

A(x-x₀)²+By(y-y₀)²+C(x-x₀)(y-y₀)＝1

展开有：

对应椭圆一般方程为：

x²+gxy+cy²+dx+ey+f＝0

其中确定了参数g，c，d，e，f就可以得到椭圆中心(x₀,y₀)，旋转角度θ、以及长短轴a和b，这五元一次方程组的最小二乘解；

若某点(x_i,y_j)带入有误差ε_i，最小二乘原理就是用极小化方程误差的平方和来确定各指标参数；

故对各个参数求一阶偏导

求解上述方程从而求得最小二乘意义上的各个参数g，c，d，e，f，从而求得椭圆中心(x₀,y₀)，旋转角度θ、以及长短轴a和b。

2.根据权利要求1所述的基于椭圆拟合的原木板材孔洞缺陷检测与定位方法，其特征在于：所述步骤S2进行色差均方值运算的具体过程如下：

1)先取每一个像素点P_x,y(R,G,B)的RBG三色值的平均值

2)求取该点与三色平均值的均方值θ：

3.根据权利要求1所述的基于椭圆拟合的原木板材孔洞缺陷检测与定位方法，其特征在于：所述步骤S3对孔洞边缘点编号的具体过程如下：

对于背景为0，孔洞为1的二值图像，从上往下进行逐行图像扫描，把每一行中连续的黑色像素组成一个序列成为一组，记录其开始位置、终止位置以及其所在行号；扫描下一行时，同样寻找连续黑色像素的组，如果跟上一行的组有重合区域，则将上一行的组标赋值给它；如果它与上一行两个以上的组有重叠区域，则给当前组赋一个相连组的最小标号，并将上一行的组标记写入等价对；将相同标号的组中每一行等价对转换为等价序列，每一个序列用给定一相同标号，标号从2开始，给每一个等价序列一个标号；遍历开始组的标记，查找等价序列，给予等价序列新的标记，即完成孔洞边缘点搜索和编号。