способ контроля и определения средней длины стеблей льняной тресты и их разброса по вершиночным и комлевым концам
Классы МПК: | G01B11/03 посредством определения координат точек |
Автор(ы): | Румянцева Ирина Анатольевна (RU), Пашин Евгений Львович (RU), Куликов Андрей Владимирович (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт по переработке лубяных культур" Российской академии сельскохозяйственных наук (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2006-04-13 публикация патента:
27.09.2007 |
Способ контроля и определения средней длины стеблей льняной тресты и их разброса по вершиночным и комлевым концам, включающий контроль и расчет параметров стеблей в ленте, в котором контроль производят путем получения совокупности по длине ленты цифровых черно-белых изображений стеблей и их анализа, включающем суммирование числа черных пикселей в каждой вертикальной строке по ширине изображения, построение кривой распределения полученных сумм, ее аппроксимацию полиномом и нахождение координат точек перегиба на восходящем и нисходящем участках кривой полинома, а определение средней длины осуществляют по разнице координат по оси абсцисс у найденных точек перегиба. Технический результат: упрощение способа контроля и повышение оперативности определения структурных параметров стеблей льняной тресты. 3 ил.
Формула изобретения
Способ контроля и определения средней длины стеблей льняной тресты и их разброса по вершиночным и комлевым концам, включающий контроль и расчет параметров стеблей в ленте, отличающийся тем, что контроль производят путем получения совокупности по длине ленты цифровых черно-белых изображений стеблей и их анализа, включающем суммирование числа черных пикселей в каждой вертикальной строке по ширине изображения, построение кривой распределения полученных сумм, ее аппроксимацию полиномом и нахождение координат точек перегиба на восходящем и нисходящем участках кривой полинома, а определение средней длины осуществляют по разнице координат по оси абсцисс у найденных точек перегиба, причем параметры разброса в виде среднеквадратических отклонений вершиночных в, и комлевых к стеблей определяют по формуле
в=(XI-X нач)/3; к=( Хкон- Х II)/3,
где XI, Х II - координаты по оси абсцисс точек перегиба на восходящем и нисходящем участках кривой полинома; Хнач , Хкон - координаты по оси абсцисс крайних точек кривой полинома.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к системам контроля свойств лубоволокнистых материалов и может быть использовано для контроля средней длины стеблей лубяных культур и их разброса по вершиночным и комлевым концам.
Известен способ оценки вариации стеблей конопли по их длине в горсти, заключающийся в том, что подбирают горсть стеблей, измеряют их геометрические параметры и по полученным данным оценивают их вариацию по длине. При измерении геометрических параметров стеблей горсти замеряют расстояния от торца выровненных друг относительно друга с одной стороны концов стеблей горсти до их центра тяжести. Удаляя из горсти все стебли, длина которых меньше средней горстевой длины, повторно замеряют расстояние от торца выровненных друг относительно друга с одной стороны оставшихся стеблей горсти до центра тяжести и на основании предложенной формулы производят оценку вариации [1].
Недостатком указанного способа является необходимость значительных затрат ручного труда и невозможность определения средней длины стеблей при движущемся слое и автоматизации контроля их разброса по вершиночным и комлевым концам.
Известен также способ контроля и определения средней длины стеблей льняной тресты и их разброса по вершиночным и комлевым концам. При этом контроль производится при движущемся слое путем определения его толщины в нескольких точках по ширине, затем совокупность значений толщины разделяют на две одинаковые группы, одна из которых включает измерения вблизи вершиночных концов стеблей, другая - комлевых, каждую из совокупностей аппроксимируют интегральной функцией нормального закона распределения с последующим расчетом средней длины стеблей и среднеквадратических отклонений по их вершиночным и комлевым концам [2].
Недостатком данного способа является необходимость создания механической системы контроля, а в этой связи - сложность реализации на практике и значительной стоимости системы.
Указанный известный способ по своей технической сущности наиболее близок к заявляемому и поэтому предлагается в качестве прототипа.
Задачей изобретения является упрощение способа контроля и повышение оперативности определения структурных параметров стеблей льняной тресты за счет использования принципов распознавания образов.
Поставленная задача достигается тем, что при способе контроля и определения средней длины стеблей льняной тресты и их разброса по вершиночным и комлевым концам, включающем контроль и расчет параметров стеблей в ленте, согласно изобретению контроль производят путем получения совокупности по длине ленты цифровых черно-белых изображений стеблей и их анализа, включающего суммирование числа черных пикселей в каждой вертикальной строке по ширине изображения, построение кривой распределения полученных сумм, ее аппроксимацию полиномом и нахождение координат точек перегиба на восходящем и нисходящем участках кривой полинома, причем расчет средней длины осуществляют по разнице координат на оси абсцисс у найденных точек перегиба, а параметр разброса в виде среднеквадратических отклонений вершиночных в и комлевых к стеблей определяют по формуле:
в=(ХI-Х н)3; к=(Хкон-Х II)/3,
где XI, Х II - координаты на оси абсцисс точек перегиба на восходящем и нисходящем участках кривой полинома; Хн , Хкон - координаты на оси абсцисс крайних точек кривой.
Суммирование числа единичных (черных) пикселей в каждой вертикальной строке по ширине изображения позволяет построить кривую распределения стеблей в слое по его ширине. Аппроксимация совокупности сумм, полученных при суммировании единичных пикселей, позволяет получить модель в виде полинома. Нахождение точек перегибов на восходящем и нисходящем участках позволяет определить исходные данные для расчетов: среднюю длину и среднеквадратические отклонения стеблей на участке ленты.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 представлено черно-белое фотоизображение участка ленты.
На фиг.2 изображена кривая распределения сумм пикселей в вертикальных строках по ширине изображения.
На фиг.3 изображена кривая распределения сумм пикселей и ее аппроксимирующая кривая со структурными параметрами слоя.
Способ реализуется следующим образом. Каждое из совокупности по длине ленты черно-белое цифровое изображение (фиг.1) преобразуется в матрицу, состоящую из нулевых и единичных значений чисел, где ноль обозначает отсутствие стебля в данной точке (пикселе), а единица - наличие. Затем проводим последовательное суммирование единиц в каждой вертикальной строке в полученной матрице. Совокупность полученных сумм дает возможность построить кривую распределения сумм единичных пикселей, характеризующих расположение стеблей в слое по его ширине (фиг.2).
Для дальнейшего анализа полученное распределение подвергается аппроксимации при помощи полинома n-степени (фиг.3), где степень полинома выбирается из условия его статистической значимости при 95% доверительной вероятности:
Y(x)=b0+b 1x+b2x2+...+b nxn.
Для нахождения координат точек перегиба на восходящем и нисходящем участках полученной кривой используем равенство второй производной от Y(x) нулю, то есть:
Y"(x)=2b2+6b 3х+...+n(n-1)bnxn-2 =0.
Разница между двумя точками перегиба будет являться средней длиной стеблей L=ХII-X I. К тому же данные точки также являются центрами распределения концевых участков стеблей в вершиночной и комлевой зонах. Тогда, применяя известное в математической статистике правило «3 », среднеквадратические отклонения к и в определяем следующим образом: в=(ХI-Х н)/3; к=(Хкон-Х II)/3.
Пример конкретного выполнения.
Полученное черно-белое цифровое изображение участка стеблей в виде файла с расширением *.bmp и размером 1516×466 обрабатывается в виде последовательного суммирования единичных пикселей в каждой вертикальной строке, при этом 1516 - количество вертикальных строк по ширине слоя; 466 - количество горизонтальных строк по длине участка слоя. По полученной совокупности строим график распределения сумм единичных пикселей (фиг.2).
Эффективная его аппроксимация возможна полиномом 6-го порядка:
Y(x)=52,633+2,514·x+0,025·x 2-6,836·10-5·x 3+8,308·10-8·x 4-4,734·10-11·x 5+1,021·10-14·x 6.
Точки перегиба и их координаты на восходящем и нисходящем участках полинома определяем при помощи производной второго порядка, приравненной к нулю:
Y"(x)=0,05-41,02·10 -5·x+99,69·10-8·x 2-94,68·10-ll·x 3+30,63·10-14·x 4=0.
Отсюда следует, что координаты точек перегиба по оси абсцисс, с учетом масштабирования, будут равны X 1=21,1 см, Х2=132,3 см, а средняя длина стеблей L=X2-X1 =111,2 м. Среднеквадратическое отклонение в=(XI-Х н)/3=5,1 см; к=(Хкон-Х II)/3=4,7 см.
Предлагаемый способ контроля и определения средней длины стеблей льняной тресты и их разброса по вершиночным и комлевым концам достаточно прост в реализации, не требует значительных затрат времени и существенных капитальных вложений.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1320645, кл. G 01 В 5/02, 1985 г. Опубликовано 30.06.87. Бюл. №24.
2. Дроздов Ю.В., Лапшин А.Б., Пашин Е.Л. Способ контроля и определения средней длины стеблей льняной тресты и их разброса по вершиночным и комлевым концам: Патент РФ №2196986 МКИ 7 G 01 N 33/36, G 01 В 5/02, №2001100971/12.
Класс G01B11/03 посредством определения координат точек