СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛИНЫ СТЕБЛЕЙ ЛУБЯНЫХ КУЛЬТУР
METHOD OF DETERMINING LENGTH OF STALKS OF BAST-FIBRE CROPS

Изобретение относится к системам контроля свойств лубоволокнистых материалов и может быть использовано для контроля длины одиночных стеблей лубяных культур.
Известен способ контроля и определения средней длины стеблей лубяных культур, а именно льна, включающий подготовку пробы и измерение горстевой длины с помощью прибора ДЛ [1]. Указанный способ обладает недостатками, обусловленными влиянием субъективных факторов, снижающих точность анализа.
Известен также способ определения длины стеблей лубяных культур, включающий получение цифрового изображения стебля и его анализ путем подсчета пикселей с последующим определением длины стебля [2].
Недостатком данного способа является необходимость анализа стеблей, имеющих прямолинейную форму. При наличии криволинейных стеблей метод подсчета пикселей приводит к значительным ошибкам, что снижает точность при определении длины стеблей.
Задачей изобретения является упрощение способа контроля и повышение оперативности определения длины стеблей лубяных культур вне зависимости от их формы на основе использования принципов распознавания образов.
Поставленная задача достигается тем, что в способе определения длины стеблей лубяных культур, включающем получение цифрового изображения стебля и его анализ путем подсчета пикселей с последующим определением длины стебля, согласно изобретению перед анализом стебель располагают на подложке синего цвета, получают его цветное изображение, выделяют путем фильтрации изображения пиксели, относящиеся к стеблю, всю их совокупность разделяют на участки по длине выделенного изображения стебля, для каждого участка подсчитывают сумму и среднюю ширину участка в пикселях, по которым определяют длину каждого участка, полученные значения длин всех участков суммируют, а длину стебля в единицах измерения длины определяют с учетом масштабирования изображения эталона длины.
Расположение перед анализом стебля на подложке синего цвета и фильтрация изображения позволяет более эффективно выделять контуры изображения стебля, что необходимо для последующего анализа его цветного изображения.
Разбивка всего изображения стебля на n-участков по длине с последующим подсчетом для каждого участка суммы пикселей, относящихся к его изображению и его средней ширины в пикселях, позволяет эффективно определить относительную длину каждого участка, то есть длину в пикселях.
Суммирование всех относительных длин и последующее масштабирование эталона длины позволяет рассчитать значение длины стебля в единицах измерения длины.
Сущность способа поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена фотография стебля на синем фоне.
На фиг.2 представлена фотография стебля после фильтрации изображения.
На фиг.3 представлен результат разделения стебля на n-участков (50 шт).
На фиг.4 представлен единичный элемент участка стебля в виде параллели грамма и схема определения его высоты (диаметра стебля в пикселях).
Пример конкретного выполнения способа.
Единичный стебель располагают на подложке синего цвета. Затем с помощью фотокамеры, видеокамеры или иного оптического устройства получают цветное RGB изображение в формате JPG и размером 640×480. Полученное изображение стебля представляется в виде трех матриц с размерностью 640×480 элементов. Каждый элемент матрицы хранит значение цветовой составляющей для соответствующей точки полученного изображения. В первой матрице хранятся значения R (красных) цветовых составляющих, во второй - G (зеленых), а в третьей - B (синих). Затем при обработке матриц путем построчного сканирования производят фильтрацию изображения для более контрастного отличия элементов изображения стебля от элементов изображения фона. В итоге выделенные точки образуют собой совокупность точек, характеризующих изображение стебля.
Для последующего анализа выбирают 2 крайние точки стебля в кадре - A и B (фиг.4). Расстояние между ними - ширина обрабатываемой в дальнейшем области изображения. Данный размер можно определить, выделив координаты (в пикселях) по горизонтали для точек A и B (фиг.3). Для нашего примера он составляет 397 пикселей или примерно 400. Затем длину отрезка AB условно разделяют на мелкие участки. Для нашего примера - 50 шт. Ширину каждого из участков вычисляют путем деления округленной длины отрезка AB 400 пикселей на 50. Заметим, что части стебля в выделенных мелких участках приближенно представляют из себя разные геометрические фигуры: трапеции, параллелограммы, прямоугольники (в рассматриваемом примере (фиг.4) - параллелограмм). После этого для каждого из выделенных мелких участков необходимо найти среднюю его высоту в пикселях (средний диаметр стебля) как среднее арифметическое высот (пикселей) участка в каждом его вертикальном сечении. Для этого необходимо определить величину одного из острых углов в образованном прямоугольном треугольнике α и длину короткой стороны параллелограмма (фиг.4). Длина короткой стороны определяется методом вертикального сканирования стебля в данном сечении. Она будет являться гипотенузой прямоугольного треугольника, одним из катетов которого будет являться высота параллелограмма. Угол наклона стебля к горизонтали можно определить, если выбрать точку на границе стебля (на левой границе выделенной области) - точка L, провести из нее горизонтальную линию (для нашего примера вправо до крайней правой границы выделенной области - точка R). Затем, сканируя по вертикали правую границу выделенной области, находим разницу между положением стебля и точкой прохождения горизонтальной линии - отрезок SR (фиг.4). После этого вычисляют угол наклона стебля к горизонтали β, составляющий с искомым острым углом в прямоугольном треугольнике α прямой угол - 90 градусов.
Определив среднюю высоту каждого участка в пикселях, рассчитываем площадь каждого участка в пикселях. Далее, на основе имеющихся данных производим расчет длины в пикселях каждого из 50-ти участков (частное площади и высоты прямоугольника). Сумма длин участков в пикселях будет являться общей длиной стебля (в пикселях). Для данного примера общая длина стебля получилась 557 пикселей. Для нахождения длины стебля в единицах длины необходимо масштабирование. Для этого требуется знать сколько пикселей содержится в одном миллиметре. С этой целью требуется эталон длины и его изображение. После аналогичной (см. выше) фильтрации изображения фона подсчитываем, сколько пикселей соответствует одному миллиметру. Оказалось, что соотношение пикселей и миллиметров получилось равным 1:2,5, то есть одному миллиметру в кадре соответствует 2.5 пикселя.
Таким образом, полученная длина стебля в миллиметрах равна 220 миллиметрам. Использование предлагаемого способа не потребует значительных капитальных затрат, и поэтому может использоваться на практике при проведении материаловедческих исследований стеблей лубяных культур.
Источники информации
1. Авт. свид. СССР №977921. Способ определения средней длины стеблей лубяных культур и устройство для его осуществления. Авторы: Пашин Е.Л., Тимонин М.А. Бюл. 44, опубл. 30.11.1982.
2. Патент РФ №2307320. Способ контроля и определения средней длины стеблей льняной тресты и их разброса по вершиночным и комлевым конкам. Авторы: Румянцева И.А., Пашин Е.Л., Куликов А.В. Бюл. 27, опубл. 27.09.2007.