OpenCV的煙葉圖像處理技術(shù)分析

　　OpenCV是一個基于BSD許可（開源）發(fā)行的跨平臺計算機(jī)視覺庫，可以運(yùn)行在Linux、Windows、Android和Mac OS操作系統(tǒng)上。它輕量級而且高效——由一系列 C 函數(shù)和少量 C++ 類構(gòu)成，同時提供了Python、Ruby、MATLAB等語言的接口，實現(xiàn)了圖像處理和計算機(jī)視覺方面的很多通用算法。

　　OpenCV用C++語言編寫，它的主要接口也是C++語言，但是依然保留了大量的C語言接口。該庫也有大量的Python， Java and MATLAB/OCTAVE （版本2.5）的接口。這些語言的API接口函數(shù)可以通過在線文檔獲得。如今也提供對于C#，Ch， Ruby的支持。

　　所有新的開發(fā)和算法都是用C++接口。一個使用CUDA的GPU接口也于2010年9月開始實現(xiàn)。

　　煙葉是煙草工業(yè)的基礎(chǔ)原料，煙葉品質(zhì)的識別對煙草工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和煙草行業(yè)經(jīng)營效益具有舉足輕重的作用。因此，對煙葉生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)包括煙葉品質(zhì)的智能識別進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，提供品質(zhì)和效率，是一個前沿研究方向目前，這一方面的研究主要集中在數(shù)字圖像處理方面，把煙葉品質(zhì)的數(shù)字圖像處理與計算機(jī)軟件相結(jié)合，實現(xiàn)煙葉品質(zhì)的智能識別，是一個極有價值的工作。OpenCV的全稱是 Open Source Computer Vision Library，是一個跨平臺的計算機(jī)視覺庫。OpenCV是由英特爾公司發(fā)起并參與開發(fā)，以BSD 許可證授權(quán)發(fā)行，可以在商業(yè)和研究領(lǐng)域中免費(fèi)使用，并且源代碼是公開的。OpenCV由一系列C函數(shù)和少量C++類構(gòu)成，實現(xiàn)了圖像處理和計算機(jī)視覺方面的很多通用算法，可用于開發(fā)實時的圖像處理、計算機(jī)視覺以及模式識別程序，極大地方便了圖像和視覺處理研究者進(jìn)行二次開發(fā)口3。為此，筆者基于OpenCV對煙葉圖像進(jìn)行處理，旨在提高煙葉品質(zhì)的智能識別效果。

　　l煙草圖像采集的預(yù)處理

　　煙草圖像采集的現(xiàn)場條件比較惡劣，還會受到光照條件和煙葉物理性質(zhì)的影響，這樣就會在圖像成型的過程中產(chǎn)生很大的干擾，使圖像特征被淹沒，不利于圖像分析。因此，有必要對圖像進(jìn)行預(yù)處理，以增強(qiáng)圖像后繼處理的重要特征。

　　對煙草彩色圖像進(jìn)行平滑處理能夠減少圖像的變劣差異；對圖像進(jìn)行加權(quán)處理，能夠減少噪音的干擾，同時加權(quán)處理還能夠使整體顏色趨于一致（圖1、2）。采用模板為：int M ［3］［3］-{{l，2，l}，{2，4，2}，{l，2，l}}。

　　2圖像顏色表的建立

　　圖3中的橫坐標(biāo)表示圖像中各個像素點的灰度級，縱坐標(biāo)為各個像素點出現(xiàn)的次數(shù)或概率。由圖3可知j煙葉圖像像素灰度級直方圖呈現(xiàn)多峰值，且服從正態(tài)分布，因此可以利用圖像閾值分割和顏色百分比的方法來建立顏色表。

　　根據(jù)各個像素點灰度不連續(xù)進(jìn)行基于區(qū)域相關(guān)的分割，用灰度級的門限提取圖像特征。

　　2．1門限化方法

　　選取適當(dāng)?shù)幕叶燃夐T限作為標(biāo)準(zhǔn)，將每個像素灰度與其比較，若超過I’】限標(biāo)準(zhǔn)則賦值最大灰度l，否則賦值最小灰度0。這樣就成功地把對象從背景中分離出來。圖像以髫，Y）的灰度范圍為［g，，92］，取灰度值丁作為門限，有2種方法定義門限后的二值圖像：

　　門限取得太高時，許多背景點將被誤判為對象點；反之，當(dāng)門限取得太低時，許多對象點將被誤判成背景點。因此，就有一個最佳門限的選擇問題

　　由圖3可知。煙葉與背景灰度直方圖峰型分布明顯，選擇谷底作為門限值，對圖像進(jìn)行分割，可以降低錯分概率。由統(tǒng)計分布率得知，相鄰2個峰谷內(nèi)的面積最大者屬于合格煙葉顏色區(qū)，如圖3陰影部分所示。選擇2個峰谷（L，疋） 為灰度門限區(qū)間，并把門限區(qū)間內(nèi)的顏色與其在圖像中出現(xiàn)的頻率存儲在一個顏色表內(nèi)

　　3識別算法的設(shè)計

　　以顏色表作為模板．對煙葉圖像實施異物標(biāo)識處理，遍歷圖像每個像素，在顏色表中查找，若找到，設(shè)置此像素灰度值為0，否則設(shè)置為255，如圖6所示。

　　圖像分割只能把圖像中具有不同平均灰度或組織特征的區(qū)域分離開。特征抽取則進(jìn)一步把分割開的區(qū)域的特征提取出來，也就是圖像描述和表示，也稱為圖像理解。

　　對目標(biāo)圖像區(qū)進(jìn)行區(qū)域標(biāo)記，遍歷每1個小矩形，把所有“l(fā)”聯(lián)結(jié)的區(qū)域視為異物，計算其總值，大于設(shè)定的閾值，

　　分檢系統(tǒng)開啟氣閥將異物剔除，反之，氣閥不動作。在遍歷1 個小矩形時，如果異物像素和等于開閥條件，停止這個小矩’ 形的遍歷，可以減少系統(tǒng)的計算量，提高算法的執(zhí)行速度哺J。

　　異物不可能都在1個小矩形內(nèi)，橫向、縱向跨界甚至跨幀的情況在所難免，這就要求圖像處理系統(tǒng)具有記憶功能。如圖7，在區(qū)域l和區(qū)域2中，存在橫向跨界；區(qū)域4和區(qū)域8 存在縱向跨界。

　　對于異物橫向跨界，在遍歷第1個小矩形時，如果像素和達(dá)到設(shè)定閾值，氣閥將開啟，剔除異物；反之．則不啟動氣閥，但系統(tǒng)要記憶此小矩形的像素和和異物邊界坐標(biāo)；然后

　　再遍歷第2個小矩形，先檢測異物是否為聯(lián)通區(qū)域。若是，再去判斷第1個小矩孑的氣閥開啟狀態(tài)。若氣閥開啟，則第 2個氣閥也將打開；若氣閥未開啟，則將這2個小矩形的像素和相加來判斷是否達(dá)到設(shè)定的開閥閾值。若不是聯(lián)通區(qū)域，則將視一般情況處理。

　　對于異物縱向跨界，除去在橫向跨界條件下作的處理外，還要將信息保存到第2幀圖像，處理完畢，用前一幀的邊緣小矩形與后一幀對應(yīng)邊緣小矩形的像素和相加，與閾值比較，以此來決定氣閥的開啟。

　　4結(jié)語

　　基于OpenCV的煙葉品質(zhì)識別的數(shù)字圖像處理方法，是煙葉生產(chǎn)環(huán)節(jié)的一種技術(shù)創(chuàng)新。它簡便易行，可以在煙葉生產(chǎn)一線普及推廣，能夠較大地提高煙葉品質(zhì)檢測的效率和質(zhì)量及自動化程度和智能化水平。