Способ контроля и определения средней длины стеблей льняной тресты и их разброса по вершиночным и комлевым концам

Способ контроля и определения средней длины стеблей льняной тресты и их разброса по вершиночным и комлевым концам

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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 σ_в и комлевых σ_к стеблей определяют по формуле:

σ_в=(Х_I-Х_н)3; σ_к=(Х_кон-Х_II)/3,

где X_I, Х_II - координаты на оси абсцисс точек перегиба на восходящем и нисходящем участках кривой полинома; Х_н, Х_кон - 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+b₁x+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+6b₃х+...+n(n-1)b_nx^n-2=0.

Разница между двумя точками перегиба будет являться средней длиной стеблей L=Х_II-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 «3σ», среднеквадратические отклонения σ_к и σ_в определяем следующим образом: σ_в=(Х_I-Х_н)/3; σ_к=(Х_кон-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·x²-6,836·10^-5·x³+8,308·10^-8·x⁴-4,734·10^-11·x⁵+1,021·10^-14·x⁶.

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·x²-94,68·10^-ll·x³+30,63·10^-14·x⁴=0.

Отсюда следует, что координаты точек перегиба по оси абсцисс, с учетом масштабирования, будут равны X₁=21,1 см, Х₂=132,3 см, а средняя длина стеблей L=X₂-X₁=111,2 м. Среднеквадратическое отклонение σ_в=(X_I-Х_н)/3=5,1 см; σ_к=(Х_кон-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.

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 σ_в, и комлевых σ_к стеблей определяют по формуле

σ_в=(X_I-X_нач)/3; σ_к=( Х_кон- Х_II)/3,

где X_I, Х_II - координаты по оси абсцисс точек перегиба на восходящем и нисходящем участках кривой полинома; Х_нач, Х_кон - координаты по оси абсцисс крайних точек кривой полинома.