基于x射線成像系統(tǒng)的灌裝液位檢測(cè)設(shè)備的研究項(xiàng)目驗(yàn)收工作

PAGE25PAGEii基于X射線成像系統(tǒng)的灌裝液位檢測(cè)設(shè)備的研究項(xiàng)目驗(yàn)收工作總結(jié)報(bào)告項(xiàng)目編號(hào)20123A354中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院目錄TOC\o"1-3"\h\u一、項(xiàng)目概述 31.1項(xiàng)目的基本信息，項(xiàng)目來(lái)源 31.2立項(xiàng)依據(jù)及承擔(dān)人狀況 31.2.1目的意義： 31.2.2.國(guó)內(nèi)外概況： 41.2.3市場(chǎng)預(yù)測(cè)與發(fā)展趨勢(shì) 51.2.4液位檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備應(yīng)用的現(xiàn)狀 61.2.5承擔(dān)人概況 91.3研究?jī)?nèi)容，技術(shù)方案、方法和技術(shù)路線的選擇等 101.3.1具體研究開發(fā)內(nèi)容 101.3.2.采用的研究方法，技術(shù)路線的選擇 11二、項(xiàng)目研究進(jìn)程與主要工作 122.1用于液位檢測(cè)的X射線成像系統(tǒng) 122.1.1X射線的特性 122.1.2X射線與物質(zhì)的相互作用 132.1.3X射線的衰減規(guī)律 142.2X射線實(shí)時(shí)成像器件 152.2.1X射線機(jī) 162.2.2圖像增強(qiáng)器 172.2.3CCD攝像機(jī) 182.2.4圖像采集卡 192.3X射線液位圖像獲取 202.3.1X射線液位圖像的特征分析 202.3.2管電壓與管電流的設(shè)定 212.4圖像液位檢測(cè)系統(tǒng)的原理及構(gòu)成 262.4.1嵌入式硬件設(shè)計(jì) 262.5.基于脈沖耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的X射線圖像處理方法 292.5.1脈沖耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 292.5.2基于PCNN的X射線圖像去噪濾波 302.6圖像邊緣檢測(cè) 352.6.1經(jīng)典的邊緣檢測(cè)算子 352.6.2Canny邊緣檢測(cè)方法 352.6.3檢測(cè)效果分析與比較 372.7X射線液位檢測(cè)算法 392.7.1基于Canny方法的液位檢測(cè)新算法 392.8X射線液位檢測(cè)系統(tǒng)試驗(yàn) 432.8.1試驗(yàn)系統(tǒng)與試驗(yàn)方法 432.8.2平靜液位的檢測(cè)試驗(yàn) 452.8.3起伏液位的檢測(cè)試驗(yàn) 472.8.4試驗(yàn)系統(tǒng)精度與液位檢測(cè)算法的關(guān)系 49三、合同指標(biāo)的完成情況 49四、項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)使用情況 50五、項(xiàng)目人員組成及分工 51六、項(xiàng)目取得的成效 52七、對(duì)項(xiàng)目執(zhí)行情況的自我整體評(píng)價(jià)，對(duì)項(xiàng)目應(yīng)用和轉(zhuǎn)化的設(shè)想、建議 52PAGE25PAGE52一、項(xiàng)目概述1.1項(xiàng)目的基本信息，項(xiàng)目來(lái)源基于X射線成像系統(tǒng)的灌裝液位檢測(cè)設(shè)備的研究項(xiàng)目是中山市2012科技計(jì)劃項(xiàng)目，該項(xiàng)目由中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院承擔(dān)，本項(xiàng)目來(lái)源于中山市富田食品有限公司真實(shí)項(xiàng)目。1.2立項(xiàng)依據(jù)及承擔(dān)人狀況1.2.1目的意義：啤酒是人們?nèi)粘Ｉ钪械囊粋€(gè)重要組成部分，據(jù)俄羅斯《新消息報(bào)》報(bào)道，中國(guó)啤酒消費(fèi)量為世界第一，美國(guó)、德國(guó)、巴西與俄羅斯緊隨其后。去年全國(guó)啤酒消費(fèi)量約287億升，即574億瓶500ml的啤酒。如此大的需求量要求啤酒生產(chǎn)商必須采用高效優(yōu)質(zhì)的啤酒生產(chǎn)工藝。隨著科技的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化水平越來(lái)越高。啤酒灌裝也實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)的流水線作業(yè)。其中包括洗瓶、灌裝、殺菌、貼標(biāo)和裝箱等過(guò)程。整個(gè)流水作業(yè)中啤酒包裝的過(guò)程中實(shí)施檢測(cè)的有兩部分，一部分是對(duì)空瓶的檢測(cè)，包括檢測(cè)清洗是否干凈、有無(wú)碎瓶和異瓶等。另一部分就是對(duì)灌裝壓蓋后的成品啤酒進(jìn)行檢測(cè)。在啤酒灌裝生產(chǎn)線上，由于灌裝機(jī)器的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)灌裝嘴的堵塞或灌裝壓力不足等現(xiàn)象，導(dǎo)致一些“半瓶”的啤酒被灌裝壓蓋。由于啤酒的易氧化變質(zhì)的特點(diǎn)使得這些“半瓶”啤酒不能再重新開蓋灌裝，只能作為廢品被棄掉，同時(shí)由于啤酒瓶在驗(yàn)瓶過(guò)程中是單排通過(guò)，所以這一工序的日工作量就是整條生產(chǎn)線的日產(chǎn)量，故一套高效、精確的驗(yàn)瓶系統(tǒng)對(duì)于整條啤酒灌裝生產(chǎn)線就顯得尤為重要。而采用視覺傳感器對(duì)啤酒液位檢測(cè)具有非接觸、高精度、高效率的特點(diǎn)。同時(shí)由其構(gòu)成的檢測(cè)系統(tǒng)體積小巧，便于安裝，利于集成到生產(chǎn)線上的灌裝壓蓋機(jī)中，可提高該機(jī)器在同行業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)力。因此，設(shè)計(jì)出符合我國(guó)國(guó)情的液位測(cè)試裝置對(duì)我國(guó)啤酒生產(chǎn)裝備國(guó)產(chǎn)化具有重要的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。1.2.2.國(guó)內(nèi)外概況：國(guó)外狀況國(guó)外的生產(chǎn)工藝比較發(fā)達(dá),生產(chǎn)的傳感器能夠滿足速度和精度要求,無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展極為先進(jìn)。對(duì)于現(xiàn)代精密液位檢測(cè)技術(shù)的研究較為成熟,產(chǎn)品包括了各種技術(shù),其中德國(guó)、美國(guó)已有多家公司推出了較為先進(jìn)的產(chǎn)品和方案。德國(guó)HEUFT公司生產(chǎn)的HEUFTVX灌裝管理系統(tǒng)和HEUFTbasic滿瓶檢測(cè)系統(tǒng)，采用高頻、伽馬射線、紅外線、可見光以及X射線等技術(shù)進(jìn)行液位檢測(cè)，可用于檢測(cè)液位不足或液位超高。除了檢測(cè)液位，也可對(duì)封蓋、標(biāo)簽進(jìn)行檢測(cè)。HEUFT開發(fā)的reflexx圖像處理軟件可以進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，與rejector剔除系統(tǒng)配合,可以實(shí)現(xiàn)將不合格產(chǎn)品剔除。成立于1977年的miho公司，現(xiàn)已成為世界上液位檢測(cè)領(lǐng)域的頂級(jí)公司之一。該公司生產(chǎn)的液位檢測(cè)機(jī)器包括NewtonHF\Optical\Infracon\X系列，產(chǎn)品被世界上許多公司采用。mihoInfracon紅外線液位檢測(cè)儀的檢測(cè)精度為1mm。X射線液位檢測(cè)機(jī)不僅具有較高的檢測(cè)精度，而且應(yīng)用于生產(chǎn)線上,其軟件算法能夠較好的克服比如液面起伏帶來(lái)的影響。德國(guó)的BBULL公司、KRONES公司，美國(guó)的TAPTONE公司、Filtec公司等也推出了具有液位檢測(cè)功能的灌裝控制系統(tǒng)，所采用的技術(shù)包括高頻、光學(xué)、射線等。國(guó)外對(duì)于液位檢測(cè)的研究較為成熟,但由于保密原因,所用算法及技術(shù)細(xì)節(jié)無(wú)從知曉。國(guó)內(nèi)狀況我國(guó)在液位檢測(cè)方面的研究起步較晚,前期主要采用人工目測(cè)、機(jī)械式方法，近年來(lái)由于國(guó)內(nèi)企業(yè)的生產(chǎn)需求，帶動(dòng)了此領(lǐng)域研究工作一定程度的發(fā)展。在基于機(jī)器視覺(圖像處理)技術(shù)的液位檢測(cè)上，涌現(xiàn)出一些有代表性的思路和算法。潘俊民等在金屬熔液澆注過(guò)程中，使用機(jī)器視覺技術(shù)，動(dòng)態(tài)測(cè)量澆口杯中金屬熔液的液位，控制澆注過(guò)程。他們?cè)跐部诒戏絻A斜安裝一攝像機(jī)，通過(guò)計(jì)算圖像中熔液區(qū)域面積的大小，換算得澆口杯內(nèi)液位高度。劉振安等將液位高度的提取應(yīng)用于測(cè)量液體粘度的實(shí)驗(yàn)中，他們使用圖像測(cè)量識(shí)別方法檢測(cè)出液體在細(xì)玻璃管中流動(dòng)時(shí)不同時(shí)刻的液位高度，從而計(jì)算粘度。矯德強(qiáng)在啤酒瓶液位檢測(cè)中應(yīng)用了基于CCD的圖像處理算法，使用圖像分割、邊緣檢測(cè)方法對(duì)一副靜態(tài)啤酒瓶圖像中的液位線實(shí)現(xiàn)了識(shí)別。但是該方法沒有實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行，在液位線的標(biāo)定、實(shí)時(shí)性要求上也有待改進(jìn)。實(shí)際應(yīng)用上，生產(chǎn)企業(yè)多是從國(guó)外引進(jìn)檢測(cè)設(shè)備，比如南京金陵啤酒廠引進(jìn)的是德國(guó)HEUFT公司的系統(tǒng)，不僅價(jià)格昂貴，維修等售后服務(wù)也不方便。1.2.3市場(chǎng)預(yù)測(cè)與發(fā)展趨勢(shì)我國(guó)是世界上重要的啤酒和飲料生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)家，資料顯示,2008年中國(guó)啤酒產(chǎn)量首次突破5000萬(wàn)千升大關(guān)，達(dá)到5061萬(wàn)千升,同比增長(zhǎng)5.2%，產(chǎn)銷量已連續(xù)四年位居世界第一，2010年中國(guó)啤酒行業(yè)的總產(chǎn)銷量銷突破了6000萬(wàn)噸，比2006年的總產(chǎn)銷量增長(zhǎng)了16.3%。飲料方面，2008年我國(guó)規(guī)模飲料生產(chǎn)企業(yè)961家，飲料生產(chǎn)總產(chǎn)量2912.43萬(wàn)噸。2008年我國(guó)人均飲料消費(fèi)約32.4L。2010年，中國(guó)的軟飲料產(chǎn)量達(dá)到了6380萬(wàn)噸，成為全球第三大軟飲料市場(chǎng)。隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的良好發(fā)展，人民群眾收入水平的提高，啤酒和飲料的消費(fèi)需求將會(huì)保持穩(wěn)步的發(fā)展態(tài)勢(shì)。相應(yīng)的,我國(guó)的啤酒和飲料生產(chǎn)能力也將需要快速提高。雖然我國(guó)的啤酒或飲料產(chǎn)量驚人，但是生產(chǎn)企業(yè)的規(guī)模普遍不大，即使在國(guó)內(nèi)舉足輕重的企業(yè)，在生產(chǎn)實(shí)力和裝備水平上也難及一些著名的跨國(guó)公司。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，尤其是中國(guó)加入WTO以來(lái)，整個(gè)市場(chǎng)更趨國(guó)際化，一些大型的跨國(guó)企業(yè)紛紛涌入中國(guó)這個(gè)潛力巨大的消費(fèi)市場(chǎng)，使得本來(lái)相對(duì)弱小的國(guó)內(nèi)本土企業(yè)面臨殘酷的競(jìng)爭(zhēng)壓力。為此，中國(guó)企業(yè)一方面通過(guò)兼并等方式壯大自己的實(shí)力，一方面又必須努力提高自身的產(chǎn)品質(zhì)量。產(chǎn)品凈含量是否達(dá)標(biāo)是產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，普通消費(fèi)者總是以是否短斤少兩來(lái)衡量一個(gè)商家的誠(chéng)信度，從生產(chǎn)企業(yè)考慮，為了維護(hù)自身形象，也為了長(zhǎng)久地生存，必須重視產(chǎn)品的凈含量是否準(zhǔn)確。國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局在2005年10月9日頒布國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范5和定量包裝商品凈含量計(jì)量檢驗(yàn)規(guī)則6，對(duì)定量包裝商品(包括啤酒飲料產(chǎn)品)的凈含量和允許短缺量有著嚴(yán)格的要求。為了能夠保證產(chǎn)品的質(zhì)量，提高生產(chǎn)速度，國(guó)內(nèi)很多大型生產(chǎn)企業(yè)紛紛引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的加工制造設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線，國(guó)內(nèi)的很多科研機(jī)構(gòu)也通過(guò)學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)研制出很多性能較好的生產(chǎn)設(shè)備。定量灌裝技術(shù)和液位檢測(cè)技術(shù)是這些自動(dòng)化生產(chǎn)線上不可或缺的兩項(xiàng)技術(shù)，定量灌裝是采用精確流量計(jì)進(jìn)行定量的灌裝控制，但實(shí)際上由于設(shè)備老化或偶然因素等原因，灌裝后的產(chǎn)品含量也可能發(fā)生偏差，液位檢測(cè)技術(shù)就可用于對(duì)灌裝后的產(chǎn)品進(jìn)行凈含量檢測(cè)，更好的控制產(chǎn)品的計(jì)量。液位檢測(cè)，又稱液面檢測(cè)、填充度(FillLevel)檢測(cè)，是對(duì)容器盛裝液體液面位置的探測(cè)，實(shí)際上是對(duì)液體體積的檢測(cè)，液位自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)能夠在線檢測(cè)出產(chǎn)品容量的合格與否，剔除過(guò)量或缺量產(chǎn)品，保證產(chǎn)品的足量下線。因此，液位檢測(cè)是現(xiàn)代化生產(chǎn)線所必需的，它不僅決定一個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)效率，也將影響一個(gè)企業(yè)的未來(lái)成敗。本項(xiàng)目完成后，灌裝飲料生產(chǎn)速度快，能極大提高企業(yè)的工作效率，效率能提高4倍，節(jié)約人工，降低成本。該設(shè)備的推出，必將受到這些企業(yè)的關(guān)注和歡迎。同時(shí)也使這些企業(yè)由勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向技術(shù)和技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變，市場(chǎng)前景廣。1.2.4液位檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備應(yīng)用的現(xiàn)狀一、可見光檢測(cè)法可見光檢測(cè)屬于機(jī)器視覺檢測(cè)法，它是指對(duì)能夠反映液位情況的視覺圖像進(jìn)行分析處理,得出液位信息的方法。從目前國(guó)內(nèi)外研究來(lái)看,使用可見光檢測(cè)液位的系統(tǒng)一般由四部分組成:可見光源、CCD攝像頭、圖像處理芯片以及相應(yīng)的圖像處理軟件,如圖1-1所示。圖1-1可見光檢測(cè)法示意圖由LED發(fā)光二極管組成的閃光系統(tǒng)提供高質(zhì)量的閃光源,對(duì)透明或半透明的液體閃光源使用透射光,對(duì)不透明的液體使用反射光,配以特殊的光學(xué)鏡頭系統(tǒng),CCD就能夠采集到具有明顯分界面的液位圖像，CCD攝像機(jī)把從生產(chǎn)線上拍攝的瓶體通過(guò)光學(xué)成像和數(shù)字化轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像；由圖像處理芯片或工業(yè)計(jì)算機(jī)對(duì)此數(shù)字圖像進(jìn)行處理,比如可能經(jīng)過(guò)預(yù)處理、圖像分析、特征提取、圖像識(shí)別等過(guò)程，最終得到與液位相關(guān)的結(jié)果。這種方法理論上思路清晰，能夠準(zhǔn)確獲知液位值并進(jìn)行判別。研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)在于圖像處理和液位識(shí)別的算法。目前相關(guān)的公開論文，大多對(duì)固定位置的瓶體進(jìn)行檢測(cè)，且處理算法多用傳統(tǒng)的經(jīng)典理論，這種使用可見光源的檢測(cè)方法不能用于透明度較低或不透明的瓶體。二、紅外線檢測(cè)法利用液體對(duì)紅外線的吸收能力，可以精確地檢測(cè)液位。這種方法一般需要兩組紅外光電檢測(cè)器(對(duì)射式紅外光電管)來(lái)檢測(cè)過(guò)高和過(guò)低液位的瓶子并把它們剔除出來(lái),如圖1-2所示。a.檢測(cè)過(guò)高液位的傳感器b.檢測(cè)過(guò)低液位的傳感器圖1-2紅外光電檢測(cè)器兩組檢測(cè)器的位置確定了液位測(cè)量的范圍，圖a上方的那組傳感器確定了高液位的限度，當(dāng)瓶子中液體的高度高于這個(gè)限度時(shí)，傳感器發(fā)出的紅外線被吸收，相應(yīng)的紅外接收管輸出一高電平信號(hào)，通知控制電路檢測(cè)到一個(gè)高液位瓶；同理，圖b下方的那組傳感器確定了低液位的限度，當(dāng)瓶子中液體的高度低于這個(gè)限度時(shí)，傳感器發(fā)出的紅外線就不會(huì)被吸收，相應(yīng)紅外接收管輸出低電平，通知控制電路檢測(cè)到一個(gè)低液位瓶。紅外線傳感器檢測(cè)方法安裝簡(jiǎn)便，容易實(shí)現(xiàn),生產(chǎn)效率高"但是，這種方法只能被動(dòng)地對(duì)液位是否合格進(jìn)行判斷,無(wú)法準(zhǔn)確得知液位數(shù)值。另外，由于紅外線的波長(zhǎng)比可見光還長(zhǎng)，因而這種對(duì)射式檢測(cè)不能用于金屬瓶體。三、紅外熱成像檢測(cè)法任何溫度在絕對(duì)零度以上的物體，都會(huì)因自身的分子運(yùn)動(dòng)而輻射出紅外線，物體的溫度與其所發(fā)出的紅外輻射能量強(qiáng)度成比例，利用紅外熱像儀將物體輻射的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成與物體表面熱分布相應(yīng)的熱像圖。如果對(duì)灌裝好的易拉罐短時(shí)間加熱，罐頭壁的溫度將有兩個(gè)不同的區(qū)域：罐頭壁的下部分由于盛放飲料,熱量被飲料吸收,溫度變化較??；罐頭壁的上部分由于沒有飲料,溫度上升較多。這樣，罐頭壁下部分的溫度低于上部分的溫度，兩部分溫度的分界線就是液位。紅外成像器把罐頭的熱成像圖照下來(lái),得到一張灰度圖像。由于灰度與溫度之間存在著確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因而通過(guò)對(duì)灰度圖像進(jìn)行處理，得到圖像中灰度變化的分界線,從而得到液位。這種方法理論上對(duì)包裝材料沒有要求"但是對(duì)環(huán)境溫度的影響苛刻,并且在目前技術(shù)條件下，紅外成像的精度有待提高。四、高頻電磁波檢測(cè)法這種方法也是利用物質(zhì)對(duì)電磁波的吸收原理。當(dāng)電磁波通過(guò)介質(zhì)時(shí),由于吸收導(dǎo)致的能量減少服從朗伯-貝爾定律。即式中N-介質(zhì)的分子數(shù)；L-介質(zhì)的吸收系數(shù)；-電磁波入射波強(qiáng)；-電磁波出射波；采用這種方法,在瓶體的兩側(cè)設(shè)置一對(duì)高頻傳感器,電磁波從一端發(fā)出,經(jīng)過(guò)空氣、瓶體(玻璃或PET塑料)和液體這些介質(zhì)后到達(dá)另一檢測(cè)端。由于檢測(cè)的是液體的體積，所以灌注后瓶子中產(chǎn)生的氣泡不會(huì)對(duì)檢測(cè)精度產(chǎn)生影響，但是由于金屬包裝對(duì)電磁波的屏蔽作用，此方法不能應(yīng)用于金屬罐裝飲料的檢測(cè)。五、超聲波檢測(cè)法超聲波與聲波本質(zhì)相同，都是物體的機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中傳播所形成的機(jī)械振動(dòng)波。人類耳朵能聽到的聲波頻率為20Hz~20000Hz。超聲波是指頻率在、不能引起正常人聽覺反應(yīng)的機(jī)械振動(dòng)波。超聲波的反射和折射遵守幾何光學(xué)規(guī)律,液位檢測(cè)正是利用這一性質(zhì)。超聲波液位檢測(cè)方法有很多,其中應(yīng)用較廣的是脈沖回波法。其基本工作原理是：脈沖信號(hào)激勵(lì)超聲波發(fā)生器產(chǎn)生超聲波，超聲波通過(guò)介質(zhì)傳到兩種不同介質(zhì)的分界面,由于兩種介質(zhì)(比如液體與空氣)的密度相差懸殊，超聲波幾乎全部被反射形成反射波,反射波再經(jīng)介質(zhì)傳回超聲波接收器,接收器將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),然后根據(jù)超聲波從發(fā)射到接收所需的時(shí)間及超聲波在介質(zhì)中傳播速度來(lái)計(jì)算出液位的高度。由于超聲波在液面附近可能產(chǎn)生多重反射和干涉現(xiàn)象，并且超聲波傳播速度受空氣溫度的影響很大，因此此方法需要復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理算法,并且造價(jià)較高。六、X射線檢測(cè)法X射線能夠穿透包括金屬在內(nèi)的物體。強(qiáng)度均勻的射線照射被檢物體時(shí),由于發(fā)生吸收等相互作用而使能量產(chǎn)生衰減。當(dāng)射線通過(guò)被檢物體時(shí),物體中不同結(jié)構(gòu)特征的部位(如瓶子中的飲料部分與空氣部分)對(duì)射線的吸收能力不同,因此，可以通過(guò)檢測(cè)透過(guò)被檢物體后的射線強(qiáng)度的差異,來(lái)判斷被檢測(cè)物體的結(jié)構(gòu)特征,這是X射線檢測(cè)的基本原理。射線被接收以后的處理有兩種方式。一種是進(jìn)行電路分析，利用射線激發(fā)閃爍物質(zhì)發(fā)出光電子，經(jīng)光電倍增后輸出脈沖電流,經(jīng)過(guò)對(duì)脈沖進(jìn)行電路分析獲得射線能量信息，這種方式較為復(fù)雜。另一種是將射線強(qiáng)度轉(zhuǎn)化成灰度圖像進(jìn)行顯示分析，直觀的反映物體信息，這一種方式又叫X射線成像技術(shù)。嚴(yán)格的說(shuō)，X射線成像技術(shù)也是機(jī)器視覺技術(shù)的一種。使用X射線成像技術(shù)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè),對(duì)環(huán)境要求低,檢測(cè)精度較高,是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。由于X射線對(duì)金屬的穿透性，在金屬包裝檢測(cè)上具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，目前在安全檢測(cè)、食品檢測(cè)、工業(yè)探傷等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。不同的方法其特性各異，適用于不同的場(chǎng)合。光學(xué)檢測(cè)，基于圖像處理技術(shù)，理論上思路清晰，但僅適用于透明或半透明的瓶體。紅外線檢測(cè)，不能準(zhǔn)確獲得液位數(shù)值，且不能適用于金屬瓶體。紅外熱成像法，測(cè)試條件較為苛刻，易受環(huán)境溫度影響。高頻法也不能用于金屬瓶體檢測(cè)。超聲波法算法復(fù)雜，造價(jià)較高。射線檢測(cè)(以X射線成像技術(shù)為基礎(chǔ))可以檢測(cè)金屬包裝，但需要設(shè)計(jì)合適的圖像處理算法。1.2.5承擔(dān)人概況中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院是一所省市共管、以市為主，面向社會(huì)，面向市場(chǎng)，培養(yǎng)高端技能型人才的公辦全日制普通高等學(xué)校?；I建于2005年，2006年6月正式掛牌成立，2010年6月順利通過(guò)教育部人才培養(yǎng)工作評(píng)估。學(xué)院占地面積620畝，建筑面積19.2萬(wàn)平方米。校園環(huán)境幽雅、文風(fēng)濃郁、設(shè)施齊全，擁有各類圖書共計(jì)86.9萬(wàn)冊(cè)。學(xué)院設(shè)有機(jī)電工程系、電子信息工程系、計(jì)算機(jī)工程系、經(jīng)濟(jì)管理系、藝術(shù)設(shè)計(jì)系、化學(xué)工程系、基礎(chǔ)教學(xué)部和思想政治理論課教學(xué)部，實(shí)施“一鎮(zhèn)一品一專業(yè)”專業(yè)布局，建成了與當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)密切相關(guān)的33個(gè)專業(yè)。擁有中央財(cái)政支持的重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)2個(gè)，省重點(diǎn)專業(yè)2個(gè)，省重點(diǎn)培育專業(yè)2個(gè)，電梯維護(hù)與管理、燈具設(shè)計(jì)與工藝、創(chuàng)業(yè)管理是全國(guó)高職高專首開專業(yè)。學(xué)院現(xiàn)有全日制學(xué)生7000余人，成人教育在籍學(xué)生近5600人，畢業(yè)生就業(yè)率連續(xù)五年超過(guò)98%，居省內(nèi)高校前列。2008至2010年學(xué)院師生專利授權(quán)量均居廣東高職院校第一名。堅(jiān)持學(xué)歷教育與技能培訓(xùn)并重思路辦學(xué)，為中山市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供人才支撐；積極開展對(duì)外合作辦學(xué)，先后和英國(guó)、澳大利亞、德國(guó)等多個(gè)國(guó)家知名大學(xué)建立合作關(guān)系。學(xué)院大力實(shí)施高級(jí)人才引進(jìn)工程、教授+技師培養(yǎng)工程、專任教師工學(xué)結(jié)合工程、骨干教師國(guó)際化培訓(xùn)工程和能工巧匠落戶工程，擁有330余名專任教師，和以世界級(jí)手模大師馬樂山、明陽(yáng)風(fēng)電集團(tuán)董事長(zhǎng)張傳衛(wèi)等為代表的逾百名客座教授。學(xué)院積極探索“政校企合作”人才培養(yǎng)模式，是省教育綜合改革試點(diǎn)。與200余家企業(yè)深度合作，引進(jìn)30家市內(nèi)行業(yè)協(xié)會(huì)入校辦公，與多個(gè)鎮(zhèn)區(qū)共建產(chǎn)業(yè)學(xué)院。大力推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研一體化，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展，組建了7個(gè)市級(jí)應(yīng)用技術(shù)研究所，80多名教師成為省、市級(jí)科技特派員，首期投資1.3億元的工業(yè)中心項(xiàng)目已啟動(dòng)建設(shè)。學(xué)院自覺踐行科學(xué)發(fā)展觀要求，按照強(qiáng)化內(nèi)涵建設(shè)、深化教育教學(xué)改革、建設(shè)和諧校園的整體思路，遵循質(zhì)量立校、人才強(qiáng)校、創(chuàng)新名校的治校方略，為建設(shè)“特色鮮明、國(guó)內(nèi)一流”的現(xiàn)代化高職院校而努力。1.3研究?jī)?nèi)容，技術(shù)方案、方法和技術(shù)路線的選擇等1.3.1具體研究開發(fā)內(nèi)容本項(xiàng)目具體研究開發(fā)的內(nèi)容如下：一、用于液位檢測(cè)的X射線成像系統(tǒng)本文闡述了X射線成像設(shè)備的工作原理,分析了X射線下金屬罐裝飲料液位圖像特點(diǎn),試驗(yàn)研究了圖像灰度與管電壓、管電流的關(guān)系,選取了合理的X射線成像系統(tǒng)參數(shù)。在分析X射線圖像噪聲來(lái)源的基礎(chǔ)上,論文提出基于脈沖耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的降噪濾波方法,試驗(yàn)表明該方法較好地彌補(bǔ)了經(jīng)典濾波方法的不足。二、基于脈沖耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的X射線圖像處理方法鑒于圖像法液位測(cè)量中傳統(tǒng)標(biāo)定方式的不足,根據(jù)研究對(duì)象的形體特征,論文提出一種依據(jù)實(shí)際距離比例對(duì)應(yīng)像素距離比例關(guān)系的標(biāo)定方法。在此基礎(chǔ)上，提出一種基于Canny方法的X射線液位檢測(cè)新算法,即在改進(jìn)Canny邊緣檢測(cè)過(guò)程的基礎(chǔ)上,進(jìn)行基于曲線擬合的液位邊緣連接,利用統(tǒng)計(jì)方法提取液位信息"論文還提出一種基于Hough變換的瓶體傾斜輪廓自動(dòng)校正方法,提高了液位檢測(cè)算法的抗干擾性。三、X射線液位檢測(cè)算法設(shè)計(jì)了一種基于Canny方法的X射線液位檢測(cè)新算法。該算法在Canny邊緣檢測(cè)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行基于曲線擬合的液位邊緣連接,利用統(tǒng)計(jì)方法提取瓶體直徑和液頂距離,依據(jù)比例標(biāo)定法進(jìn)行比例運(yùn)算,得到液位檢測(cè)結(jié)果。四、建立了X射線液位檢測(cè)系統(tǒng)試驗(yàn)利用實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)X射線液位檢測(cè)算法進(jìn)行準(zhǔn)確性試驗(yàn),結(jié)果表明該液位檢測(cè)算法能夠適應(yīng)生產(chǎn)線的在線檢測(cè)環(huán)境,具有一定的抗干擾性,基本滿足當(dāng)前生產(chǎn)線的檢測(cè)需求"通過(guò)算法的優(yōu)化和硬件設(shè)備技術(shù)的改進(jìn),系統(tǒng)性能將會(huì)更加完善。在瓶體隨著勻速行進(jìn)的傳送帶流動(dòng)過(guò)程中,可能出現(xiàn)多種狀態(tài)。本項(xiàng)目針對(duì)下列幾種主要情形進(jìn)行試驗(yàn):液位平靜狀態(tài)：這是處于勻速運(yùn)動(dòng)中最常見的液面狀態(tài)。當(dāng)瓶體所在傳送帶位置為非水平區(qū)域時(shí),可能出現(xiàn)瓶體傾斜現(xiàn)象。(2)液位起伏狀態(tài)：當(dāng)流動(dòng)中的瓶體勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變,或存在瞬間的非零加速度時(shí),液位會(huì)發(fā)生起伏現(xiàn)象,也可能同時(shí)發(fā)生瓶體傾斜。1.3.2.采用的研究方法，技術(shù)路線的選擇1、本項(xiàng)目采用研究方法為保證課題能沿著正確的研究方向進(jìn)行。擬采取的研究方法從整體看，本著“提出問(wèn)題→分析問(wèn)題→解決問(wèn)題”的邏輯順序，運(yùn)用實(shí)證分析和理論分析相結(jié)合、實(shí)證分析和比較分析相結(jié)合、靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析相結(jié)合以及定量分析和定性分析相結(jié)合等研究方法。具體的研究方法如下：①調(diào)研法對(duì)廣東省，特別是對(duì)珠三角地區(qū)飲料、啤酒行業(yè)進(jìn)行廣泛、細(xì)致的實(shí)地調(diào)查。了解當(dāng)?shù)仫嬃瞎扪b生產(chǎn)方式。與合作企業(yè)積極溝通了解他們對(duì)灌裝液位檢測(cè)設(shè)備的要求。②文獻(xiàn)研究法通過(guò)中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖書館搜索中國(guó)期刊網(wǎng)和維普網(wǎng)相關(guān)科技文獻(xiàn)，了解國(guó)內(nèi)關(guān)于該項(xiàng)技術(shù)最新研究成果，在課題研究過(guò)程中，可將最新技術(shù)借鑒或應(yīng)用與該設(shè)備的研制③討論法課題組成員與合作方技術(shù)人員定期召開小型討論會(huì)分享和交流近期工作成果。通過(guò)與合作廠方代表定期交流可及時(shí)了解客戶的訴求，可保證課題的研究一直按照學(xué)校和企業(yè)的共同目標(biāo)進(jìn)行。④實(shí)驗(yàn)法對(duì)于新的方案設(shè)計(jì)，在采納之前盡量進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)了解新方案的工作效果，以確保方案的可行性。二、項(xiàng)目研究進(jìn)程與主要工作2.1用于液位檢測(cè)的X射線成像系統(tǒng)自20世紀(jì)70年代以后，X射線成像檢測(cè)技術(shù)得到了快速發(fā)展，X射線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn)技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于工業(yè)探傷、管道檢測(cè)、焊縫檢測(cè)、醫(yī)學(xué)透視、印刷電路等方面。在X射線液位檢測(cè)系統(tǒng)中，X射線成像系統(tǒng)是液位圖像的采集裝置，它完成用X射線對(duì)待檢測(cè)產(chǎn)品的實(shí)時(shí)透射成像，繼而輸出至工業(yè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和液位檢測(cè)。2.1.1X射線的特性X射線是在1895年由德國(guó)物理學(xué)家倫琴.威廉.康拉德(W.K.Rontgen)發(fā)現(xiàn)的，因此又叫倫琴射線。X射線是由高速運(yùn)動(dòng)的電子撞擊金屬靶時(shí)急劇減速，動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電磁輻射而產(chǎn)生，所以X射線和可見光、無(wú)線電和射線一樣，也是一種電磁波，其在電磁波譜中的位置如圖2-1所示。圖2-1電磁波譜圖電磁波在空間傳播時(shí)滿足：（2-1）其中為波長(zhǎng)，為頻率，C為電磁波在真空中的傳播速度，為。X射線對(duì)人眼不可見，但它能穿透一般可見光不能穿透的物質(zhì)。X射線的特性可以用量和質(zhì)來(lái)體現(xiàn)。射線的量往往用射線強(qiáng)度來(lái)表示，而射線的質(zhì)則用射線的硬度表示。射線強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)在垂直于射線傳播的方向的單位面積上所通過(guò)射線的能量。它取決于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于傳播方向上單位面積的光子數(shù)與每個(gè)光子能量?jī)蓚€(gè)因素。對(duì)于由相同能量光子組成的單色譜,其強(qiáng)度為：(2-2)其中：N為每秒鐘通過(guò)單位面積的光子數(shù)，為光子能量。射線硬度衡量光子能量及穿透性的大小。由式(2-1)、(2-2)可知，波長(zhǎng)較短的X射線，其光子能量大，穿透物體的能力強(qiáng)，稱為硬X射線。相對(duì)的，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的X射線光子能量小，穿透能力相對(duì)較弱，稱為軟X射線。X射線劃分只是相對(duì)而言，沒有嚴(yán)格的科學(xué)區(qū)分。通常按照產(chǎn)生的管電壓的不同將X射線分為軟X射線(10~50KV)和硬X射線(大約在50~300KV)。應(yīng)用X射線對(duì)物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)需要根據(jù)具體的檢測(cè)對(duì)象選擇X射線的能量，若被檢測(cè)物質(zhì)密度、厚度較大時(shí),應(yīng)選用能量較大、穿透能力較強(qiáng)的硬射線；當(dāng)被檢測(cè)物質(zhì)為輕質(zhì)金屬或非金屬物質(zhì)時(shí),應(yīng)選用較軟的射線。在液位檢測(cè)中一般使用軟X射線。2.1.2X射線與物質(zhì)的相互作用X射線和其它電磁波一樣，能產(chǎn)生反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振和吸收等現(xiàn)象，當(dāng)X射線穿透物質(zhì)時(shí)，與原子中的電子、原子核、帶電粒子的電場(chǎng)以及原子核的介子場(chǎng)發(fā)生相互作用，由于這種相互作用而導(dǎo)致強(qiáng)度減弱。在與物質(zhì)相互作用過(guò)程中引起強(qiáng)度減弱主要有兩種原因:吸收與散射。吸收是一種能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，X射線穿透物質(zhì)時(shí)都會(huì)被部分吸收，其強(qiáng)度將逐漸衰減；吸收的程度與物質(zhì)的組成!密度和厚度有關(guān)。射線的能量被物質(zhì)吸收后轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿绕渌问降哪芰?。這種能量轉(zhuǎn)化主要包括光電效應(yīng)、俄歇效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)。散射過(guò)程則僅使射線的傳播方向改變，射線的能量形式和本質(zhì)不發(fā)生變化。X射線散射的過(guò)程又可分為兩種，只引起X射線方向的改變，不引起能量變化，這種散射稱為相干散射，這是X射線衍射的物理基礎(chǔ)；既引起X射線光子方向改變，也引起其能量改變的散射，稱為不相干散射或康普頓散射或康普頓效應(yīng)，此過(guò)程同時(shí)產(chǎn)生反沖電子(光電子)。2.1.3X射線的衰減規(guī)律1、距離引起的衰減X射線屬于電磁波，它服從電磁波在空間的衰減規(guī)律。設(shè)X射線源為點(diǎn)0，在以0點(diǎn)為中心而半徑不同的各球面上的X射線強(qiáng)度與距離(半徑)的平方成反比，此即平方反比定律。嚴(yán)格的說(shuō)，平方反比定律只有在真空傳播中才能成立。實(shí)際中由于空氣引起的衰減甚微，在一般射線檢測(cè)中可以按照真空環(huán)境對(duì)待。2、物質(zhì)引起的衰減當(dāng)X射線穿透物質(zhì)時(shí)，由于射線和構(gòu)成物質(zhì)的原子相互作用而產(chǎn)生吸收和散射的衰減，稱為物質(zhì)引起的衰減，如圖2-2所示。圖2-2X射線的衰減X射線檢測(cè)正是基于了物質(zhì)對(duì)射線的衰減特性。強(qiáng)度均勻的射線照射被檢物體時(shí)，由于發(fā)生吸收等相互作用而使能量產(chǎn)生衰減，衰減程度與射線的能量(波長(zhǎng))以及被穿透物體的厚度和密度等結(jié)構(gòu)特征有關(guān)。當(dāng)特定強(qiáng)度的射線通過(guò)被檢物體時(shí)，物體中不同結(jié)構(gòu)特征的部位(如瓶子中的飲料部分與空氣部分)對(duì)射線的衰減不同，因此通過(guò)檢測(cè)透過(guò)被檢物體后的射線強(qiáng)度的差異，來(lái)判斷被檢測(cè)物體的結(jié)構(gòu)特征，這就是X射線透視檢測(cè)的基本原理。2.2X射線實(shí)時(shí)成像器件X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)能實(shí)時(shí)地檢測(cè)被檢測(cè)物件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、大小和位置分布等方面的信息，實(shí)時(shí)、快速、動(dòng)態(tài)的評(píng)價(jià)被測(cè)物件的質(zhì)量，是當(dāng)前無(wú)損檢測(cè)自動(dòng)化技術(shù)中較為成功的一種技術(shù)。目前，X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)一般是利用X射線源透射被檢物件，在熒光屏或圖像增強(qiáng)器上成像，通過(guò)工業(yè)攝像機(jī)進(jìn)行攝像，將圖像視頻輸入到計(jì)算機(jī)顯示到屏幕上，以便后續(xù)根據(jù)圖像信息進(jìn)行物件質(zhì)量信息判定。這種系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，主要包括X射線機(jī)(X射線源)、圖像增強(qiáng)器、攝像機(jī)和圖像顯示系統(tǒng)。圖2-3典型X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的組成器件2.2.1X射線機(jī)X射線機(jī)是產(chǎn)生射線的部件，它的質(zhì)量直接影響系統(tǒng)的成像效果。目前工業(yè)檢測(cè)中的X射線機(jī)大多采用高壓電激發(fā)射線管產(chǎn)生射線的方式，從結(jié)構(gòu)上看X射線機(jī)由X射線管、高壓發(fā)生器、冷卻器等部分組成。其中，X射線管是核心部件，如圖2-4所示，它由陰極、陽(yáng)極、高真空玻璃管和防護(hù)外殼組成。圖2-4X射線管結(jié)構(gòu)示意圖陰極是一加熱燈絲，耐高溫的靶是陽(yáng)極，X射線管工作時(shí)，陰極接負(fù)高壓，陽(yáng)極帶正電壓或接地，燈絲在電流加熱下發(fā)出熱電子，這些熱電子在管電壓形成電場(chǎng)的作用下聚焦并高速轟擊到陽(yáng)極靶面上，X射線光子發(fā)出，從射線管的窗口發(fā)射出去，形成X射線。管電壓和管電流是衡量X射線機(jī)性能的主要技術(shù)指標(biāo)，決定了產(chǎn)生射線的硬度(穿透性)和強(qiáng)度。課題中的X射線機(jī)是丹東萬(wàn)全無(wú)損檢測(cè)儀器廠的XGF-604型X射線機(jī)，其主要參數(shù)見下表2-1。表2-1X射線發(fā)生器參數(shù)表技術(shù)指標(biāo)性能參數(shù)技術(shù)指標(biāo)性能參數(shù)外部尺寸X射線管管電壓15~60kv連續(xù)可調(diào)輸入220V50HZX射線管管電流0.1~4mA連續(xù)可調(diào)最大消耗功率280WX射線出射角60°2.2.2圖像增強(qiáng)器X射線圖像增強(qiáng)器(ImageIntensifier)能將低密度的X射線圖像轉(zhuǎn)化為可見光圖像輸出，并使其輸出面的亮度大幅提高。如圖2-3所示,它主要由射線窗口、輸入屏(包括熒光面和光電面)、聚焦電極和輸出屏構(gòu)成。在圖像增強(qiáng)器中完成X射線)可見光-電子-可見光的轉(zhuǎn)換過(guò)程。入射的X射線影像由輸入屏的熒光面轉(zhuǎn)換成可見光影像，再由光電面上的光電陰極物質(zhì)轉(zhuǎn)換成電子影像；光電子在光電陰極、聚焦電極共同形成的靜電透鏡作用下加速、聚焦，在輸出屏上高能電子轉(zhuǎn)換成可見光影像。由于光電子在靜電場(chǎng)獲取能量，電子速度和動(dòng)能大大增加，且輸入屏面積大于輸出屏，光密度增加，從而使其輸出影像亮度比普通熒光亮度大大提高。影像增強(qiáng)器與CCD攝像機(jī)相配合，將射線圖像采集方式從傳統(tǒng)的熒光屏式底片成像中解放出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了透視亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)，降低了X線劑量，并可使圖像通過(guò)圖像采集卡傳送至計(jì)算機(jī)中實(shí)時(shí)觀察、顯示，擴(kuò)展了X射線在工業(yè)上的應(yīng)用范圍。本試驗(yàn)中使用的是法國(guó)泰雷茲電子器件公司6英寸屏TH9466HP型圖像增強(qiáng)器，技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)如表2-2所示。表2-2TH9466HP型圖像增強(qiáng)器光電特性參數(shù)表技術(shù)指標(biāo)性能參數(shù)技術(shù)指標(biāo)性能參數(shù)外部直徑（外徑）極限分辨率48Lp/cm輸出圖像直徑15mm對(duì)比度17:1入射野尺寸36mm2.2.3CCD攝像機(jī)CCD攝像機(jī)是工業(yè)圖像采集領(lǐng)域的常用器件，其主要由光學(xué)鏡頭、CCD傳感器以及輸出電路組成。其中CCD傳感器是核心部件。電荷藕合器件圖像傳感器CCD(ChargeCoupledDevice)由一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成的光電轉(zhuǎn)換器件，CCD由光敏單元、輸入結(jié)構(gòu)和輸出結(jié)構(gòu)等部分組成,其突出特點(diǎn)是以電荷作為信號(hào)載體，當(dāng)入射光照射到CCD光敏單元上時(shí)，光敏單元中將產(chǎn)生光生電荷，所有的光敏單元所產(chǎn)生的電信號(hào)組合在一起，就構(gòu)成了一幅/以電荷為像素內(nèi)容的圖像。CCD傳感器分為線陣式CCD和面陣式CCD。線陣式CCD用于高分辨率的靜態(tài)照相機(jī)，它每次只拍攝圖像的一條線，這與平板掃描儀掃描照片的方法相同，這種CCD精度高，速度慢，無(wú)法用來(lái)拍攝移動(dòng)的物體，也無(wú)法使用閃光燈。面陣式CCD，它的每一個(gè)光敏元件代表圖像中的一個(gè)像素，當(dāng)快門打開時(shí)，整個(gè)圖像一次同時(shí)曝光，適合于動(dòng)態(tài)攝像。本研究選用敏通公司的1/2英寸面陣CCD攝像器件MS-2821E黑白攝像機(jī)，配置日本COMPUTAR生產(chǎn)的H620812M電動(dòng)三可變光學(xué)鏡頭，接收射線增強(qiáng)器的可見光圖像，轉(zhuǎn)變成模擬視頻信號(hào)輸出。該視頻信號(hào)可以在模擬顯像管中直接顯示，也可以經(jīng)過(guò)數(shù)字化以后輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。MS-2821E攝像機(jī)性能參數(shù)如表2-3所示。技術(shù)指標(biāo)性能參數(shù)技術(shù)指標(biāo)性能參數(shù)外形尺寸伽瑪修正0.45影像傳感器1/2英寸視頻輸出1.0Vp-p75有效像素信噪比0~20dB總像素電源12伏信號(hào)系統(tǒng)CCIR直流210mA掃描系統(tǒng)625線，60場(chǎng)/秒視頻接口BNC芯片大小2.2.4圖像采集卡由CCD攝像機(jī)輸出的模擬視頻信號(hào)需要經(jīng)過(guò)圖像采集卡完成數(shù)字化過(guò)程，才能進(jìn)入計(jì)算機(jī)。視頻信號(hào)首先經(jīng)抗混疊濾波；然后根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)圖像分辨率的要求，用采樣/保持電路對(duì)此模擬信號(hào)在時(shí)域/空域進(jìn)行間隔采樣；再由A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行量化編碼成數(shù)字序列，這些數(shù)字序列通過(guò)PCI接口傳送至計(jì)算機(jī)的先入先出(FIFO)存儲(chǔ)器，程序從FIFO中讀取數(shù)字序列,按照采集時(shí)的行列規(guī)則重新組合，形成二維數(shù)字圖像。本研究中采用加拿大Matrox公司的的標(biāo)準(zhǔn)型MeteorIIStandard圖像采集卡，此采集卡支持NTSC/PAL/RS-170/CCIR輸入模式，彩色/黑白PCI采集，7路視頻輸入，4MB視頻傳輸緩存，可選MJPEG實(shí)時(shí)壓縮模塊，并具有觸發(fā)功能。通過(guò)采集卡上的VIA(VideoInterfaceASIC)可實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)圖像到計(jì)算機(jī)內(nèi)存的可靠實(shí)時(shí)傳送,最高傳輸速率可達(dá)到132Mb/s。在采集過(guò)程中，由于采集卡傳送數(shù)據(jù)采用PCIMasterBurst方式，圖像傳送幾乎不占用CPU時(shí)間，留給CPU更多的時(shí)間用于圖像的運(yùn)算與處理。為了能獲得清晰圖像，本研究對(duì)圖像采集卡進(jìn)行了如下設(shè)置：設(shè)置輸入信號(hào)模式為：PAL制；設(shè)置輸入信道觸發(fā)模式為：外部觸發(fā)；設(shè)置圖像掃描方式：隔行掃描；設(shè)置圖像顯示方式：按幀顯示；設(shè)置圖像保存格式：BMP格式；設(shè)置采集窗口的范圍：760×500(pixel)。2.3X射線液位圖像獲取2.3.1X射線液位圖像的特征分析一瓶355ml聽裝飲料(易拉罐)經(jīng)過(guò)X射線照射，圖像增強(qiáng)器將其投影轉(zhuǎn)換為可視光信號(hào)，再由CCD攝像機(jī)獲取圖像進(jìn)入計(jì)算機(jī)。在計(jì)算機(jī)屏幕上觀察到的數(shù)字圖像如圖2-5(以液位線為中心進(jìn)行了截取)?？梢姡渚€透射下的液位圖像灰度較暗，對(duì)比度不高，而且噪聲干擾嚴(yán)重，圖像比較模糊，有黑或白的閃點(diǎn)。噪聲主要是在圖像采集過(guò)程中由圖像增強(qiáng)器和CCD攝像機(jī)產(chǎn)生或引入的，這在射線成像的過(guò)程中不可避免。圖2-5X射線液位圖像在圖像的內(nèi)容上，呈現(xiàn)灰度差異的幾個(gè)部分分別是背景、瓶體邊緣、瓶中空部、瓶中液體，各個(gè)部分影像的灰度差別是由于它們材質(zhì)或數(shù)量的差異。液體部分對(duì)射線的衰減較大；空氣部分，吸收X射線的材料僅是瓶子的兩層鋁壁，對(duì)射線的衰減相對(duì)較小，此部分的灰度與背景接近;瓶子的兩側(cè)邊緣與射線方向相切，瓶子頂蓋與射線方向平行，在這些部位射線透射的鋁材較厚，衰減較大，因而灰度較暗。對(duì)于液位檢測(cè)來(lái)說(shuō)，圖像的邊緣信息是分析處理的重要依據(jù)。在液位圖像中，視覺上可以分辨的邊緣包括瓶體(包括側(cè)邊和頂蓋)與背景的邊緣、液體與空氣的邊緣(即液位線)、頂蓋的下邊界等。經(jīng)過(guò)觀察不難發(fā)現(xiàn)，這些邊緣主要呈現(xiàn)水平或豎直方向，這一點(diǎn)與實(shí)際情況相符。不過(guò)，這些邊緣都受到噪聲的干擾，總體上比較模糊，尤其是液位線，噪聲干擾較為突出。值得注意的是，從射線液位圖像中也可發(fā)現(xiàn)，除了由于實(shí)際物體的邊界產(chǎn)生的邊緣，以及可以辨別的噪聲以外，不存在其他明顯的紋理信息，背景和液體影像內(nèi)部的灰度分布較為均勻。2.3.2管電壓與管電流的設(shè)定X射線管的管電壓和管電流直接決定了所產(chǎn)生射線的硬度和強(qiáng)度，因而不同的管電壓和管電流也就會(huì)導(dǎo)致背景圖像灰度的差別。為了達(dá)到液位檢測(cè)的目的，需要利用圖像中各個(gè)部分的灰度特征，提取相關(guān)邊緣信息。若能通過(guò)設(shè)置合理的成像系統(tǒng)參數(shù)，如X射線管的管電壓、管電流等，可以使各部分的灰度差異最大化，或最大限度呈現(xiàn)出其有利于液位檢測(cè)的特征，就可以減少后期分析處理時(shí)間，提高系統(tǒng)的檢測(cè)效率。需要說(shuō)明的是管電壓和管電流并非相互獨(dú)立的參數(shù)。根據(jù)X射線管的燈絲發(fā)射特性曲線和陽(yáng)極特性曲線，管電流除了與燈絲加熱電流有關(guān)，也與管電壓相關(guān)。對(duì)于一定的燈絲加熱電流，較低的管電壓只能得到較低范圍的管電流。根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的材質(zhì)特征，射線管的發(fā)生電壓控制在0~30KV，管電流控制在0~2mA范圍內(nèi)。在調(diào)節(jié)管電壓和管電流時(shí)，既要盡量增大圖像對(duì)比度，又應(yīng)防止因管電流或管電壓過(guò)大，使檢測(cè)產(chǎn)品發(fā)生“穿透”損失邊緣信息。現(xiàn)分別在14KV、16KV、18KV、20KV管電壓，0.6mA、1.0mA、1.4mA、1.8mA管電流下獲取易拉罐圖像,如圖2-6所示(為便于觀察,均為4幀平均結(jié)果)。(a)14kV0.6mA(b)14kV1.0mA(c)14kV1.4mA(d)14kV1.8mA(e)16kV0.6mA(f)16kV1.0mA(g)16kV1.4mA(h)16kV1.8mA(i)18kV0.6mA(j)18kV1.0mA(k)18kV1.4mA(l)18kV1.8mA(m)20kV0.6mA(n)20kV1.0mA圖2-6不同管電壓和管電流下的液位圖像從圖2-6可以看出，管電壓和管電流都是引起圖像灰度變化的因素。管電壓影響射線的硬度，反映射線的穿透能力，在圖像上由最高灰度值(通常位于透射區(qū)域中心)體現(xiàn)。管電流體現(xiàn)射線的密度，在圖像上表現(xiàn)為灰度分布的均勻程度，同樣的管電壓下，管電流越大,相似區(qū)域灰度分布越均勻，有效透射區(qū)域越大。1.管電壓的選取管電壓反映了射線的穿透能力。在較低的電壓區(qū)間，圖像的灰度隨著電壓的增加而增加。在選擇管電壓時(shí)，應(yīng)在滿足穿透要求的前提下盡量選擇低電壓值。但是，如果管電壓過(guò)低(12KV及以下)，圖像位于低灰度區(qū)，對(duì)比度低，并且對(duì)隨機(jī)噪聲非常敏感，不利于后續(xù)分析處理。雖然增加管電流能夠使圖像灰度提高，但較大的管電流產(chǎn)生密集的X射線離子，也會(huì)使圖像的弱邊緣區(qū)域產(chǎn)生失真。當(dāng)管電壓增大至20KV及以上時(shí)，射線已經(jīng)完全穿透罐體的金屬壁層(圖2-6(m)、(n))，液位圖像的部分邊緣信息產(chǎn)生失真。綜合以上因素考慮，本項(xiàng)目對(duì)16kV管電壓、0.6-1.8mA管電流下的圖像進(jìn)行分析。2.管電流的分析設(shè)定管電壓16KV，以管電流0.6mA、0.8mA、1.0mA、1.2mA、1.4mA、1.6mA、1.8mA獲取圖像，分別統(tǒng)計(jì)圖像中各部分的灰度分布，如表2-4所示。表2-416KV管電壓下圖像灰度管電流mA1.8背景118-157139-172148-189159-200166-204173-206174-206空氣111-140142-159147-171152-178156-183158-187160-188瓶邊84-11186-11992-12399-135101-144109-149118-151液體63-8973-9386-9787-10391-11191-11893-120在一定的管電壓下，當(dāng)電流較低時(shí)，隨著電流的增加，圖像灰度逐漸加大；當(dāng)電流較大時(shí)，圖像灰度隨電流增加的幅度逐漸趨緩。例如16KV下當(dāng)電流大于1.2mA時(shí)，隨著電流增加，圖像灰度緩慢增長(zhǎng)，背景灰度約為206。圖2-7分別表示了既定管電壓下管電流改變時(shí)圖像灰度變化情況，圖中灰度值取表2-4中灰度范圍的較大值。圖2-716kV管電壓下管電流變化的圖像灰度變化圖對(duì)圖2-7中各部分灰度作回歸分析。定義背景、空氣、瓶邊、液體的灰度變化曲線分別為f背景、f空氣、f瓶邊、f液體,管電流變化區(qū)間設(shè)定為mA,使用MATLABCurveFittingTool進(jìn)行曲線擬合。選取三次多項(xiàng)式曲線方程為：（2-3）經(jīng)擬合得擬合的R-Square分別為0.9953、0.9989、0.9930和0.9958，擬合結(jié)果如圖2-8所示"2-816kV管電壓下圖像灰度回歸曲線由圖2-8可以觀察出圖像各部分灰度隨著管電流變化而變化的關(guān)系。為了有利于液位檢測(cè)，使|f背景-f瓶邊|和|f空氣-f液體|同時(shí)達(dá)到極大的管電流為最佳電流。觀察上圖，在管電流變化區(qū)間,|f背景-f瓶邊|和|f空氣-f液體|取得極大值的點(diǎn)位于[1.00.4]區(qū)間。事實(shí)上,由式(2-3)通過(guò)對(duì)多項(xiàng)式的導(dǎo)數(shù)求零值點(diǎn)可知，f背景-f瓶邊極大值點(diǎn)為x=1.1352，f空氣-f液體極大值點(diǎn)為x=1.1391。另外,當(dāng)管電流高于1.4mA時(shí)，隨著管電流增加，圖像灰度增長(zhǎng)逐漸微弱。由X射線機(jī)特性可知，在同等透射效果時(shí)，應(yīng)盡量選擇較小的管電流(和管電壓)，從而降低射線管的工作溫度，減少射線輻射，增加射線管使用壽命?；谏鲜龇治觯卷?xiàng)目選擇管電壓16KV、管電流1.2mA。多次試驗(yàn)表明，該參數(shù)下圖像灰度特性穩(wěn)定。2.4圖像液位檢測(cè)系統(tǒng)的原理及構(gòu)成硬件系統(tǒng)包含圖像液位檢測(cè)模塊及通信接口模塊，LCD顯示模塊等。由于圖像液位檢測(cè)模塊的制作成本過(guò)高，選擇采用現(xiàn)成的圖像液位檢測(cè)模塊。圖像液位檢測(cè)系統(tǒng)由X射線機(jī)、圖像增強(qiáng)器、CCD攝像機(jī)、圖像采集卡、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)、通信輸出等部分組成，圖像液位檢測(cè)系統(tǒng)從功能上主要包括數(shù)字圖像的獲取、圖像算法處理、信號(hào)輸出。2.4.1嵌入式硬件設(shè)計(jì)考慮到主模塊的開發(fā)成本過(guò)高，開發(fā)周期長(zhǎng)。從而選擇其他廠家已有的主模塊，再在該主模塊上進(jìn)行二次開發(fā)，自主設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)接口模塊與LCD顯示模塊。對(duì)本產(chǎn)品需要移植Linux操作系統(tǒng)，進(jìn)行圖像處理運(yùn)算量比較大等因素進(jìn)行綜合考慮，本系統(tǒng)選用主芯片為S3C2440的主模塊。網(wǎng)絡(luò)接口模塊設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)接口模塊采用的是嵌入式系統(tǒng)中常用的網(wǎng)卡芯片RTL8019AS，這是一種高度集成以太網(wǎng)控制器，能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的Plug與Play；支持EthemetII和IEEE802.3，10Base5，l0Base2，10BaseT，并在10BaseT支持自動(dòng)極性修正；支持在全雙工模式下的雙倍信道帶寬；片內(nèi)集成16KBSRAM；接口時(shí)序符合ISA總線標(biāo)準(zhǔn)，是嵌入式系統(tǒng)中最常用的網(wǎng)卡芯片。網(wǎng)絡(luò)接口模塊采用的是嵌入式系統(tǒng)中常用的網(wǎng)卡芯片RTL8019AS，這是一種高度集成以太網(wǎng)控制器，能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的Plug與Play；支持EthemetII和IEEE802.3，10Base5，l0Base2，10BaseT，并在10BaseT支持自動(dòng)極性修正；支持在全雙工模式下的雙倍信道帶寬；片內(nèi)集成16KBSRAM；接口時(shí)序符合ISA總線標(biāo)準(zhǔn)，是嵌入式系統(tǒng)中最常用的網(wǎng)卡芯片。微處理器通過(guò)寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)RTL8019AS的控制。微處理器讀寫寄存器是通過(guò)I/O尋址實(shí)現(xiàn)的，在微處理器看來(lái)，RTL8019AS的RAM與普通的RAM芯片沒有區(qū)別。因此，需要解決2個(gè)問(wèn)題：寄存器在RTL8019AS的內(nèi)部RAM中定位，因?yàn)閿?shù)據(jù)手冊(cè)中的寄存器都是相對(duì)于基地址的偏移量。微處理器的哪塊地址空間分配給RTL8019AS，以便讓微處理器能夠I/O尋址到它的各個(gè)寄存器。解決第一個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵所在是要確定所有寄存器的基地址BaseAddr。而基地址是由寄存器CONFIG1(配置寄存器)的低4位(IOS0-IOS3)確定。在跳線方式下，RTLS019AS復(fù)位后CONFIG1的初始值由跳線引腳的電平?jīng)Q定，即IOS0-IOS3的值分別由RTL8019AS的81腳(IOS0)、82腳(IOS1)、84腳(IOS2)、85腳(IOS3)所接的電平?jīng)Q定。本系統(tǒng)將這4個(gè)引腳全接高電平。第二個(gè)問(wèn)題比較簡(jiǎn)單，不同的系統(tǒng)可以考慮不同的地址空間。S3C2440有8個(gè)bank，每個(gè)bank大小為128MB，總共1GB，這里將第3個(gè)bank的地方分給網(wǎng)絡(luò)芯片，即讓nGCS3接RTL8019AS的AEN引腳。解決了以上2個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題后，功能引腳的處理就比較容易。引腳IORB，IOWB，RSTDRV分別接到該系統(tǒng)的讀(RD)、寫(WR)、復(fù)位(RST)；引腳SMEMWB、SMEMRB是片內(nèi)RAM讀寫允許引腳，應(yīng)該接到VCC；引腳IOCS16B用于8/16位模式的選擇，必須經(jīng)下拉電阻接到GND，以使RTL8019AS工作在8位模式下；RTL8019AS既可以通過(guò)雙絞線上網(wǎng)，也可以通過(guò)同軸電纜上網(wǎng)，并通過(guò)2組不同的引腳來(lái)劃分其功能。該系統(tǒng)采用的是雙絞線介質(zhì)，因此，其引腳TPOUT+、TPOUT-作為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的輸出分別接到FB2022的TD+、TD-信號(hào)線；而引腳TPIN+、TPIN-作為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的輸入分別接到FB2022的RD+、RD-信號(hào)線。其設(shè)計(jì)見圖2-9。圖2-9網(wǎng)絡(luò)芯片接口電路LCD顯示模塊設(shè)計(jì)LTV350QV-F04是三星公司推出的分辨率為320*240的TFT型液晶顯示模塊，而本硬件平臺(tái)的主芯片為S3C2440，其自帶LCD控制器。本節(jié)介紹S3C2440控制液晶顯示屏的原理及其硬件設(shè)計(jì)。S3C2440的LCD控制器的主要功能是傳輸顯示數(shù)據(jù)和產(chǎn)生控制信號(hào)。它支持屏幕水平和垂直滾動(dòng)顯示。數(shù)據(jù)的傳輸采用專門的DMA通道進(jìn)行。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)接口的位寬，接口時(shí)序，水平和垂直像素素?cái)?shù)等可編程參數(shù)的調(diào)整，S3C2440可支持單色模式，4級(jí)，16級(jí)灰度顯示以及256色和4096色彩色STNLCD；支持1，2，4或8bbp調(diào)色顯示和16bbp，24bbp真彩色TFTLCD。并且支持多種不同尺寸的液晶屏。LCD控制器主要輸出接口說(shuō)明如下：VD[0:23]：LCD顯示數(shù)據(jù)輸出端口；VCLK：LCD時(shí)鐘信號(hào)；LCD_PWREN：LCD電源能控制信號(hào)；VFRAME/VSYNC：LCD幀同步信號(hào)(STN)/垂直同步信號(hào)(TFT)；VLINE/HSYNC：LCD行同步信號(hào)(STN)/垂直同步信號(hào)(TFT)；VM/VDEN：交流控制信號(hào)(STN)/數(shù)據(jù)使能信號(hào)(TFT)；LEND：行結(jié)束信號(hào)(TFT)。LTV350QV-F04液晶模塊由TFTLCD屏、驅(qū)動(dòng)IC、控制電路和背光電路組成。圖2-10給出S3C2440和LTV350QV-F04之間的接口連接圖。圖2-10S3C2440與LTV350QV-F04接口圖S3C2440視頻數(shù)據(jù)端口與LTV350QV的RGB數(shù)據(jù)端口相連。S3C2440支持5：6：5(R：G：B)和5：5：5：1(R：G：B：I)兩種格式，其中I為強(qiáng)度信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用5：6：5格式，藍(lán)色視頻信號(hào)由VD[3：7]輸出，綠色視頻信號(hào)VD[10：15]輸出，紅色視頻信號(hào)由VD[19：23]輸出。VD[2]和VD[18]并不實(shí)際輸出視頻信號(hào)，但它們的值影響實(shí)際的液晶顯示。S3C2440的LCD控制端口與LTV350QV的控制信號(hào)端口相連，這些信號(hào)為液晶提供操作時(shí)序。S3C2440所提供的信號(hào)必須與液晶所需時(shí)序相一致才能使液晶正常工作。在數(shù)據(jù)和控制接口的連接口要注意走線長(zhǎng)度不能太長(zhǎng)，否則液晶有可能不能正確顯示圖像。2.5.基于脈沖耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的X射線圖像處理方法2.5.1脈沖耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)生物神經(jīng)元的特性而構(gòu)成的，用來(lái)模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)各種信息的處理。20世紀(jì)0年代發(fā)展起來(lái)的脈沖耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(PulseCoupledNeuralNetworks,簡(jiǎn)稱PCCN)模型，來(lái)自于Johnson和Eckhorn等對(duì)貓的視覺皮層神經(jīng)元脈沖同步發(fā)放現(xiàn)象的研究，是模擬視覺神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)而得到的人工神經(jīng)元模型。PCNN為單層模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，不需要訓(xùn)練過(guò)程即可實(shí)現(xiàn)模式識(shí)別等信息運(yùn)算，因而適合圖像的實(shí)時(shí)處理環(huán)境。該模型還具有對(duì)圖像二維空間相似、灰度相似的像素進(jìn)行分組的特點(diǎn)，并能減小圖像局部灰度差值，在圖像處理中表現(xiàn)出良好的應(yīng)用性能。關(guān)于PCNN理論的研究正在逐步深入。2.5.2基于PCNN的X射線圖像去噪濾波噪聲對(duì)圖像信號(hào)幅度和相位的影響十分復(fù)雜，噪聲根據(jù)其表現(xiàn)形式分為高斯噪聲、瑞利噪聲，以及脈沖噪聲、連續(xù)噪聲等。要減少圖像中的噪聲，必須針對(duì)具體情況根據(jù)噪聲本身特性采用不同方法。2.5.2.1X射線圖像的噪聲根據(jù)X射線成像系統(tǒng)的工作原理，射線圖像的噪聲主要是在圖像采集過(guò)程中由圖像增強(qiáng)器和CCD攝像機(jī)產(chǎn)生或引入的。圖像增強(qiáng)器的噪聲主要分為兩類:電子噪聲和離子噪聲。電子噪聲是圖像增強(qiáng)器正常工作期間由光子流和光電子流所固有的隨機(jī)性啟發(fā)產(chǎn)生的噪聲，其表現(xiàn)特征為整幅圖面上基本均勻的細(xì)微離子蠕動(dòng)。離子噪聲也稱為雪花噪聲，它基本存在于設(shè)計(jì)制造不盡完善的圖像增強(qiáng)器中,其表現(xiàn)為如片雪花似的噪聲的漂浮圖像畫面上，并在它出現(xiàn)處顯著改變圖像的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)。綜合而言，這兩類噪聲最顯著的表現(xiàn)就是在圖像畫面上疊加的在時(shí)間和空間上隨機(jī)閃爍的脈沖顆粒。CCD攝像機(jī)在電荷產(chǎn)生!存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移過(guò)程中引入了噪聲,這些噪聲影響信號(hào)再現(xiàn)的精度，是影響CCD成像質(zhì)量的主要參數(shù)。主要存在兩類：熱噪聲和光電子噪聲。熱噪聲是在阻性器件中由于導(dǎo)電載流子隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)而造成的電子噪聲，它存在于所有電子器件和傳輸介質(zhì)中，因溫度變化而產(chǎn)生，但不受頻率變化的影響，這種噪聲從零頻率直到很高的頻率之間分布一致,一般這種噪聲稱為高斯白噪聲。光電子噪聲是由光的統(tǒng)計(jì)本質(zhì)和CCD圖像傳感器中光電子轉(zhuǎn)換過(guò)程引起的。在弱光照的情況下,其影響更為嚴(yán)重,常用具有泊松密度分布的隨機(jī)變量作為光電子噪聲的模型。在光照較強(qiáng)時(shí),泊松型分布趨向更易描述的高斯分布。根據(jù)上述分析,X射線圖像中，電子噪聲和離子噪聲主要表現(xiàn)為顆粒狀的脈沖噪聲。而在本文采集實(shí)驗(yàn)設(shè)定的采集條件下，圖像的光照條件較強(qiáng)，圖像的對(duì)比度較為穩(wěn)定，此時(shí)CCD噪聲的數(shù)學(xué)表現(xiàn)形態(tài)為近似高斯白噪聲。傳統(tǒng)去噪方法1.時(shí)域平均(多幀平均)在射線成像過(guò)程中由于電子器件(圖像增強(qiáng)器和CCD攝像機(jī)等)固有的電子離子運(yùn)動(dòng)屬性產(chǎn)生噪聲作用，屏幕上顯示的圖像模糊、有跳躍的雪花狀噪聲。這種噪聲具有明顯的隨機(jī)性,一般認(rèn)為其符合均值為0、互不相關(guān)的加性噪聲描述。通過(guò)時(shí)域的多幀平均,可以實(shí)現(xiàn)縮小噪聲強(qiáng)度。對(duì)M幀圖像取平均可把噪聲方差減小到1/M。在圖像中目標(biāo)保持靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，M越大,平均圖像越接近理想圖像。圖3-1表示了多幀平均的效果。(a)含有雪花狀噪聲的圖像(b)4幀平均后圖3-1多幀平均的圖像但是,多幀疊加方法要求在目標(biāo)保持靜止時(shí)進(jìn)行多幀的采集,在目標(biāo)物體不能保證絕對(duì)靜止的情況下,采集多幀進(jìn)行平均運(yùn)算可能造成圖像邊緣模糊。另外,這種方法所需的處理時(shí)間主要決定于圖像采集卡連續(xù)采集M幀信號(hào)所需要的時(shí)間,因而不適用于實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的場(chǎng)合。在生產(chǎn)線的液位檢測(cè)中,產(chǎn)品隨傳送帶快速流動(dòng),不能滿足多幀采集的要求；雖然理論上可以對(duì)各幀進(jìn)行位移補(bǔ)償處理,但算法十分復(fù)雜。多幀平均法不能應(yīng)用于本研究中。2.平均濾波平均濾波指在空間鄰域上進(jìn)行局部線性平均運(yùn)算,按鄰域模板的權(quán)值分為等權(quán)均值濾波和加權(quán)平均濾波。等權(quán)均值濾波容易給圖像帶來(lái)嚴(yán)重模糊,特別在邊緣3.中值濾波中值濾波是由J.K.Tukey提出的非線性信號(hào)處理方法,對(duì)于抑制圖像中的脈沖噪聲非常有用。中值濾波器包含一個(gè)有奇數(shù)個(gè)像素的可調(diào)節(jié)窗口,這個(gè)窗口的中心像素被窗口像素的排序后的中間序號(hào)的像素值代替。中值濾波用數(shù)學(xué)公式表示為:中值濾波使與鄰域像素灰度相差較大的點(diǎn)處理后能與周圍的像素值比較接近,因此可以衰減隨機(jī)噪聲。理論分析表明,對(duì)于加性脈沖噪聲(孤立噪聲),中值濾波錯(cuò)誤概率和誤差幅度都要比均值濾波小。中值濾波器具有不影響階躍函數(shù)或斜坡函數(shù)的性質(zhì),對(duì)階躍型邊緣能夠保留。液位圖像邊緣處基本呈階躍邊緣,因此中值濾波器能夠較多地保留液位圖像的邊緣信息。但是,由于高斯噪聲可能影響到每個(gè)像素,中值濾波方法對(duì)于受到高斯噪聲污染的圖像恢復(fù)沒有明顯作用。綜上所述,由于自成像儀采集的X射線圖像中同時(shí)存在脈沖噪聲和高斯噪聲,若選擇單一的濾波方法,濾波效果有限,并且可能造成圖像信息損失。2.5.2.3PCNN去噪濾波算法基于PCNN濾波的基本方法是:對(duì)于幅度較小的高斯噪聲,利用PCNN網(wǎng)絡(luò)的脈沖傳播特性以同步點(diǎn)火區(qū)域?yàn)閷?duì)象進(jìn)行平滑;而對(duì)于脈沖噪聲和強(qiáng)度較高的高斯噪聲,利用PCNN模型實(shí)現(xiàn)噪聲點(diǎn)的定位,再對(duì)噪聲點(diǎn)進(jìn)行濾除。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲像素的定位,并且確定同步點(diǎn)火集群,以圖像灰度作為PCNN網(wǎng)絡(luò)的激勵(lì),由神經(jīng)元的點(diǎn)火時(shí)刻建立點(diǎn)火時(shí)刻矩陣。設(shè)點(diǎn)火時(shí)刻矩陣為T,其中元素Tij是第(i,j)個(gè)神經(jīng)元的點(diǎn)火時(shí)刻,即T中的各元素記錄對(duì)應(yīng)的神經(jīng)元首次點(diǎn)火的時(shí)刻"若某神經(jīng)元從未點(diǎn)過(guò)火,則在T中對(duì)應(yīng)值為0;若在n時(shí)刻第一次點(diǎn)火,在T中對(duì)應(yīng)點(diǎn)為n;若該神經(jīng)元已點(diǎn)過(guò)火,則T中的值保持上一次的值不變。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)迭代至所有神經(jīng)元都點(diǎn)過(guò)火,最后形成了PCNN的點(diǎn)火時(shí)刻矩陣T。由于灰度值較大的像素對(duì)應(yīng)的神經(jīng)元較快點(diǎn)火,因而點(diǎn)火時(shí)刻矩陣從時(shí)間的角度非線性地反映出圖像信息。本文算法如下:(1)讀取含噪圖像I,給定鄰域權(quán)陣W、衰減系數(shù)、連接系數(shù)和閾值給出動(dòng)態(tài)閾值矩陣和輸出矩陣Y,并初始化為0。(2)以圖像像素為PCNN網(wǎng)絡(luò)的外部刺激,按式(3-6)~式(3-10)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行迭代循環(huán)。循環(huán)過(guò)程中,在點(diǎn)火時(shí)刻矩陣T中記錄各元素第一次點(diǎn)火時(shí)的循環(huán)次數(shù)。(3)通過(guò)檢查T中是否所有元素都不為0來(lái)判斷所有神經(jīng)元都已點(diǎn)過(guò)火,如果是,轉(zhuǎn)入(4);否則轉(zhuǎn)(2)進(jìn)行下一次循環(huán)。(4)在點(diǎn)火時(shí)刻矩陣T中,對(duì)每個(gè)元素,以其為中心考察3×3鄰域元素:如果9個(gè)元素相等,則在含噪的灰度圖像中,對(duì)與中心元素對(duì)應(yīng)的像素進(jìn)行3×3高斯模板濾波;否則,對(duì)灰度圖像對(duì)應(yīng)像素進(jìn)行中值濾波。本文對(duì)第二章采集得的X射線圖像設(shè)定參數(shù)為：另外,由于涉及3×3鄰域運(yùn)算,對(duì)圖像中的邊緣行(列)進(jìn)行單獨(dú)處理。2.5.2.4試驗(yàn)結(jié)果分析對(duì)于采集的射線圖像,分別采用本節(jié)PCNN算法、3×3中值濾波及3×3高斯濾波器進(jìn)行降噪處理,在Matlab7.0環(huán)境的仿真結(jié)果如圖3-2所示,其中(a)為采集得的含噪圖像,(b)為(a)的點(diǎn)火時(shí)刻矩陣圖像示意,(c)、(e)、(g)為對(duì)(a)濾波的結(jié)果,(d)、(f)、(h)分別表示(c)、(e)、(g)與(a)的差值示意,這三幅圖像反映濾除的噪聲。(a)待去噪圖像(b)PCNN點(diǎn)火時(shí)刻矩陣圖(c)PCNN濾波后圖像(d)PCNN法濾除的噪聲(e)中值濾波后的圖像(f)中值法濾除的噪聲(g)高斯濾波后的圖像(h)高斯法濾除的噪聲圖3-2對(duì)X射線圖像進(jìn)行PCNN等方法去噪結(jié)果從圖3-2可以看出,對(duì)于本研究中單幀X射線圖像來(lái)說(shuō),PCNN方法的濾波效果略優(yōu)于中值濾波和高斯濾波。中值濾波對(duì)于去除圖像中的孤立噪聲效果明顯,但是,對(duì)整幅圖像進(jìn)行濾波會(huì)造成平滑區(qū)域的畸變,而且對(duì)于強(qiáng)度微弱的高斯噪聲效果有限。高斯濾波器對(duì)高斯噪聲平滑的同時(shí),也造成了邊緣的弱化與細(xì)節(jié)的模糊((h)圖中可以看出濾除了邊緣輪廓)?；赑CNN的濾波,由PCNN網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)火和脈沖傳播過(guò)程,一方面將孤立的噪聲點(diǎn)定位,找到噪聲點(diǎn)的位置后,選用中值濾波法濾除;另一方面,通過(guò)PCNN的同步點(diǎn)火區(qū)域,識(shí)別灰度接近的像素區(qū)域,在區(qū)域局部進(jìn)行高斯平滑,避免了對(duì)邊緣部位進(jìn)行平均,因此能較好地保留邊緣信息。需要注意的是,這里對(duì)灰度接近像素區(qū)域的確定,不是從圖像灰度上得到的,而是通過(guò)PCNN的點(diǎn)火時(shí)刻矩陣上獲得的,由于連接系數(shù)B的存在,它包括了相鄰像素的作用。本節(jié)PCNN算法利用PCNN網(wǎng)絡(luò)將多種濾波方法綜合在一起,有針對(duì)性地使用,可以彌補(bǔ)只用某一濾波方法的不足,也能避免多種方法反復(fù)使用造成的圖像畸變和大運(yùn)算量。另外,PCNN算法靈活性好,通過(guò)參數(shù)的調(diào)節(jié)可以進(jìn)一步優(yōu)化算法。2.6圖像邊緣檢測(cè)當(dāng)圖像經(jīng)過(guò)去噪濾波以后,理論上能夠最大限度地真實(shí)體現(xiàn)其所反映的內(nèi)容。如何理解圖像的內(nèi)容并獲取其中數(shù)據(jù),這就需要對(duì)圖像進(jìn)一步處理。圖像的大部分信息都存在于邊緣中,因而邊緣檢測(cè)是圖像理解的一個(gè)基本手段,也是計(jì)算機(jī)視覺中模式識(shí)別算法的重要基礎(chǔ)。邊緣是兩塊灰度值相對(duì)一致區(qū)域的分界線,是梯度較大,或者灰度不連續(xù)的區(qū)域。噪聲條件下的邊緣檢測(cè),是對(duì)圖像的每個(gè)像素判斷是否邊緣。2.6.1經(jīng)典的邊緣檢測(cè)算子1.Roberts、Sobel、Prewitt算子這是三個(gè)一階微商算子,根據(jù)各像點(diǎn)處的微商幅值高低體現(xiàn)邊緣強(qiáng)弱。Roberts梯度是一種利用局部交叉差分方法其近似計(jì)算值如下式。其中f(x,y)是具有整數(shù)像素坐標(biāo)的輸入圖像。Sobel算子也是一種梯度幅值,它是在以f(i,j)為中心的3×3鄰域上計(jì)算兩個(gè)方向的偏導(dǎo)數(shù),并為了抑制噪聲對(duì)中心點(diǎn)相應(yīng)加了一定的權(quán)值。圖3-8所示的兩個(gè)卷積核形成了Sobel邊緣算子,圖像中的每個(gè)點(diǎn)都用這兩個(gè)核做卷積,一個(gè)核對(duì)豎直邊緣響應(yīng)最大,而另一個(gè)核對(duì)水平邊緣響應(yīng)最大。兩個(gè)卷積的和(或最大值)作為該點(diǎn)的輸出。Prewitt算子和Sobel算子的原理一樣,不同的是卷積核的權(quán)值。Sobel和Prewitt算子具有一定的抑制噪聲能力,對(duì)灰度漸變和噪聲圖像處理效果較好,且能夠檢測(cè)出邊緣的方向特征"不過(guò),它們都不能定位一個(gè)單像素的邊緣。2.6.2Canny邊緣檢測(cè)方法Canny提出了一個(gè)性能優(yōu)良的邊緣檢測(cè)器應(yīng)該具備的三個(gè)指標(biāo)是:1低誤判率,即盡可能少的把邊緣點(diǎn)誤判為非邊緣點(diǎn);2高定位精度,即準(zhǔn)確地把邊緣點(diǎn)定位在灰度變化最大的像素上;3單像素響應(yīng),對(duì)每個(gè)邊緣有唯一的響應(yīng),抑制虛假邊緣。據(jù)此三個(gè)指標(biāo),Canny導(dǎo)出了一個(gè)性能優(yōu)良的邊緣檢測(cè)算法。對(duì)于二維數(shù)字圖像,Canny算法實(shí)質(zhì)上是先用高斯函數(shù)與圖像卷積,然后以帶方向的一階微分定位導(dǎo)數(shù)最大值,能在噪聲抑制和邊緣檢測(cè)之間取得良好的平衡。設(shè)圖像f(x,y),二維高斯函數(shù)：與LOG算法一致的是,Canny算子也是先對(duì)圖像平滑再求梯度運(yùn)算,本質(zhì)上都是根據(jù)點(diǎn)像素與其鄰域的灰度差別而決定其輸出值"不過(guò),Canny算法還要利用點(diǎn)像素的鄰域的邊緣信息以增加或減少該點(diǎn)像素為邊緣點(diǎn)的置信度。為此,Canny提出滿足下列準(zhǔn)則的點(diǎn)可確定為邊緣點(diǎn):(1)該點(diǎn)的邊緣強(qiáng)度大于沿該點(diǎn)梯度方向上兩個(gè)相鄰像素的邊緣強(qiáng)度))主要作用是準(zhǔn)確定位并控制邊緣寬度為一個(gè)像素。(2)與該點(diǎn)梯度方向上的相鄰兩點(diǎn)的梯度方向之差都小于45，給出光滑性約束,克服隨機(jī)因素的影響。(3)以該點(diǎn)為中心的3×3子域中的邊緣強(qiáng)度極大值小于某個(gè)閾值，保持邊緣強(qiáng)度相對(duì)一致,驅(qū)除噪聲產(chǎn)生的虛假邊緣。上述三條邊緣點(diǎn)判別準(zhǔn)則中,(1)也稱為非最大值抑制。尋找邊界點(diǎn)還可以采用雙閾值法(又稱遲滯性閾值法):選取兩個(gè)閾值,一個(gè)高閾值T1,一個(gè)低閾值T2,如果梯度強(qiáng)度大于高閾值,那么一定是邊界點(diǎn),如果小于低閾值,那么一定不是邊緣點(diǎn)。如果在高低閾值之間,就要根據(jù)它的鄰點(diǎn)的邊緣屬性信息確定它是否為邊緣點(diǎn)。對(duì)于二維圖像,Canny邊緣檢測(cè)算法一般步驟如下:(1)高斯平滑。(2)求梯度運(yùn)算。用梯度算子得出每個(gè)像素的梯度幅值和方向,即邊緣的強(qiáng)度和方向。(3)對(duì)梯度進(jìn)行“非最大值抑制”。為了準(zhǔn)確的定位邊緣,必須對(duì)梯度幅值圖像中的“脊線”進(jìn)行細(xì)化,僅保留幅值的局部極大點(diǎn)作為邊緣點(diǎn),這個(gè)過(guò)程叫做非極大值抑制。通過(guò)非極大值抑制將在梯度方向上獲得梯度幅值最大點(diǎn),達(dá)到將邊緣細(xì)化為一個(gè)像素寬的目的。(4)用雙閾值法或其他方法對(duì)經(jīng)過(guò)非最大值抑制后的梯度進(jìn)行處理。經(jīng)過(guò)非最大值抑制后得到的邊緣仍舊可能存在紋理波動(dòng)產(chǎn)生的虛假邊緣,它們的幅值相對(duì)較小,可以采用雙閾值法進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)對(duì)邊緣點(diǎn)的篩選。2.6.3檢測(cè)效果分析與比較使用MATLAB7.0環(huán)境,分別采用以上邊緣檢測(cè)算法編輯圖像處理函數(shù),對(duì)液位圖像進(jìn)行處理。圖3-3表示了以上述方法對(duì)一幅液位圖像進(jìn)行檢測(cè)邊緣的結(jié)果。(a)待檢測(cè)圖像(b)Roberts(c)Sobel(d)Prewitt(e)LOG5×5模板(f)SUSAN21像素t=8g=15(g)CannyT1=0.12T2=0.1(h)CannyT=0.1圖3-3邊緣檢測(cè)效果比較對(duì)比圖3-3,可以發(fā)現(xiàn):(1)Roberts算子對(duì)噪聲敏感,抗噪性能較差,尤其是孤立噪聲，Roberts算子一般不直接應(yīng)用于邊緣檢測(cè)。(2)Sobel與Prewitt檢測(cè)效果近似,較之Roberts算子,更好地描繪了物體邊界,抗噪性能有所改進(jìn),其原因在于前兩者的模板較大,使小的亮度波動(dòng)平均化了。但這兩種算子的邊緣寬度大于一個(gè)像素,定位不夠準(zhǔn)確,尤其是液位線。(3)LOG方法對(duì)強(qiáng)邊緣(瓶體邊緣)檢測(cè)清晰,但同時(shí)對(duì)圖像細(xì)節(jié)保留較多,對(duì)弱邊緣(液位線)的定位不夠準(zhǔn)確,反映的液位與原圖有較大差別"。(4)SUSAN方法具有較好的抗噪性能,虛假邊緣很少;缺點(diǎn)也很明顯,從(f)圖也可看出,由于對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行了USAN統(tǒng)計(jì),對(duì)于強(qiáng)邊緣檢測(cè)結(jié)果通常至少兩個(gè)像素寬,而對(duì)于液位線,既容易造成定位不準(zhǔn),又不免發(fā)生邊緣間斷,不利于液位的識(shí)別。(5)(g)圖是應(yīng)用經(jīng)典的Canny算法,依次對(duì)原圖進(jìn)行高斯濾波、求梯度、非極大值抑制、雙閾值遲滯法得到的結(jié)果((h)圖僅使用了低閾值)。從圖中可以看出,Canny算子具有較好的抗噪性能。對(duì)于強(qiáng)邊緣,在獲得單個(gè)像素寬度的精度下,定位準(zhǔn)確;但是對(duì)于液位線,雙閾值遲滯法難以實(shí)現(xiàn)減少邊緣間斷與減少虛假邊緣的平衡。根據(jù)本項(xiàng)目液位判別的思路,對(duì)圖像邊緣的定位要求達(dá)到像素級(jí)精度,這就要求對(duì)邊緣尤其是液位線的提取準(zhǔn)確。根據(jù)以上多種邊緣檢測(cè)算法的特點(diǎn),考慮到液位在線檢測(cè)對(duì)算法抗噪性、定位精度和可靠性的要求,本項(xiàng)目認(rèn)為Canny算法的思路值得沿用。2.7X射線液位檢測(cè)算法2.7.1基于Canny方法的液位檢測(cè)新算法在啤酒或飲料生產(chǎn)線中,液位判別的任務(wù)是對(duì)罐裝后的液位進(jìn)行測(cè)量,獲取當(dāng)前液位的高度"在此基礎(chǔ)上,與標(biāo)準(zhǔn)的液位高度比較,判定當(dāng)前液位是否合格。本項(xiàng)目利用機(jī)器視覺實(shí)現(xiàn)液位的自動(dòng)檢測(cè),對(duì)圖像邊緣檢測(cè)的準(zhǔn)確性要求很高,這種準(zhǔn)確性的判定只能通過(guò)試驗(yàn)客觀驗(yàn)證,它不同于為了改善圖像視覺效果的邊緣檢測(cè),后者往往按照人的直觀視覺進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。本項(xiàng)目針對(duì)X射線液位圖像,基于Canny算法的思路,以及前述比例標(biāo)定方法,詳細(xì)討論液位檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。改進(jìn)的Canny邊緣檢測(cè)過(guò)程Canny算法的實(shí)質(zhì)是對(duì)梯度進(jìn)行非極大值抑制,從而保證了單個(gè)像素寬度的邊緣。為改進(jìn)檢測(cè)效果,針對(duì)液位圖像檢測(cè)的具體情況,在應(yīng)用Canny邊緣檢測(cè)算法時(shí),作出部分改進(jìn)。改進(jìn)的Canny邊緣檢測(cè)過(guò)程如下:(1)對(duì)液位圖像使用高斯濾波器平滑,本文采用3×3高斯模板。(2)選取Prewitt算子求取圖像的梯度。由于液位判別所需要的邊緣在圖像中基本呈豎直或水平分布,而Prewitt算子的兩個(gè)模板分別對(duì)這兩種邊緣響應(yīng)最強(qiáng),因此選用Prewitt算子比其他梯度算子能更好的檢測(cè)出所需要的邊緣,抑制不感興趣的信息。本文在應(yīng)用Prewitt算子時(shí)進(jìn)行如下改進(jìn):設(shè)圖像f的3×3子域中像素編號(hào)如：令：則本文Prewitt梯度幅值：（4-1）梯度的方向角度（4-2）運(yùn)算結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)頂蓋下邊緣的抑制,如圖4-1(b)所示。(a)待檢測(cè)圖像(b)本文Prewitt梯度幅值(c)本文非最大值抑制(d)遲滯性閾值化圖4-1改進(jìn)的Canny邊緣檢測(cè)過(guò)程3)在梯度幅值圖像上,進(jìn)行非極大值抑制,細(xì)化邊緣。非極大值抑制實(shí)現(xiàn)對(duì)梯度幅值圖像中的“脊線”進(jìn)行細(xì)化,僅在梯度方向上保留梯度幅值的局部極大點(diǎn)作為邊緣點(diǎn)。本項(xiàng)目對(duì)瓶體輪廓的細(xì)化采用傳統(tǒng)的非極大值抑制,對(duì)液位線的細(xì)化采用按列的非最大值抑制,處理結(jié)果如圖4-1(c)所示。(4)遲滯性閾值化設(shè)定兩個(gè)閾值T1和T2(T1>T2),梯度幅值大于T1的認(rèn)為是真的邊緣,小于T2的認(rèn)為一定不是邊緣。處于T1和T2之間的點(diǎn),搜索其八鄰域是否有真的邊緣點(diǎn),如果有則此點(diǎn)也是邊緣點(diǎn)。注意T1太小會(huì)將噪聲誤判為邊緣；但也不能過(guò)大,以免丟失大量的真實(shí)邊緣。本項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)T1取0.10,T2取0.08,處理結(jié)果如圖4-1(d)所示。至此,本項(xiàng)目沿用經(jīng)典Canny算法基本思路對(duì)X射線圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè),實(shí)現(xiàn)一個(gè)像素的定位精度。根據(jù)研究對(duì)象的特性,在應(yīng)用中改進(jìn)了梯度運(yùn)算,強(qiáng)化液位檢測(cè)算法所需邊緣信息,同時(shí)排除強(qiáng)邊緣干擾；對(duì)于液位線的細(xì)化,改進(jìn)了非極大值抑制算法,抑制液位線區(qū)域的虛假邊緣。液位信息提取與檢測(cè)輸出經(jīng)過(guò)邊緣檢測(cè)與連接,可以獲得瓶體兩側(cè)邊緣、頂蓋邊緣和液位線等信息,并且邊緣的定位達(dá)到了一個(gè)像素的精度,具備了液位信息提取與檢測(cè)的條件。本項(xiàng)目液位信息提取與檢測(cè)輸出算法如下:液位信息提取。由二值圖像提取液位信息(直徑和液頂距)是得到液位檢測(cè)結(jié)果的重要前提。圖4-2為液位信息提取的示意圖,其中邊緣均為一個(gè)像素寬度。圖4-2液位信息提取示意自圖像的下部開始,在若干個(gè)行Ri(i=1,n)上分別識(shí)別瓶體兩側(cè)邊緣上的點(diǎn)。每一行的兩個(gè)點(diǎn),其X向坐標(biāo)分別為L(zhǎng)i、Ri。根據(jù)式(4-1)算出該行左側(cè)邊緣點(diǎn)到右側(cè)邊緣點(diǎn)的距離Xi。由于所有邊緣都是一個(gè)像素寬度,識(shí)別兩側(cè)邊緣點(diǎn)時(shí),自中間向兩側(cè)搜索,搜索到的第一個(gè)1值點(diǎn)即為邊緣點(diǎn)。（i=1,2,3n）（4-1）根據(jù)式(4-2)對(duì)若干行的Xi求統(tǒng)計(jì)平均,得到X0,表示瓶子的像素直徑。（4-2）c)對(duì)若干行的邊緣點(diǎn)坐標(biāo),依據(jù)式(4-3)可以算得該行的中軸參考坐標(biāo)XRi。由于實(shí)際檢測(cè)的圖像,同一側(cè)邊緣上不同行的邊緣點(diǎn)不可能絕對(duì)位于同一列像素,因而計(jì)算得到的各行XRi不一定相等。（4-3）d)對(duì)n行的XRi數(shù)據(jù)繪制直方圖,如圖4-3所示"圖中H(XR)表示位于XR坐標(biāo)的點(diǎn)的頻數(shù)。圖4-3XR直方圖e)設(shè)定寬度為T的滑動(dòng)窗口,沿XR軸滑動(dòng),以式(4-17)對(duì)窗口內(nèi)頻數(shù)求和。當(dāng)S(x)達(dá)到最大值,利用式(4-4)對(duì)窗口內(nèi)XR求均值,得到中軸坐標(biāo)X。（4-4）（4-5）f)在圖像上以Xd為中心取對(duì)稱奇數(shù)列,分別識(shí)別頂邊和液位線上的邊緣點(diǎn)Ti、Bi,按照式(4-6)計(jì)算每列兩邊緣點(diǎn)的距離Yi,以式(4-7)求得Y0,即像素液頂距。（4-6）（4-7）（4-8）(2)液位檢測(cè)輸出。依據(jù)4.1.2比例標(biāo)定法,由于瓶體實(shí)際直徑Dx為預(yù)先測(cè)得的已知值,根據(jù)式(4-8)即可得到液頂距Dy。將測(cè)得的液頂距Dy與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量時(shí)的基準(zhǔn)值相比