[发明专利]基于Otsu图像分割的颗粒与气泡碰撞检测方法

摘要

本发明公开了一种基于Otsu图像分割的颗粒与气泡碰撞检测方法。首先利用图像的预处理操作优化图像，通过最大类间方差法分割出目标区域与背景区域；然后结合最小二乘法将颗粒与气泡拟合成圆，方便求取坐标信息及半径；最后将所有的颗粒位置提取到一幅图像中，实现了对颗粒位置的跟踪，避免了连续帧图像跟踪的复杂程度。该算法能够快速地检测出颗粒与气泡是否发生碰撞，有效地节省了人工试验的工作时间。

主权项

一种基于Otsu图像分割的颗粒与气泡碰撞检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将矿浆滴落至液体中，用CCD相机对矿浆进入液体后的轨迹进行多次拍摄，以采集矿浆中颗粒与液体中气泡的图像，得到多张采集图像；2)对一张所述采集图像进行预处理：2‑1)图像灰度化：将步骤1)得到的彩色的采集图像转化为灰度图像；2‑2)取反：通过Matlab中的imcomplement函数对所述灰度图像取反；2‑3)中值滤波：通过Matlab图像处理中的medfilt2函数滤除取反后的所述灰度图像的噪点，得到滤波后图像；2‑4)优化二值图像对所述滤波后图像取反，调用Matlab中的bwareaopen函数删除取反后的所述滤波后图像中像素小于900的区域，再次取反，得到优化二值图像；2‑5)边界提取采用Matlab中的bwboundaries函数获取步骤2‑4)所得优化二值图像的轮廓；3)采用最大类间方差阈值分割法筛选颗粒与气泡所述优化二值图像中灰度值的个数为m，利用灰度值确定灰度分割阈值：用k将获取轮廓后的所述优化二值图像的灰度值分成两组C0＝[1…k]和C1＝[k+1…m]，k为整数且1＜k＜m，将所述u的值代入公式(2)：d(k)＝w0(u0‑u)2+w1(u‑u1)2     (2)将k在1＜k＜m范围内依次取值，将k在该取值下所对应的w0、w1、u0和u1代入公式(2)，求得C0和C1的方差d(k)；当d(k*)＝max(d(k))时，确定k*为灰度分割阈值；其中，所述w0为C0的产生概率，所述w1为C1的产生概率，所述u0为C0的平均灰度值，所述u1为C1的平均灰度值，所述u为所述优化二值图像整体的平均灰度值；以k*作为灰度分割阈值分割获取轮廓后的所述优化二值图像，得到筛选图像，其中，所述筛选图像中黑色部分为背景区域，白色区域中体积相对较大的部分为气泡，白色区域中体积相对较小的部分为颗粒；4)最小二乘法拟合圆利用最小二乘法拟合步骤3)所得筛选图像中的气泡和颗粒，得到拟合图像，其中，所述气泡的轮廓拟合形成气泡的圆形，使所述颗粒的轮廓拟合形成颗粒的圆形；5)对步骤1)中的多张采集图像按照步骤2)～4)进行处理，得到多张拟合图像；选取两张拟合图像，并将两张所述拟合图像以气泡为基点进行合并，得到一合并图像，所述合并图像具有一个气泡和2个颗粒，连接2个颗粒得到一直线，当所述气泡的圆形的圆心与所述直线的距离小于等于所述气泡的圆形的半径时，所述气泡与所述颗粒发生碰撞；当所述气泡的圆形的圆心与所述直线的距离大于所述气泡的圆形的半径时，所述气泡与所述颗粒未发生碰撞。