水尺圖像分析檢測一體化程序開發(fā)及應(yīng)用研究

沈益駿 王琦 武華偉

(舟山檢驗(yàn)檢疫局,浙江舟山 316000)

水尺圖像分析檢測一體化程序開發(fā)及應(yīng)用研究

沈益駿 王琦 武華偉

(舟山檢驗(yàn)檢疫局,浙江舟山 316000)

為解決傳統(tǒng)水尺計(jì)重作業(yè)中存在的效率低,精度差等問題,本文提出了通過在港區(qū)現(xiàn)場攝像方式獲取水尺圖像,然后將電子數(shù)據(jù)傳輸給軟件并由其對圖像進(jìn)行分析處理,得出最后精確的吃水?dāng)?shù)值。即用“機(jī)”眼代替人眼觀測六面吃水,用程序處理代替人為判斷得到吃水值,以達(dá)到船舶吃水值觀測一體化、精確化、快速化的目的。

水尺計(jì)重 一體化 圖像處理

1 引言

近些年來，隨著沿海城市海岸線資源不斷開發(fā)以及國內(nèi)資源性大宗散貨對外依存度不斷上升，散貨進(jìn)口量急劇上升，水尺計(jì)重作為大宗散貨數(shù)重量計(jì)重的一種計(jì)量方式，其作用日漸凸顯。然而水尺計(jì)重中影響計(jì)量準(zhǔn)確性的最關(guān)鍵性因素?zé)o疑是船舶六面吃水?dāng)?shù)值的讀取，傳統(tǒng)觀看水線，往往是通過租用工作艇或是小船，使其靠近船舶外檔水線，再進(jìn)行讀數(shù)。這種方法不僅時(shí)效性差，費(fèi)用高，而且工作人員人身安全很難得到保證。由此可見在水尺鑒定中，采取一種方便快捷、迅速有效的水尺讀數(shù)方法，繼而建立標(biāo)準(zhǔn)化、程式化的計(jì)量方式，提高水尺讀數(shù)的精確性，對提高港口的利用率，口岸鑒定科學(xué)管理水平，維護(hù)國際貿(mào)易公平、公正意義重大。

2 一體化程序整體方案

船舶水尺計(jì)重一體化程序方案設(shè)計(jì)如下：工作人員于作業(yè)現(xiàn)場先由攝像頭攝錄船舶吃水圖像，然后把獲取的圖像數(shù)據(jù)自動(dòng)導(dǎo)入水尺圖像分析軟件，由該軟件分析處理得出船舶吃水的數(shù)值，整個(gè)作業(yè)過程形成一體化程序，使計(jì)量作業(yè)更省時(shí)更順暢，提高散貨船進(jìn)出港效率，進(jìn)而有效利用碼頭資源。長此以往，將體現(xiàn)出可觀的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)(如圖1)。

該方案順利實(shí)現(xiàn)將大大推進(jìn)國際貿(mào)易的公正、公平，降低計(jì)量工作的不確定性。再者，由于觀測時(shí)的實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)都會自動(dòng)儲存，即使發(fā)生法律訴訟和糾紛，也有可追溯的證據(jù)。進(jìn)而進(jìn)一步規(guī)范了檢驗(yàn)檢疫部門的鑒定工作。

3 水尺圖像分析軟件的開發(fā)

水尺圖像分析軟件的開發(fā)是該方案的重點(diǎn)和難點(diǎn)。水尺標(biāo)記光線明暗、風(fēng)力大小、船幫顏色深淺、吃水刻度著色新舊、海水清濁等因素都將直接影響該軟件能否快速、準(zhǔn)確的給出數(shù)值(如圖2)。

3.1 技術(shù)方案

總體技術(shù)方案如下：(1)采用二值圖像處理技術(shù)處理圖像，對圖像進(jìn)行二值化；(2)根據(jù)需要進(jìn)行圖片濾波，排除干擾顏色；(3)通過軟件技術(shù)識別圖。

具體實(shí)現(xiàn)方案：(1)確定Y軸水線位置；通過軟件識別圖像時(shí)首先識別水線位置，為了能夠加快圖像識別速度，軟件從圖片中均勻截取5個(gè)矩形區(qū)域，每個(gè)區(qū)域?qū)挾葹?0，高度為圖片高度，然后采用圖像反色，二值化進(jìn)行處理，記錄各個(gè)顏色帶(連續(xù)的白色區(qū)域或黑色區(qū)域稱作顏色帶，其高度是兩種不同顏色的分界線，高度越高說明該顏色所占圖片比例越大，因此更有可能是水位的分界線)，最后找出最大的顏色帶高度，記錄此時(shí)的顏色帶Y軸位置，當(dāng)5個(gè)區(qū)域的水線位置都找出后，去除最大值、最小值排除干擾，其余值求平均值即可確定水線的Y軸位置；(2)確定數(shù)字的X軸起始位置以及X軸結(jié)束位置；當(dāng)確定Y軸位置時(shí)，從圖片中截取一個(gè)矩形寬度為圖片寬度，高度為Y軸位置開始向上600個(gè)像素的高度，然后進(jìn)行圖片的反色、二值處理、濾波，最后遍歷該矩形行，記錄各行黑色區(qū)域的起始、結(jié)束位置，最后求所有黑色區(qū)域的相交區(qū)域，即所有黑色區(qū)域起始位置的最大值(剔除最大值、最小值)，以及所有黑色區(qū)域的結(jié)束位置的最小值(剔除最大值、最小值)，即可確定數(shù)字的中心位置X，然后在兩邊同時(shí)擴(kuò)展100個(gè)寬度，即可框定一個(gè)數(shù)字區(qū)域；(3)確定數(shù)字區(qū)域后，通過遍歷該區(qū)域的行來確定數(shù)字的形體特征，從而獲取數(shù)字對應(yīng)的值

圖1

圖2

3.2 技術(shù)原理

二值圖像(BinaryImage)是指整幅圖像畫面內(nèi)僅黑(灰度值為0)白(灰度值為1)二值的圖像，如文字圖像、進(jìn)行掌紋識別的掌紋圖像，二值化后的圖像能夠用幾何學(xué)中的概念進(jìn)行分析和特征描述.因此，在某些情況下如對掌紋或其他人體特征進(jìn)行分割或識別的時(shí)候，就設(shè)法使灰度圖像變成二值圖像再進(jìn)行處理(稱為灰度圖像的二值化)。二值圖像處理目前已成為圖像處理中的一個(gè)獨(dú)立的重要分支而獲得廣泛的應(yīng)用。因此我們的系統(tǒng)中必然加入二值化圖像的功能。 具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，圖像二值化可根據(jù)有標(biāo)尺值(用戶可操控)確定的閾值，將大于閾值的像素置為白色，反之為黑色(這種方法稱為閾值處理也有人稱之為窗口操作)。

確定t的方法叫做閾值選擇

4 結(jié)語

水尺圖像分析檢測一體化程序是集攝像、信號傳輸、圖像處理、數(shù)據(jù)輸出于一體，成功實(shí)現(xiàn)了“機(jī)眼”到“人眼”角色轉(zhuǎn)變，采用“機(jī)眼”方法，將大大改善水尺計(jì)重限制于惡劣天氣的局限性。同時(shí)它將獲取船舶六面水尺變得簡單、快捷。通過計(jì)算機(jī)軟件對水尺圖像進(jìn)行精細(xì)色域處理和水線擬合計(jì)算，得到比目測值更準(zhǔn)確更科學(xué)的吃水值。通過改進(jìn)軟件算法，對各種環(huán)境下拍攝的圖像自動(dòng)調(diào)節(jié)計(jì)算參數(shù)，使之在大多數(shù)環(huán)境下都能應(yīng)用。軟件與硬件設(shè)計(jì)相結(jié)合，使整個(gè)設(shè)備便攜、易用，無須借助拖輪作業(yè)，計(jì)量人員單人便能完成所有工作。

[1]晶辰工作室.最流行圖像格式實(shí)用參考手冊[M].北京：電子工業(yè)出版社,1998.11-24.

[2]劉傳憬,黃煜.多格式圖像程序設(shè)計(jì)入門[M].北京：人民郵電出版社,1995.118-146.

[3]陳曉明.實(shí)用圖像分析與處理技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社.

[4]田村秀行,坂田俊,赫榮威等.計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社,1986.10-26.