[发明专利]一种基于自动提取中轴线的动物纤维细度计算方法

说明书

本发明提供了一种基于自动提取中轴线的动物纤维细度计算方法，首先使用图像处理方法获取动物纤维图像中纤维的边缘线，进而提取纤维中轴线，然后做垂直于纤维中轴线的线段与纤维边缘相交，所述线段的平均长度即为纤维平均细度，并作为最终所报告的动物纤维细度。本发明提供的方法克服了现有技术的不足，通过自动提取中轴线，可以测得动物纤维细度。试验表明，本发明方法自动化程度高，计算速度快，准确度高，鲁棒性较好，适于大范围推广使用。

技术领域

本发明涉及一种使用计算机图像技术计算动物纤维细度的方法，尤其涉及一种基于自动提取中轴线的动物纤维细度计算方法，属于计算机科学中的图像分析技术领域。

背景技术

现有的纤维测量直径的方法有很多，如分段测量法，三角形法，像素法，以及中轴线法。其中，分段测量法将纤维分为多段，然后求取每一段的直径值，求和后再取其平均值，得到其直径。分段数目需人为指定，且分段位置需要人工干预，工作量大。在三角形法中，测量误差大小与纤维的弯曲程度有很大关系，只有当纤维的边缘近似为直线时，测得的纤维直径才比较准确，因此适用范围较小。像素法是基于像素的集合方法测量鳞片的直径，经过图像处理后，纤维中两个鳞片间的鳞茎具有一定的间距，造成鳞片的直径大于鳞茎间的距离，致使测得的纤维直径不准确。

中轴线法也是测量纤维直径较常用的一种方法。但均需人工干预(如人工指定初始点及其方向)，这在某种程度上降低了算法的自动化性和所求取中轴线的准确性。许多基于坐标点的中轴线法在测量纤维直径时，所得中轴线是不连续、不光滑的，以至于中轴线求取的不准确，还需要对图像做进一步的处理，如离散点的连接、中轴线的平滑等，因此使算法的空间复杂度和时间复杂度大大提高，使求取过程变得极其复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何自动、快速、准确地测量动物纤维细度。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种基于自动提取中轴线的动物纤维细度计算方法，其特征在于：首先使用图像处理方法获取动物纤维图像中纤维的边缘线，进而提取纤维中轴线，然后做垂直于纤维中轴线的线段与纤维边缘相交，所述线段的平均长度即为纤维平均细度，并作为最终所报告的动物纤维细度。

优选地，具体包括以下步骤：

步骤1：图像采集；

截取动物纤维中段，在光学显微镜下，拍摄清晰的单根纤维显微图像作为后道计算的输入图像；

步骤2：图像预处理；

将纤维显微图像转化为灰度图，然后使用高斯核高通滤波和对比度拉伸来增强图像中鳞片边缘；

步骤3：纤维边缘线及中轴线的提取；

具体步骤如下：

(a)使用最大类间方差法OTSU对预处理后的图像求取自适应阈值，根据所得阈值将图像转化为二值图像；

(b)标记二值图像中每个连通分量并计算该连通分量的面积，保留面积最大的两个连通分量，并去除其他的连通分量，从而得到两条纤维的边缘线，然后将边缘线细化，得到单像素的纤维边缘线；

(c)使用圆形结构单元填充纤维边缘间的空白，得到背景剔除后的纤维二值图；然后对所述纤维二值图进行骨架化处理，得到单像素的纤维中轴线；将纤维边缘线图和纤维中轴线图合并在一起；

步骤4：计算纤维细度；

具体步骤如下：

(a)求取纤维中轴及纤维边缘的方程

将纤维中轴线方程记为f(x)，纤维边缘线中的上部边缘线方程记为f_up(x)、下部边缘线方程记为f_bottom(x)，使用最小二乘法拟合这三根曲线段的参数方程；