人造板表面缺陷检测图像自适应快速阈值分割算法

【目的】提出一种自适应快速阈值图像分割算法,为人造板表面缺陷在线检测提供支持。【方法】首先将整幅图像划分成若干子区域,通过计算子区域的方差对缺陷进行定位,提取出缺陷所在区域,只对缺陷区域进行图像分割,解决小面积目标难以准确分割的问题。然后对缺陷区域的一维灰度直方图进行处理,直方图平滑后去除掉不显著波峰,根据处理后保留的主要波峰数量和位置自适应地确定分割阈值个数以及每个阈值的分割区间,实现当图像中出现多种类型缺陷时算法自动确定分割阈值个数。最后,通过分析Otsu算法,将阈值穷举搜索改进为条件搜索并限定搜索方向,在每个分割区间内使用改进的Otsu算法对阈值进行搜索,提高搜索速度。【结果】对板面存在油污、大刨花、胶斑、杂物、松软5种类型缺陷的人造板表面图像进行分割,在板面缺陷数量、类型不固定的情况下,算法可以自适应地确定分割阈值个数,在15 ms内将各种类型缺陷从人造板表面图像中分割出来,平均分割准确率达97%。【结论】自适应快速阈值分割算法能够快速、准确将缺陷从人造板表面图像中分离出来,在执行速度和分割效果上均满足在线缺陷检测系统的要求,可为人造板表面缺陷在线检测提供新思路。     

基于灰度共生矩阵的纹理图像分类研究

对纹理图像的特征提取及分析在现实中有广泛的应用价值。本文通过对灰度共生矩阵的介绍，提出一种基于灰度共生矩阵提取纹理图像特征，并用神经网络进行分类器设计的方法。仿真结果显示，有较好的分类效果。     

基于灰度-梯度共生矩阵的木材表面缺陷分割方法

根据木材表面缺陷图像的特点，提出了基于灰度-梯度共生矩阵模型和最大熵原理的木材缺陷图像自动阈值化技术。并且利用形态学运算对分割后的二值图像进行后期处理。经实验验证，该方法提取的木材表面缺陷图像效果良好：     

随机森林算法在树木年轮图像分割中的应用

年轮图像早晚材的准确分割是树木年轮计数和间距测量的前提条件。为解决年轮本身生长的复杂性、采伐过程中的锯痕干扰、早晚材图像灰度差别较小等因素造成的分割难题,提出了一种基于随机森林(random forest,RF)算法的分类模型,可实现年轮图像的准确分割。首先,通过变换图像的颜色域空间,提取出样本图像在RGB、HSV和L*a*b*模型下的9个颜色分量,基于灰度共生矩阵提取样本图像的对比度、相关性、能量和熵的均值与标准差共8个纹理特征。然后,根据早晚材颜色与纹理特征的差异,基于随机森林算法构建像素分类器,实现年轮图像的早晚材的初步分割。为了提高分割图像的质量和准确度,对分割后的图像使用形态学方法消除孤立和黏连噪声,以得到最终分割图像。最后,将该方法与K-均值聚类(K-means)算法和支持向量机(support vector machine,SVM)算法进行对比。结果表明:所采用基于RF算法的分类模型分割年轮晚材的正确识别率为95%左右,错误识别率在6%左右,图像分割效果明显优于其他两种算法。     

林木害虫天牛的图像检索方法研究

天牛是林木的毁灭性害虫,制约着杨树、白桦和糖槭树等阔叶树种的生长,在天牛虫图像检索方面仍然很欠缺,在分析现有特征提取的各种算法优缺点的基础上,提出一种有效的综合利用图像纹理特征和颜色特征进行天牛虫图像检索的方法。该方法计算图像的灰度共生矩阵,以及共生矩阵的能量、熵、相关、惯性矩,取其平均数和标准差作为纹理特征,然后利用将图像转化到HSV颜色空间,运用矩形重叠式分块策略对图像进行分块,提取每个分块的颜色矩作为颜色特征,为了提高检索速度,降低特征向量的维数,采用PCA进行降维。通过实验的证明,该方法能够有效地实现检索,在查准率、查全率和响应时间方面都有提高。     

适于描述木材纹理的灰度共生矩阵构造方法研究

结合特征参数间相关性矩阵与木材纹理自身的特征,从灰度共生矩阵的11个特征参数中提取5个较独立的特征参数.利用可分性判据确定适于描述木材纹理的灰度共生矩阵构造因子取值(d=2,g=16).     

基于线性谱聚类的林地图像中枯死树监测

【目的】将基于线性谱聚类超像素的方法应用在森林病虫害防治领域,可智能监测无人机森林虫害图像中的枯死树,为森林有害生物的监测工作提供技术支撑。【方法】分别以湖北省受松材线虫与辽宁省受红脂大小蠹侵害的松林无人机图像为试验数据,首先使用线性谱聚类超像素分割算法将图像划分为多个超像素;然后基于枯死树木的颜色特征,初步提取可能为枯死树的超像素区域;最后基于枯死树木与其他干扰地物具有不同的纹理特征,计算超像素的区域密度和缝隙量,利用支持向量机对初步提取的超像素进行分类,从而检测出图像中的枯死树。【结果】基于线性谱聚类超像素和支持向量机的枯死树监测方法可有效排除与枯死树木颜色相近的其他干扰地物,较准确地提取出枯死树木。使用该方法与基于植被颜色指数的阈值分割方法、基于简单线性迭代聚类超像素和随机森林的方法,对35幅受灾松林无人机图像进行试验,并选用交并比、虚警率和漏检率3个评价指标对3种方法进行定量对比分析。结果表明,基于线性谱聚类超像素的方法监测出的枯死树区域最精确,其监测结果与人工检测结果的交并比均值大于58%,且虚警率和漏检率均优于另外2种方法。【结论】基于线性谱聚类超像素的枯死树监测方法能实现松林中枯死树的快速、准确检测及定位。     

基于空间灰度共生矩阵木材纹理分类识别的研究

以10种木材纹理样本为对象,研究了木材纹理参数体系的建立方法,并进行了分类识别的仿真实验。首先,针对木材纹理特点并结合类别可分性判据,构造了适于描述木材的空间灰度共生矩阵,并在此基础上提取了木材的11个纹理特征参数。其次,借助相关性分析对参数进行了特征选择,进而建立了能直接与人的感官对应的木材纹理参数体系。最后,利用 BP 神经网络分类器对木材样本进行了分类识别研究,识别率为87.50%,验证了参数体系的有效性,表明用本文提出的纹理参数体系对木材进行分类识别是可行的。     

灰度共生矩阵纹理特征与马尾松林测树因子关系初探

应用灰度共生矩阵的研究方法初步探讨了航片纹理图像与马尾松林测树因子之间的关系.根据最优建模结果,用角二阶矩这一纹理指标拟合得到的年龄模型最好,其相关系数的平方达到了0.556 6;用方差拟合得到的平均树高模型,其相关系数的平方为0.501 4;方差与郁闭度的相关程度不高,其相关系数平方仅为0.391 4.另外通过实验还发现,灰度等级越高,窗口越大,其纹理图像与测树因子之间的关系越显著.     

噪声环境下木材纹理分类的研究

为了实现木材分类识别的自动化,应用灰度共生矩阵建立了木材纹理的参数体系,并进行了分类研究。首先在无噪声的环境下提取了木材的共生矩阵纹理原始特征参数,并对其进行特征选择,进而建立了木材纹理参数体系。对该参数体系进行噪声适应性测试的实验结果表明,无噪声情况下样本识别率为87.50%;0.2%￣1.0%椒盐噪声环境下样本识别率范围为87.00%￣88.00%。表明该参数体系具有良好的抗击噪声能力和一定的工程实用价值。     

基于特征优选的面向对象毛竹林分布信息提取

【目的】提出一种基于Relief F特征优选的面向对象分类方法,为解决面向对象森林资源遥感分类提供参考。【方法】以SPOT5高分辨率遥感影像为数据源,以浙江省安吉县山川乡为研究区,通过影像分割,选取8个地物类别的370个对象样本,并设置SPOT5影像每个波段的8个灰度共生矩阵纹理、每个波段及NDVI的平均值和标准差等42个对象特征。利用Relief F算法对设置的42个对象特征进行优选,采用面向对象的最近邻方法提取研究区毛竹林分布信息。为了比较基于最优特征的面向对象的分类结果,另采用CART决策树方法在相同的分割参数和训练样本前提下,通过样本构建决策树分类规则,对研究区进行分类并提取竹林信息。【结果】1)通过Relief F特征优选方法对分类特征进行优选,大幅提高了毛竹林样本的分类精度,与特征优选前相比,毛竹林样本分类精度由68%提高到88%,优选的红波段均值、绿波段均值、红波段均质纹理、红波段熵纹理和NDVI植被指数均值5个特征能够精确地提取研究区毛竹林分布信息,其用户精度和生产者精度分别达到97%和95%;2)基于CART决策树面向对象的研究区毛竹林用户精度和生产者精度均低于基于最优特征的最近邻分类结果,主要原因是CART决策树中毛竹林、针叶林和阔叶林之间的误分相对较高。【结论】Relief F算法特征优选时注重特征的分类能力,筛选的特征参与面向对象分割提取的毛竹林分布信息高于同类研究,可为面向对象多尺度分割森林资源遥感分类时特征的选取提供一个更为科学合理的方法。     

基于CNN的木材内部CT图像缺陷辨识

【目的】为获取木材内部构造形态,提高木材内部缺陷识别率,依据获得的计算机断层扫描图像,提出一种基于卷积神经网络(CNN)的木材内部缺陷辨识方法,以实现木材的高效化自动分类。【方法】首先,利用课题组自行开发的计算机断层扫描系统,采集样本木材内部CT图像800幅;然后,对样本图像进行处理,随机选取700幅原始样本图像,从中截取出单个缺陷区域和正常木材断层区域样本图像20 000幅,并利用图像增强等算法将数据集扩充到70 000幅,标准化图像大小为28×28像素,分为正常、裂纹、虫眼和节子图像共4类,取60 000幅图像作为训练集,10 000幅图像作为测试集,剩余的100幅原始样本图像用于试验验证。【结果】通过60 000幅图像来训练网络模型,对测试集10 000幅图像进行分类,分类正确率达99.3%;利用训练得到的网络模型对100幅原始样本图像进行验证,平均分类正确率为95.87%。【结论】基于卷积神经网络的木材内部CT图像缺陷辨识算法,克服了传统识别方法图像预处理繁琐、训练方法复杂、训练参数过多、耗时过多等问题,具有精度高、复杂度小、鲁棒性较好等优点,且辨识正确率和辨识时间都比现行常规算法精准并用时短,是一种无损、高效、准确的辨识分类方法。     

基于LS-SVM的木材表面缺陷网格化检测

针对图像分割的复杂性和局限性,作者提出一种基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)的木材表面缺陷网格化检测方法。首先将木材表面图像划分成互不重叠的矩形块,然后依次计算每个矩形块图像的特征向量,用于描述各个矩形块图像,其特征向量由颜色特征和纹理特征等参数共同组成。最后将特征向量归一化后送入LS-SVM分类器,利用特征向量的相似度来进行缺陷的定位和识别。实验结果表明,该方法可有效进行木材表面缺陷检测,检测准确率超过93%。     

基于机载LiDAR点云多层聚类的单木信息提取及其精度评价

【目的】针对已有三维点云数据单木分割方法提取下层林木困难、准确提取林木数量占总体比例偏低导致提取工作有效性不高、提取效果受点云密度和林分结构复杂程度影响等问题,改进单木提取策略和算法,为Li DAR单木提取技术向生产实践应用转化提供支撑。【方法】以机载Li DAR点云数据为基础,提出一种基于分层聚类的三维立体单木分割方法,并对点云分层、分割、单木匹配等环节进行算法改进,实现空间异质性较高林分的单木分割和信息提取。【结果】改进后的算法可在高密度、高空间异质性林分中进行单木分割和信息提取,并能更合理地与地面实测林木信息匹配,可匹配的林木比例最高达88.70%,单木树高、林分平均高精度最高分别达92.38%、99.84%,树高基尼指数、树高变异系数精度最高达89.65%。【结论】通过多水平分层和纵向聚类融合,可提升对于林下层尤其是更新层林木的提取能力;构建提取有效性指标,更加关注成果的适用性;评价指标中加入空间结构精确度指标,可充分发挥Li DAR对空间结构的反演能力。     

基于自学习特征的林业业务图像分类方法

【目的】现代电子和通讯设备的普遍使用,使得林业管理部门可以及时获取和累积大量林业业务图像。对林业业务图像进行自动分类,可使林业各个管理部门,包括林业执法机构和执法队伍能够全面配合、相互协调,增强决策支持和应急处理能力,从而实现有效的森林资源监管。【方法】提出一种基于自学习特征的林业业务图像自动分类方法,该方法采用3层结构来获取图像局部特征的全局语义,并对全局语义进行建模。首先,将图像分块,对图像块采用线性稀疏自动编码器进行自动学习,获取局部特征的权值矩阵;之后,利用权值矩阵对图像进行卷积,获取各种局部特征在图像中的映射,再进行池化与连接形成特征向量;最后,利用特征向量,采用softmax分类方法进行图像类别建模与识别。【结果】确立了林业业务图像的4个类别:动物死亡、森林火灾、采伐和森林病虫害。收集4类图像355幅,每类图像数目不等,并裁剪为统一大小,建立试验用林业业务图像数据集。利用留一法进行多次交叉试验,识别精度达到80%。线性稀疏自动编码器有效地提取出了图像块中的色彩特征、色彩变化特征及不同方向和不同位置的梯度特征等;利用自动学习到的局部权值矩阵卷积整个图像,在每幅特征图像中激活了原图的不同特征,且这些特征是零散的;当被识别图像与同类图像有相似或者局部相似的特征时,其会被正确识别,反映了基于自学习特征的林业业务图像分类方法能联合图像中的局部特征识别全局语义。【结论】林业业务图像分类属于图像场景分类问题,其同一类图像的类内相似性较弱,利用传统的"特征提取+分类建模"方法进行分类,其分类特征的选取难度较大。相较而言,基于自学习特征的林业业务图像分类方法的局部特征是从图像中自动学习得到的,方法泛化性强;而且该方法只有3层,没有全部层的反馈学习过程,比目前流行的基于深度卷积神经网络的图像分类方法效率高;当累积的样本图像增多、更加全面时,可以期望获得更高的识别精度。     

基于改进转换分离度特征选择规则的土地覆盖分类比较

【目的】提出一种考虑样本概率的可分离距离与波段相关系数结合的特征选择方法,以提高土地覆盖分类的正确率。【方法】以中亚热带区域的福建省将乐县为研究区,从Landsat-8 OLI影像中获取植被指数和纹理特征,利用改进方法和传统方法选择出最佳特征,通过比较最佳特征参与下植被类别的可分离值,判别2种方法在特征选择时的准确度;采用支持向量机分类方法(SVM)分别对原始光谱和改进方法选择的最佳特征进行分类,探索最佳植被指数和纹理特征在提高地区土地覆盖分类中的作用。【结果】改进可分离性判据在避免选择冗余波段的同时,能准确选择出具有更高区分度的特征;对于植被指数和纹理特征,单一特征均不能使植被类别可分性达到最大,而2个特征组合可明显提高植被类别的可分性;比值植被指数及小窗口的反差、协方差和二阶矩纹理特征比同窗口其他纹理对提高研究区植被分类精度具有更重要的价值;植被指数加入原始光谱并没有明显提高研究区的整体分类精度,而纹理特征与原始光谱结合对提高植被分类精度相当有价值,最佳植被指数、最佳纹理特征和原始光谱结合可取得最佳分类结果,整体分类精度提高7.41%,Kappa系数(OKA)提高8.5%。【结论】基于改进转换分离度特征选择规则的土地覆盖分类方法能平衡所有类别间的可分性,较好避免选择相互冗余的特征,从而保证选择出具有较高的多类别可分性且冗余较小的特征,提高类别分类的正确率。     

基于机器视觉的刨花板表面缺陷检测系统

针对目前国内人造板企业在板面缺陷检测仍然依靠人工的情况,开发基于机器视觉技术的刨花板表面缺陷自动检测系统。利用工业相机采集板材表面图像,使用C++、OpenCV、JAI_SDK类库和MFC多线程技术实现缺陷检测算法,通过计算机串口与生产线控制系统通信。系统运行稳定、缺陷定位准确、参数配置灵活,检测效果和检测速度可满足连续压机生产线在线检测要求。     

基于分层叠加的机载LiDAR点云单木分割

【目的】提出一种基于分层叠加的单木分割算法,以充分利用高密度激光雷达点云信息,提高林分中下层单木分割精度。【方法】区别于传统将冠顶点作为聚类种子点的单木分割算法,基于分层叠加的单木分割算法以点云水平切片后各层的局部最大值为种子点进行分层聚类,并通过分层叠加与迭代优化,减少枝杈等因素导致的过分割现象,在保证上层树单木分割精度的同时提高对中下层单木的提取能力。【结果】基于分层叠加的单木分割算法在不同密度落叶松林分均有较高单木分割精度,提取单木与实测单木总体匹配成功率最高达94%,在中高密度林分匹配成功率最高达92%,相较其他算法,对中下层单木的匹配率可提高20%～40%;在单木树高提取精度方面,单木提取树高与实测树高相关系数为0.8,相对均方根误差为8.45%,提取冠幅与实测冠幅相关系数最高为0.83,相对均方根误差为16.5%。【结论】通过分层聚类、聚类种子点优化选取,充分利用林分各层次点云信息,可提高单木分割精度,为森林经营管理提供高精度数据支持。     

基于邻接自适应谱聚类的木材表面缺陷分割算法

针对人工分割木材表面缺陷的烦琐性和阈值分割算法对缺陷像素信息衡量的不稳定性,提出了一种基于邻接自适应谱聚类的木材表面缺陷分割算法。算法以简单线性迭代超像素(simple linear iterative cluster, SLIC)为基础,对缺陷图像进行预处理,融合木材缺陷的纹理特性和超像素块间的距离尺度,并采用邻接自适应谱聚类进行分割;缺陷分割初步完成后,通过变异系数衡量缺陷块中像素信息的离散程度进行再次分割,克服初次分割结果的过分割问题;考虑木材表面缺陷形态学上的封闭性,将2次分割图像进行合并,继而用邻接扫描法对次分割图形进行填充,最终对木材表面缺陷进行分割界定。考虑木材表面缺陷种类的多样性,选取了虫眼、死节、活节等缺陷图像进行分割对比试验,相较于OTSU阈值分割算法,本研究算法在单个和多个木材表面缺陷分割方面,类别平均像素准确度(mean pixel accuaracy, MPA)分别提升4.69%,14.23%,平均交并比(mean intersection over union, mIoU)分别提升33.27%,33.43%。本研究算法能够更加准确地将木材表面缺陷从复杂背景中...     

基于无人机高分辨率影像的油松新造林健康树冠提取

【目的】基于新造林健康树冠的光谱特征和空间交错情况,探讨复杂地面植被条件下健康树冠的光谱增强方式和多尺度分割阈值,为造林核查的日常监测工作提供技术支撑。【方法】以冬奥核心区新造林地无人机航拍影像为试验数据,首先,基于健康树冠与其他干扰地物的不同颜色特征,采用同态滤波增强影像并使用ExG光谱指数进行变换;然后,采用最大类间方差方法得到二值图像,并使用多尺度形态学滤波方法进行分割并融合分割结果,以分割交错的树冠区域对应提取原始图像中可能的健康树冠区域;最后,基于颜色向量、灰度共生矩阵和局部二值模式共同构建的特征向量,采用随机森林识别提取区域,从而检测图像中的健康树冠。【结果】基于光谱指数变换、多尺度形态学滤波方法能够有效分割交错连续的树冠区域,排除与健康树冠颜色相近的地物干扰,较为准确提取出可能为树冠的区域。采用该方法对不同造林密度、光照条件下的17幅无人机正射图像进行试验,使用目视解译方式标记出树冠中心,运用精确度、召回率和F1分数3个评价指标对随机森林和支持向量机的识别效果进行定量对比分析,结果表明,多尺度形态学滤波方法可提取96.78%的树冠,随机森林的F1分数高于97%,而支持向量...