基于图像纹理特征的炮膛疵病检测方法

描 述 ，甚 至 疵 病 的 分 割 都 很 困 难 。 即便 把 目标 分 割 出来 ，提 取 到 目标 特 征 ， 由于 不 能 判 断 目标 与 图像 整 体特 征 是 否 一 致 ， 而 难 以对 疵 病 类 型 做 出 判 定 。 从 从 国 军 标 中 可 以看 出 ，对 上 述 ８类 疵 病 的 分 类 主 要 是 从 描 述 纹 理 的 角 度 实现 的 ，而 纹 理 是 由于 物 体 表 面 的物 理 属 性 造 成 的 ， 不 同 的物 理 表 面 会 产 生 不 同 的 纹 理 图像 ， 而且 很 容 易 感 知 ， 可 以从 纹 理 上 获 得
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兵 工 自 动 化
Ｏｒ ｎａ ｅ Ｉ ｄ ｔ ｙ Ａｕ ｏ ａ ｉ ｎ ｄ ｎｃ ｎ ｕｓ ｒ ｔ ｍ ｔ ｏ
２ ２ ０ｌ ０ｌ ．
３ （） １１
基 于 图像纹 理特 征 的炮膛 疵病 检测 方 法
原 瑞宏 ，刘军卿 ，董 自卫 ，黄文胜 ，祝 天宇
（ 武汉 军械 士 官学 校枪 炮系 ，武 汉 ４ ０ ７ ） ３ ０ ５ 摘 要 ：为 实现 炮膛 疵 病的 自动 识 别 ，提 出提 取 炮膛 疵 病 图像 的纹理 特征 的方 法 。对 若 干 类炮膛 疵 病特 点 进行 分 析 ，引用灰 度 共生 三 角阵 的概念 和 灰度共 生 矩 阵的 熵 、能 量 、对 比度 、相 关度 ４个特 征参 量 ，提 取 图像 的 纹理特 征 。 实验 结 果表 明 ，该 方法是 有 效 的， 能缩短 计 算时 间 ，并充 分反 映 图像 的灰度 空间信 息 。 关 键词 ： 炮膛 ；疵 病 ；灰 度 共生 三 角阵 ；纹 理特 征
等 １ 个特 征参量来描述 图像 的纹理特 征【。 ａ ｌｉ ４ ５ Ｂ ｒ ｄａ 】 ａ 通过大 量的试验认为 ：熵 、能量 （ 角二 阶矩） 、对 比
度 以及 相 关 度 ４种 统 计 量 效 果 最 好 【。这 ４个 特 征 ６ 】
参 量 的 表 达 式 和 含 义 ［８ 下 ： ７１ －如
收 稿 日期 ：２ １ ８ １ ：修 回 日期 ：２ １ ９ ０ ０ 卜０ — ２ ０ 卜Ｏ — ６ 作 者 简 介 ： 原瑞 宏 （９ ６ ） 男 ，河 南 人 。工 学 硕 士 ，助 教 ， 从 事 武 器 试 验 、 性 能 检 测 与 故 障诊 断研 究 。 １ ８一 ，
原瑞宏 ，等 ：基于 图像 纹理特征 的炮膛疵病 检测方法
对 烧 蚀 网 的描 述 ， 阴 阳膛 线 有 裂 纹 ，然 而 裂 纹 有 闭
合 ，也有不 闭合 ，裂纹 的宽度 、长度和深度等差别
较 大 ， 几 何特 征 很难 测 量 ， 以给 出 定量 的 描 述 。 其 难 ３ 区域 内疵 病 分布 的 不 确 定 性
表面加工疵病等 ６ 类疵病损伤特 征 比较明显，各类 疵病 的差异较大 ，从疵病 的位 置、几何形状或颜色 等特征 ，人眼很容 易识别和判 断；而小烧 蚀等 ８ 类
对于一 定区域 内的龟裂等 疵病 ， 损伤程度严重 ， 分布 比较 集中；然而对于小烧蚀等疵病 ，损伤 程度 很轻 ，区域 内裂纹分布较分散 。 由此 可 见 ，这 些 类 型 的疵 病 难 以用 几 何 参 数 来
疵病 ，损伤特征有相似之 处，每一类又分为 ３个损 伤等级 ， 而且每个损伤等级之 间并没有明显的界 限。 人 的主 观 性 对 识 别 结 果 影 响 较 大 ，容 易 因不 同 的判
ａｒｐ ｃ ｎ ｏ ｍａ ｉｎ ｏ ｇ ｓ ｅｌＳ ｈ ｒｐ ｓ ｄ ｍｅｈ ｄｉ ｆｅ ｔｖ ． ｉｓ ａ ｅｉｆ ｒ ｔ ｆｉ ｏ ｍａ ｅ ｌ Ｏｔ ｅｐ ｏ ｏ ｅ ｔ ｏ ｓｅｆ ｃｉｅ ｗ ，
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中图 分类 号 ：Ｔ ３ ６ 文献 标志 码 ：Ａ Ｊ０
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・９ ７・
像的灰度等级） 组成 的矩 阵 Ｍｒｊ （ ， 称为灰度共生 ｉ 三角阵 。
与 灰 度 共 生 矩 阵 相 比 ，灰 度 共 生 三 角 阵 中的 非 零 元 素 减 少 了 ，这 样 可 以减 少运 算 次 数 ，缩 短 运 算 时 间 ， 更 适 合 图 像 的实 时 分 析 【， 因此 ， 笔 者 选 用 ４ 】 灰 度 共 生 三 角 阵 来 表 达 疵 病 图像 的 纹 理 。
２ 图像 纹 理特 征 提 取
纹 理 是 图像 中 一 个 重 要 的特 性 ，是 图像 分 析 中
个 重要指标 。纹理可认 为是灰 度 （ 色） 空间 以 颜 在 定 的 形 式 变 化 而产 生 的 图案 （ 式 ） 模 ，是 由 许 多 相 互 接 近 的 互 相 编 织 的 元 素 构 成 ； 纹 理 与 尺 度 紧 密 、
定 者 得 出 不 同 的 结 果 ，需 要 从 机 器 视 觉 的角 度 给 出 定 量 的 标 准 ，实 现 对 疵 病 类 型 的准 确 判 断 。 于 此 ， 基 笔 者 主 要 针 对 小 烧 蚀 等 ８ 类 疵 病 图 像 进 行 特 征 提
取 。这 几类疵 病的特 点主要包括 ： １ 疵 病 分 布 的 区 域 性
２３ 图像 纹 理 的 描 述 ．
丰富 的视觉场 景信息 ，并通过纹理 分析方法完成 计 算 机 视 觉 和 图 像 理 解 领 域 的 一 些 研 究任 务 。
综 合 以 上 分 析 ， 笔 者 认 为 提 取 疵 病 图像 整 体 的 纹理特征 是实现疵病 识别的有效途径 。
对 应 灰 度 共 生 矩 阵 ，有 角 二 阶矩 、 对 比度 和 熵
Ｃ —ｃ ｕｒｎ ｅｔ ａ ｇ ｌ ｔｘ （ Ｃ Ｍ）ａ ｄｆｕ ａａ ｔｒ ｏ ｒｙ ｌｖ ｌ Ｏｏ ｃ ｒｅ ｃ ｔ ｘａｅａ ｐｉｄ ｔ ｘｒｃ Ｏｏ ｃ ｒｅ ｃ ｒ ｎ ｕａ ｍａ ｉ ＧＬ Ｔ ｎ ｏ ｒｐ ｒｍｅｅｓ ｆｇｅ ｅ ｅ －ｃｕｒｎ ｅｍａｒ ｒ ｐ ｌ ｏ ｅｔａｔ ｉ ｒ ｒ Ｃ ｉ ｅ
ｌ 疵 病 特 点 分 析
在 国军 标 中 ，总共 给 出了 １ 身管 内膛 疵 病【。 ４类 ｌ 】 其 中 ， 内膛 表 面 机 械 损 伤 、 阳线 磨 损 可分 为 若 干 种 疵 病 情 况 ，而 小 烧 蚀 、 中烧 蚀 网和 大 烧 蚀 网 等 几 类 疵 病 又 各 分 为 ３个 损 伤 等 级 。 １ 疵 病 中 ，内膛 在 ４类
面 积 的 冲 蚀 沟 ，而 且 烧 蚀 网和 冲 蚀 沟 的 形 状 都 是 随 机 的 ，很 难 对 其 几 何 特 征 进 行 定 量 的 描 述 。例 如 ，
故笔者根 据国军标对疵病 的描述 ，分析 了疵 病的特 点 ，提 出并 提 取 疵 病 图像 的纹 理 特 征 的方 法 。
０ 引 言
作 为现代 战争中的常规武器 ，火炮 的作用 非常 重要 。采用先进 的技术对 炮膛疵病进行有效检测 ， 对于身管 的研 究、火炮的验收及火炮技术保障 ，都
具 有 重 要 的 意 义 。但 目前 对 疵 病 的识 别 仍 要 靠 人 工 来 完 成 ，检 测 时 间 较 长 ，检 测 过 程 繁 琐 ，容 易 因检 测 人 员 的主 观 因 素 影 响 检 测 效 率 和 检 测 的准 确 性 ， 必须 实现 炮 膛 疵 病 的 自动 识 别 。 由于 对 炮 膛 疵 病 进 行 自动 识 别 的 关 键 在 于 提 取 疵 病 图像 的有 效 特 征 ，
一
１熵 ＝ ） 值 一 ｐｊ ｇ（ 代 图 圭 （） ［ｉ 表 像 ｆｌｐ，Biblioteka ，。 川，ｉ ＝１ ＝ｌ
一
所 具 有 的 信 息 量 ，是 度 量 图 像 内容 随 机 性 的特 征 参
相 连 ， 仅 在 一 定 尺 度 上 可 以观 察 到 ；纹 理 具有 区 域 性 质 的特 点 ，是 对 局 部 区域 中像 素 之 间关 系 的 一 种 度 量 ，对 单 个 像 素 来 说 没 有 意 义 。纹 理 分 为 全 局 有 序 纹 理 、局 部 有 序 纹 理 和 无 序 文 理 【３类 。 ２ Ｊ
２ １ 纹 理 分 析 方 法 ．
数 ，表 征 图像 中纹理 的复杂程度 。图像 的纹理越复
杂 ，熵 值 则 越 大 ， 反之 则 越 小 。
２ 能 角 阶 ＝＝１ ∑Ｐ（ ） 对 ） 量（二 矩） ∑ ｊ ， ， 应 ｆ ｉ ＝ｌ
图 像 的 均 匀 性 或 平 滑 性 。 当灰 度 共 生 矩 阵 中元 素分 布 较 集 中于 主 对 角 线 附 近 时 ，说 明 图像 局 部 的灰 度
疵 病 的 分 布 不 是 集 中于 一． 很 小 的 区 域 ，而 点或
是 有 一 定 面 积 的 区 域 ， 因此 ， 国 军标 中对 疵 病 是 基 于 区 域 性 的 描 述 。例 如 ，烧 蚀 网类 型 的疵 病 ， 裂 纹 在 阳 线 区 域 和 阴线 区域 均 有 分 布 。对 于 小烧 蚀 类 型 的 疵 病 ， 由于 损 伤 程 度 比较 轻 ， 需 要 分 析 一 定 区 域 内裂 纹 的分 布 情 况 才 能确 定 。 ２ 疵 病 形 状 的 随机 性 疵 病 有 呈 现 一 维 线 状 的 烧 蚀 网 ，也 有 呈 现 二 维