一种木材节子尺寸测算方法及装置

本技术涉及林学，特别涉及一种木材节子尺寸测算方法及装置。

背景技术：

1、节子是木材天然缺陷，会破坏纹理连续性与美观度。其中疏松节易脱落形成空洞，严重破坏木材纤维连接，降低木材质量，不利于加工利用。节子数量多、尺寸大时，不仅降低木材价值，还能反映林木健康状况，是森林培育研究与木材加工工程的重要指标。

2、现有技术中，节子尺寸计算的方式是将节子看作圆形或椭圆形，通过人为测量半径或者长短轴的尺寸，利用圆形（椭圆形）面积公式近似计算，但是，自然界的节子并不是规则的，传统的测量过程引入人为计算误差，当节子形状越不规则时，现有节子尺寸的计算方式引入误差越大。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种木材节子尺寸测算方法及装置。

2、本发明采用下述技术方案：

3、本发明提供了一种木材节子尺寸测算方法，应用于一种木材节子尺寸测算系统，所述系统包括：上位机、fpga系统、工业相机以及操作平台，所述上位机与fpga系统连接，所述fpga系统与所述工业相机连接，所述操作平台水平布设于工业相机下方，其特征在于，包括：

4、将待测木材放置于操作平台，上位机基于标定好的工业相机的内参矩阵和畸变系数，确定工业相机在拍摄待测木材时所形成的成像平面中每个像素的像素地址对应的实际面积；

5、将成像平面中每个像素的像素地址对应的实际面积写入fpga系统；

6、fpga系统驱动标定好的工业相机采集待测木材图像，并通过图像处理算法识别待测木材图像中的节子位置和节子边缘，得到待测木材图像中的节子区域；根据节子区域在成像平面中所占像素的像素地址对应的实际面积，确定待测木材图像中节子区域的实际面积，完成待测木材的节子尺寸测算。

7、优选地，工业相机的标定过程，具体包括：

8、上位机发送标定开始指令给fpga系统，fpga系统控制工业相机采集标定板图像，通过usb通信转发给上位机；

9、采集多组不同位置和不同角度下的棋盘格标定板图像；

10、上位机利用matlab相机标定工具包，根据采集到的多组棋盘格标定板图像求解所述工业相机的内参矩阵与畸变系数。

11、优选地，上位机基于标定好的工业相机的内参矩阵和畸变系数，确定工业相机在拍摄待测木材时所形成的成像平面中每个像素的像素地址对应的实际面积，具体包括：

12、上位机获取工业相机到操作平台中心位置的垂直距离以及放置于操作平台上的待测木材的厚度，并将工业相机到操作平台中心位置的垂直距离与木材厚度的差值确定为工业相机到成像平面的距离；

13、获取所述标定好的工业相机的内参矩阵、成像平面的像素尺寸以及畸变系数；

14、上位机通过所述内参矩阵与工业相机到成像平面的距离，确定相机缩放因子；

15、根据所述内参矩阵和成像平面的像素尺寸，确定成像平面中单个像素的初始物理尺寸；

16、根据所述畸变系数，对成像平面中每个像素所计算的初始物理尺寸进行校正，得到每个像素的实际物理尺寸；并根据每个像素的实际物理尺寸，确定成像平面中每个像素的实际面积。

17、优选地，每个像素的实际物理尺寸包括：水平物理尺寸与垂直物理尺寸；所述成像平面中每个像素的实际面积为每个像素对应的水平物理尺寸与所述垂直物理尺寸的乘积。

18、优选地，fpga系统通过图像处理技术识别待测木材图像中的节子位置和节子边缘，得到待测木材图像中的节子区域，具体包括：

19、fpga系统驱动相机采集待测木材图像，对所述待测木材图像进行色彩空间转化，将rgb节子图像数据转换为ycbcr节子图像数据，并提取其中的灰度节子图像数据；

20、对所述灰度节子图像数据进行双边滤波处理，并对滤波后的灰度节子图像数据进行二值化处理，得到二值化节子图像；

21、对所述二值化图像进行sobel边缘检测，识别出节子的边缘像素；

22、对sobel边缘检测后的节子图像进行形态学处理，所述形态学处理包括腐蚀处理和膨胀处理，通过腐蚀处理去除孤立的噪声点，通过膨胀处理连通相邻的边缘，得到完整闭合的节子区域。

23、优选地，根据节子区域在成像平面中所占像素的像素地址对应的实际面积，确定待测木材图像中节子区域的实际面积，完成待测木材的节子尺寸测算，具体包括：

24、fpga系统通过连通域识别算法，在节子区域中标记出每个独立的节子连通域；

25、读取每个节子连通域内每个像素的像素地址对应的实际面积并进行累加，得到节子区域的实际面积；

26、当待测木材图像中存在多个节子区域时，则将每个所述节子区域的实际面积进行求和，得到待测木材图像中的节子总面积，完成待测木材的节子尺寸测算。

27、优选地，在所述fpga系统通过图像处理技术识别待测木材图像中的节子位置和节子边缘之后，还包括：

28、fpga系统根据待测木材图像中的节子位置和节子边缘，确定每个节子在图像坐标系中横向和纵向的像素最小值和最大值，由此形成包围每个节子区域的矩形框；

29、将每个节子的矩形框的颜色标记为红色，并与原始的待测木材图像进行像素融合，融合后的图像通过lcd驱动模块进行显示，得到节子显示图像；并在节子显示图像中的矩形框上方叠加显示每个节子区域的实际面积数值，在显示图像的右下角叠加显示当前待测木材上全部节子区域的实际面积。

30、优选地，在融合后的图像通过lcd驱动模块进行显示之后，还包括：

31、fpga系统通过红外接收头实时检测红外遥控器发送的控制信号；

32、当fpga系统接收到红外遥控器发出的结果保存指令时，fpga系统将节子显示图像以及叠加在节子显示图像上的所有节子区域的实际面积合并编码为一帧完整图像，并写入fpga系统的sd卡中进行存储；

33、在完成图像存储后，驱动蜂鸣器输出预设时长的提示音，以通知用户保存完成。

34、本发明提供了一种木材节子尺寸测算装置，包括：

35、像素面积映射模块，用于将待测木材放置于操作平台，上位机基于标定好的工业相机的内参矩阵和畸变系数，确定工业相机在拍摄待测木材时所形成的成像平面中每个像素的像素地址对应的实际面积；将成像平面中每个像素的像素地址对应的实际面积写入fpga系统；

36、节子尺寸解算模块，用于fpga系统驱动标定好的工业相机采集待测木材图像，并通过图像处理算法识别待测木材图像中的节子位置和节子边缘，得到待测木材图像中的节子区域；根据节子区域在成像平面中所占像素的像素地址对应的实际面积，确定待测木材图像中节子区域的实际面积，完成待测木材的节子尺寸测算。

37、本发明采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

38、在本发明提供的一种木材节子尺寸测算方法中，通过计算待测木材成像平面中每个像素的实际面积，以将测木材成像平面中的每个像素的实际面积作为微小面积单元，再通过fpga模块图像识别统计节子区域所占像素所占像素的像素地址对应的实际面积累加求和，使得无论节子形状如何复杂、边缘如何不规则，其尺寸测算均能够基于节子区域所占像素的微小面积单元而严格遵循节子的真实轮廓进行累加计算，从而极大的减小了由于形状近似带来的节子测算偏差。

39、另外，由于在节子面积的实际测算过程中，乘除运算占据了fpga模块大量的计算资源，而本发明通过在上位机中处理节子测算过程的乘除运算，即每个节子图像像素面积的计算，并将计算结果存储至fpga模块中，fpga模块在解算节子尺寸时，只需根据fpga模块内置的图像识别算法识别出的节子区域，再根据识别出的节子区域中像素地址对应的的实际面积进行求和运算即可得到节子尺寸的测算结果，该方式有效减少了fpga中的乘除法操作，减少fpga的dsp资源利用，极大的降低了fpga的计算开销。