基于分形理论的原木缺陷X射线图像分析与处理

本文针对原木中对木材加工有影响的典型缺陷进行了分析，提出了一种采用X射线为检测手段的原木无损检测方法，应用计算机数字图像处理技术与分形理论中的分形布朗随机场模型和分形参数对原木X射线图像进行处理与分析，有效地检测出原木中的漏节、夹皮和空心等缺陷。 应用X射线源照射原木横截面，当射线通过被检原木时，有缺陷部位与无缺陷部位对射线吸收能力不同，一般情况是透过有缺陷部位的射线强度高于(或低于)无缺陷部位的射线强度，因而可以通过检测透过被检物体后的射线强度的差异，来判断被检测原木是否有缺陷存在。在原木的另一端利用图像增加器进行接收，再经过微光摄像机送入A／D转换器，将原木X射线模拟图像转换成一幅数字图像存入计算机中，应用计算机数字图像处理技术对图像进行预处理。针对原木中不同类型的缺陷，本文采用的处理方法有直方图均衡、快速均值滤波、快速中值滤波、微分锐化、拉普拉斯算子锐化、Sobel算子锐化、kirsch算子锐化等算法。针对原木中的漏节等圆形缺陷，本文设计了改进的拉普拉斯算子法增强图像中目标的清晰度。该方法运算速度快，处理效果好，可以在检测圆形目标的图像处理中广泛推广使用。 根据原木木材质量吸收系数的变化规律和X射线无损检测的特点，本文推导出了X射线平行光源和点光源原木成像的数学规律。并且通过木材质量吸收系数的增加与减少，定义了增厚型缺陷与减厚型缺陷。为定量检测原木中缺陷提供了理论依据。 文中首次提出了一种基于分形理论的图像边缘处理方法。分形理论中的分形布朗随机场模型是描述自然景物的有效方法。通过对该模型的分析我们发现，在图像区域的小范围内，图像的灰度表面具有统计意义上的自相似性，但在不同图像区域的交界处，或图像的边缘处，这种分形理论的规律性将会被破坏，在此处求出的分形参数H值将会发生奇异，据此我们可以判断出该处为图像的边缘或交界处。一般情况下，计算一幅图像的H参数是非常复杂的，计算量大，耗时长，不能满足实际要求。本文针对原木X射线图像，根据分数布朗随机场模型推导出其H参数的模板快速计算 方法，通过该方法逐点计算出原木X射线图像的H参数后，将所有的奇异 点连接起来，就是图像中缺陷的边缘。我们应用该方法对原木中含有漏节、 夹皮和空心等缺陷的X射线图像分别进行了分析与处理，从实验的结果可 以看出这种方法行之有效，为图像处理技术的发展探索了一条新路，同时 对应用计算机进行原木中的缺陷自动模式识别有着重要意义。