水尺圖像分析檢測一體化程序開發及應用研究

沈益駿 王琦 武華偉

(舟山檢驗檢疫局,浙江舟山 316000)

水尺圖像分析檢測一體化程序開發及應用研究

沈益駿 王琦 武華偉

(舟山檢驗檢疫局,浙江舟山 316000)

為解決傳統水尺計重作業中存在的效率低,精度差等問題,本文提出了通過在港區現場攝像方式獲取水尺圖像,然后將電子數據傳輸給軟件并由其對圖像進行分析處理,得出最后精確的吃水數值。即用“機”眼代替人眼觀測六面吃水,用程序處理代替人為判斷得到吃水值,以達到船舶吃水值觀測一體化、精確化、快速化的目的。

水尺計重 一體化 圖像處理

1 引言

近些年來，隨著沿海城市海岸線資源不斷開發以及國內資源性大宗散貨對外依存度不斷上升，散貨進口量急劇上升，水尺計重作為大宗散貨數重量計重的一種計量方式，其作用日漸凸顯。然而水尺計重中影響計量準確性的最關鍵性因素無疑是船舶六面吃水數值的讀取，傳統觀看水線，往往是通過租用工作艇或是小船，使其靠近船舶外檔水線，再進行讀數。這種方法不僅時效性差，費用高，而且工作人員人身安全很難得到保證。由此可見在水尺鑒定中，采取一種方便快捷、迅速有效的水尺讀數方法，繼而建立標準化、程式化的計量方式，提高水尺讀數的精確性，對提高港口的利用率，口岸鑒定科學管理水平，維護國際貿易公平、公正意義重大。

2 一體化程序整體方案

船舶水尺計重一體化程序方案設計如下：工作人員于作業現場先由攝像頭攝錄船舶吃水圖像，然后把獲取的圖像數據自動導入水尺圖像分析軟件，由該軟件分析處理得出船舶吃水的數值，整個作業過程形成一體化程序，使計量作業更省時更順暢，提高散貨船進出港效率，進而有效利用碼頭資源。長此以往，將體現出可觀的經濟效應(如圖1)。

該方案順利實現將大大推進國際貿易的公正、公平，降低計量工作的不確定性。再者，由于觀測時的實時圖像數據都會自動儲存，即使發生法律訴訟和糾紛，也有可追溯的證據。進而進一步規范了檢驗檢疫部門的鑒定工作。

3 水尺圖像分析軟件的開發

水尺圖像分析軟件的開發是該方案的重點和難點。水尺標記光線明暗、風力大小、船幫顏色深淺、吃水刻度著色新舊、海水清濁等因素都將直接影響該軟件能否快速、準確的給出數值(如圖2)。

3.1 技術方案

總體技術方案如下：(1)采用二值圖像處理技術處理圖像，對圖像進行二值化；(2)根據需要進行圖片濾波，排除干擾顏色；(3)通過軟件技術識別圖。

具體實現方案：(1)確定Y軸水線位置；通過軟件識別圖像時首先識別水線位置，為了能夠加快圖像識別速度，軟件從圖片中均勻截取5個矩形區域，每個區域寬度為20，高度為圖片高度，然后采用圖像反色，二值化進行處理，記錄各個顏色帶(連續的白色區域或黑色區域稱作顏色帶，其高度是兩種不同顏色的分界線，高度越高說明該顏色所占圖片比例越大，因此更有可能是水位的分界線)，最后找出最大的顏色帶高度，記錄此時的顏色帶Y軸位置，當5個區域的水線位置都找出后，去除最大值、最小值排除干擾，其余值求平均值即可確定水線的Y軸位置；(2)確定數字的X軸起始位置以及X軸結束位置；當確定Y軸位置時，從圖片中截取一個矩形寬度為圖片寬度，高度為Y軸位置開始向上600個像素的高度，然后進行圖片的反色、二值處理、濾波，最后遍歷該矩形行，記錄各行黑色區域的起始、結束位置，最后求所有黑色區域的相交區域，即所有黑色區域起始位置的最大值(剔除最大值、最小值)，以及所有黑色區域的結束位置的最小值(剔除最大值、最小值)，即可確定數字的中心位置X，然后在兩邊同時擴展100個寬度，即可框定一個數字區域；(3)確定數字區域后，通過遍歷該區域的行來確定數字的形體特征，從而獲取數字對應的值

圖1

圖2

3.2 技術原理

二值圖像(BinaryImage)是指整幅圖像畫面內僅黑(灰度值為0)白(灰度值為1)二值的圖像，如文字圖像、進行掌紋識別的掌紋圖像，二值化后的圖像能夠用幾何學中的概念進行分析和特征描述.因此，在某些情況下如對掌紋或其他人體特征進行分割或識別的時候，就設法使灰度圖像變成二值圖像再進行處理(稱為灰度圖像的二值化)。二值圖像處理目前已成為圖像處理中的一個獨立的重要分支而獲得廣泛的應用。因此我們的系統中必然加入二值化圖像的功能。 具體實現時，圖像二值化可根據有標尺值(用戶可操控)確定的閾值，將大于閾值的像素置為白色，反之為黑色(這種方法稱為閾值處理也有人稱之為窗口操作)。

確定t的方法叫做閾值選擇

4 結語

水尺圖像分析檢測一體化程序是集攝像、信號傳輸、圖像處理、數據輸出于一體，成功實現了“機眼”到“人眼”角色轉變，采用“機眼”方法，將大大改善水尺計重限制于惡劣天氣的局限性。同時它將獲取船舶六面水尺變得簡單、快捷。通過計算機軟件對水尺圖像進行精細色域處理和水線擬合計算，得到比目測值更準確更科學的吃水值。通過改進軟件算法，對各種環境下拍攝的圖像自動調節計算參數，使之在大多數環境下都能應用。軟件與硬件設計相結合，使整個設備便攜、易用，無須借助拖輪作業，計量人員單人便能完成所有工作。

[1]晶辰工作室.最流行圖像格式實用參考手冊[M].北京：電子工業出版社,1998.11-24.

[2]劉傳憬,黃煜.多格式圖像程序設計入門[M].北京：人民郵電出版社,1995.118-146.

[3]陳曉明.實用圖像分析與處理技術[M].北京：電子工業出版社.

[4]田村秀行,坂田俊,赫榮威等.計算機圖像處理技術[M].北京：北京師范大學出版社,1986.10-26.