行業(yè)應(yīng)用 | 基于高光譜成像技術(shù)的陶瓷片分類研究
一、背景
二、試驗(yàn)材料與方法
2.1試驗(yàn)設(shè)別
2.2試驗(yàn)材料
2.3圖像處理分析
圖像處理分析主要包括圖像的預(yù)處理與數(shù)據(jù)分析，圖像預(yù)處理基于江蘇雙利合譜科技有限公司提供的高光譜成像系統(tǒng)采集軟件SpecView進(jìn)行高光譜數(shù)據(jù)的采集。并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行反射率校正，公式如下：
是反射率校正后的圖像，
是原始圖像，
為白板校正圖像，
是黑板校正圖像，
為白板的反射率。
2.4 光譜數(shù)據(jù)提取
采用江蘇雙利合譜科技有限公司開(kāi)發(fā)的HyperScan Pro軟件進(jìn)行陶片和瓷片光譜數(shù)據(jù)的提取，以框選的方式確定感興趣（ROI）區(qū)域（圖1），以每個(gè)ROI區(qū)域內(nèi)所有像素點(diǎn)的平均值作為一個(gè)光譜數(shù)據(jù)（圖2），每類材料分別確定了124個(gè)ROI區(qū)域，即每類材料得到了124個(gè)數(shù)據(jù)。
圖1. ROI確定方式
三、結(jié)果與分析
3.1陶片、瓷片、以及背景光譜分析
圖3對(duì)比124個(gè)陶片和瓷片的平均光譜數(shù)據(jù)和背景數(shù)據(jù)。從圖中能夠看出，背景的光譜反射率非常低且平穩(wěn)，反射率幾乎在0.1以下，前后噪音過(guò)重，沒(méi)有波峰波谷的存在，說(shuō)明背景區(qū)域?qū)獾姆瓷漭^少，光譜特性與陶片和瓷片有明顯差異。瓷片與陶片均在大約950 nm之前，反射率有較大的上升，然后在大部分波長(zhǎng)段保持相對(duì)平穩(wěn)。在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，瓷片的反射率明顯低于陶片，尤其是在波長(zhǎng)1000 nm之后，瓷片和陶片的反射率差異逐漸加大，這一部分的差異可以作為分類的依據(jù)。另外，兩者的曲線形狀在總體趨勢(shì)上有相似性，但反射率水平的顯著不同可能表明材料成分或結(jié)構(gòu)的差異。
3.2 光譜數(shù)據(jù)處理
從圖2能夠看出，采集到的光譜數(shù)據(jù)存在較大的噪聲，為了去除光譜數(shù)據(jù)中的噪聲、校正背景和基線漂移，提升信號(hào)質(zhì)量，從而使后續(xù)的分析、建模和分類更加準(zhǔn)確，本研究采用了S-G濾波結(jié)合MSC方法對(duì)原始光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理。能夠看出經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的光譜更加的平滑與聚集，特征峰也更加的明顯（圖4）。
3.3基于SVM的陶瓷片分類識(shí)別
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混淆矩陣 |
真實(shí)值 |
||
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陶片 |
瓷片 |
||
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預(yù)測(cè)值 |
陶片 |
41 |
0 |
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瓷片 |
0 |
33 |
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為了驗(yàn)證該模型的實(shí)際應(yīng)用效果，我們拍攝了一批混合擺放的陶片與瓷片的高光譜圖像，首先對(duì)其中一個(gè)波段的灰度圖像進(jìn)行圖像處理以去除背景信息，得到每個(gè)樣本的ROI區(qū)域，之后將確定過(guò)ROI區(qū)域的圖像映射到高光譜圖像上，提取每個(gè)樣本中所有像素點(diǎn)的光譜數(shù)據(jù)。圖中前兩行樣本為陶片，后兩行以及右上角和右下角的樣本為瓷片。結(jié)合之前訓(xùn)練的高精度SVM分類模型，對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)的類別進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并通過(guò)可視化技術(shù)展示了陶片與瓷片的分布情況。圖5中綠*區(qū)域?yàn)榇善t*區(qū)域?yàn)樘掌軌蚩闯鐾ㄟ^(guò)高光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)陶瓷片的有效識(shí)別。
