TELKOM NIKA , Vol.11, No .11, Novemb er 201 3, pp. 6951 ~6 955   e-ISSN: 2087 -278X           6951      Re cei v ed  Jun e  2, 2013; Re vised July 3 1 , 2013; Accept ed Augu st 12 , 2013   Study on the Method of the Self-adapting Image  Threshold Divided in the Surface Image of the Tubular  Cartridge Case       Wu Qizhou*,  Jin Yong, Wang Zhao b a   1 Nation al Ke Lab for Electro n ic Meas urem ent T e chnolo g y  North U n iv er sit y  of Chi na, T a i Yua n  03 005 1,  Chin a, Ph./F ax: (0086) 35 1-3 559 32 1/355 93 21   Corresp on din g  author, e-mai l : qizho u w u @1 2 6 .com*, jin y@ n u c.edu.cn,  w a n g zb@ nuc.ed u . c n       A b st r a ct   T he tech nol og y of detecti ng t he i n tern al  and  externa l  di ame t e r  o f  th e tu bu l a r ca rtri d g e  ca se  that  usin g sca nistor  to o b tain  the  i m a g e  of th e tu bul ar cart ri dge  case  surface,  ai mi ng  at th differenc e i n  th e   imag e of  the   surface  betw e en th de gree  of co lor  gr ay.  T h is  article  p r opos ed  the s e lf-ad aptin i m ag e   thresho l d d i vi d ed  meth od th at base  on  me an  and sta n d a rd   differenc e of th e i m a ge of th surface us ing t o   defin iting thres hol d, solved th e key questi on  of the su rface ima ge  ma nip u l atio n, ma k e  the detectin g  res u l t   reach i ng th e u pper pr ecisi on.      Ke y w ords :  sur f ace imag e, sel f -adapti ng, thre shol d divi de d     Copy right  ©  2013 Un ive r sita s Ah mad  Dah l an . All rig h ts r ese rved .       1. Introduc tion   A grain  as th e non -metalli c an d op aqu e obje c ts, i s   an impo rtant  part of the   wea pon  laun ch  syste m  and it ha a cylind r ic al h o le shap e (S hown in Fig u re 1). Th e ge o m etry of internal  diamete r  (ID) and out side d i ameter (OD)  is  dire ctly rela ted to system  performan ce       Figure 1. Sch e matic Di ag ram of Tubula r  Grai n       In this arti cle,  we  p r o c e s and  se gment  at the  face i m age, th en  u s e th edge s of the  image to stri ke ID and O D Whe n  u s e d  this m e thod  to dete n te th e ID  and OD  of  many gra i n,  the sha r p ness of   image ed ge  and the si ze  of the background n o ise  whi c h we get  had a signifi cant impa ct on  accuracy and  repeatability   of the final t e st results. T herefore,  to  obtain im ages of objects,  we  need an o b je ct with uniform light exposure, or the  in con s i s tent gray scal e  of image s  mu st cau s the accu ra cy and repeata b i lity down in  te st re sults. As  light sou r ce o f  the sca nne r is owned, ha uniform   illumi nation, can obtain a  good  consisten cy of gray -scale image. T herefore, i n  this  pape r, the scanne r wa s u s ed as a n  ima ge acqui sition  system.       2.  The Proce s s  of Grain Fac e  Image Acq u isition  In the produ ction process  of  grai n, there are some  chemic al rea c tions  are som e times  incom p lete  compon ents,  resultin g in u n e ven color of  grai n, co uple d with the  da rk  col o r of  grain   (Figu r e 1 ) , so , to take full advantag e of the dy nami c  rang e of the  scann er, we  need  scann er to  scan und er t he high sen s i t ivity. In  this pape r, we u s ed the metho d s of lose b a c kgro und ima g e ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               e-ISSN: 2 087-278X   TELKOM NIKA  Vol. 11, No . 11, Novemb er 201 3:  695 1 – 6955   6952 that is, when  dete c tion, first sca n  the  backg ro u nd t o  get the  ba ckgro und  im age  (Figu r e   2(a )   sho w s), a nd  then pla c e d   the mea s u r e d  grain ve rt ically in th detectio n  reg i on (Fi g u r e 2 ( b)  sho w s). Figu re 2(b )  minu s Figure 2(a )  is Figure  2 ( c), that is the fina l sca n image  of end grai n.          Figure 2. The  Proce s s of Grain Fa ce Ima g e       3.  The Image T h reshold Se gmenta tion  of Ad aptiv e   Figure 3 sh own th at two typical g r a i n face im ag es a nd g r ay  curve i n  th e sam e   colle ction. Grain face ima g e  has two ch ara c teri stics:   The g r ay val ue of fa ce i m age  quite  different in t he same  gra i n; Differe nt grain  face   image s have  different brig h t ness in the same acqui si tion, Figure 3. That is be cau s e, in the grai n   prod uctio n  p r oce s s cau s e d  the grain  colo r un even  and the  gra y  value of face ima ge q u i t e   different.   Grain  face im age s were  no n-ci rcula r  an d  the insi de a n d  outsi de di a m eter h a ve di fferent  heart. That is  becau se, in the cutting p r o c e ss, g r ain b y  uniform force.        (a)  1#orgin a l i m age       (b)  1#gra y  c u r v e of horizo n tal     (c) 2# gra y  cur v e of vertical     (d) 2#or igi nal i m age     (e) 2# gra y  cur v e of horizo n tal     (f) 2#gra y  curv e of vertical     Figure 3. The  Face Imag e of Single Grai     With the  pu rp ose  of e a sy t o  read  the  si ze,  image  mu st be bi na ried,  therefo r we   have to  sele ct a thre shold to sepa rate the image . In  the general image, grai n face ima ge  have high g r a y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X       Study on the  Method of the  Self-adaptin g Im age Thre shol d Di vided  (Wu Qizho u 6953 level than ba ckgro und,  when the thre shol d is t oo  high, pa rt of edge poi nts were wrong  to   backg rou nd  points, m ade  the si ze  of ID an d O D   to o sm all. Oth e rwi s e, to o l a rge.  The  ke y to  segm entation  is sele ct the approp riate thre shol d.  Fro m  the two fea t ures  of the above image,  we   can  see, if we use a fixed  threshold to  split mult iple g r ain  we collected, the measured  grai n si ze   in diamete r  must be som e  large r , som e  smalle r. So we re sea r ch  a method which a c cordin g to  the image inf o rmatio n ca n determi ne the  thresh old aut omatically.   This p ape r prese n ts a  seg m entation, kn own a s  a dap tive thresh old i ng se gme n ta tion of  image, that i s  a meth od to  determi ne the  thre shol d a c cording  to me an an stand a rd  deviation  of   gray. This m e thod ca n solv e the probl em The im age i s   set to,  N j M i ), j , i ( f    ,    , are th mean  and   stand ard  dev iation of the   image, the n  t he  segm ent a t ion thre sh ol d (T H) of the  image  can  be   determi ned a s  follows:     a TH                                                                                                (1)    In the above  formula, a is a factor for  adju s ting, it can be calibra ted according  to the   actual  grain  size an d the  test result s.  After obtain e d the th re shold valu 0 v , we  can  bina ry  segm entation  the image according to the  following formula:    0 0 ) , ( 0 ) , ( 1 ) , ( v j i f v j i f j i u                                                           (2)     After a nu m ber  of expe ri ments,  calib rate t he a d ju stment fa ctor a = 0.5, all  of the   followin g  dia m eter me asu r eme n ts  were  use d  in th i s   value. Figu re  4 is the im ag es afte r ada p t ive   image thresh old se gmenta t ion of 1 # gra i n.        (a) Origin al im age     (b) Binar y se g m entatio n     Figure 4. Adaptive Image Segmentatio n  of 1# Grain       4. Analy s is   To test the  re sults  of ada ptive image  se gment ation te chni que  com pare d  with  si x grain s   to  do   expe ri ments. Figu re  5 is the ori g inal  image  of six grains,  table 1 are the mea s ure m ent  results  of the ada ptive image  se gme n tation tech n i que s  an d fixed thre sh ol d se gme n tation   techni que s.          Figure 5. The  Original Ima ge of Six Grains  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               e-ISSN: 2 0 87-278X   TELKOM NIKA  Vol. 11, No . 11, Novemb er 201 3:  695 1 – 6955   6954   Table 1. Co m pare Ad aptive Image Seg m entat ion Te chni que  with Fixed Thre sh old  Segmentatio number  1 2 3 4 5  mean   mean  gra y   47.6 57.5 61.1 55.0  58.0  44.4  ——   Standard  value  o f   OD(mm)  8.69 8.70 8.72 8.66 8.72 8.56  8.675   Standard  value  o f   ID(mm)  5.32 5.28 5.30 5.27 5.34 5.12  5.275   adaptive  threshold TH= - 0.45   TH   31 38 41 37 38 28  ——   OD(m m)  8.67 8.71 8.71 8.68 8.72 8.55  8.673   error(mm)  0.02 -0.01   0.01 -0.02   0.01  ——   ID(mm)  5.33 5.29 5.32 5.29 5.34 5.10  5.278   error(mm)  -0.01  -0.01  0.02  -0.02  0  0.02  ——   fixed  threshold TH=2 8   TH   28 28 28 28 28 28  ——   OD(m m)  8.68 8.75 8.78 8.73 8.75 8.55  8.707   error(mm)  0.01  -0.05  -0.06  -0.07  -0.03  0.01  ——   ID(mm)  5.33 5.32 5.32 5.31 5.36 5.10  5.297   error(mm)  -0.01  -0.04  -0.02  -0.04  -0.02  0.02  ——       As can b e  se en from Tabl e 1, 3# grain  face imag e with the large s t mean of gra y  (61.1),   6# g r ain fa ce   image  with th e minimu m m ean of  gray  (44.4), 3 #  g r ai n ca n al so  be  see n  that i s  t h e   brightn e ss. Therefo r e, wh en the image  binari z ati on,  we sho u ld b e  base d  on the statu s  of the   face im age  o f  grain  to  sel e ct  corre s p o nding  thre sh old, so that t o  mea s u r e  th e ide a l si ze   of ID   and O D . Use the ada ptive image se gmentation t e ch niqu e to the grai ns from 1# to 6# , the  threshold  val ues were  obt ained  31, 3 8 , 41, 3 7 , 38, 2 8 . Mea s u r ed  the maximum  error of o u tsi d e   diamete r  is  0.02mm a n d  the maximu m error  of  insid e  diam eter is  0.02m m can  meet  the  requi rem ents of techni cal i ndicators. If the th res hold   of grain #  6  (28)  as the  st anda rd, u s e  the   fixed thre shol d techniqu e t o  di smemb e r the ima g e s can  we me a s ured th e ma ximum erro of  outsid e  diam eter is 0.07m m and the maximum error  of inside dia m eter is 0.04 mm, that is fa beyond  the  requireme nts  of the te ch ni cal i ndi cato rs. In Figu re  6,  we  u s e  the  two te ch nolo g i es  measured th e error  cu rve  of ID and O D , that fu lly descri be s the  effective of adaptive ima g e   segm entation  techniq ue which p r op ose d  in this pap e r   1—mea s u r e m ent error of  adaptive thre shol d se gme n tation tech ni que   2—mea s u r e m ent error of  fixed thresh ol d segm entati o n     Figure 6. Measu r em ent Error of Adaptiv Thre sh oldin g  and fixed Thre shol ding       To illustrate the differe nce s  between th e two  metho d s mo re di re ctly, plotted the gray  curve s  of 3#  and 6# g r ai n in Figu re 6 ,  TH1 is the  threshold d e termin ed by  adaptive im age   segm entation  tech niqu es.  TH2 i s  th e  thre sh ol d e termin ed  b y  fixed imag e segm entati o n   techni que s. The figure sho w s, the gray of edge is  gradient, not Step mutation that is not ide a l.  The im age  gray of 3#  grai n is big,  6#  g r ain i s   sm all,  the si ze  by T H 2 = 28  to  se gment 3 #  g r a i n   must b e  la rg er tha n  T H 1 = 41. T herefo r e, in o r d e r t o  mea s u r e t he de si red  si ze of  grai n,  we   sho u ld acco rding to different image s chara c te rist i c s sele ct differe nt thresh old  segm entation s  to   binary.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X       Study on the  Method of the  Self-adaptin g Im age Thre shol d Di vided … (Wu Qizho u 6955     (a) 3#gr ain     (b) 6#gr ain     Figure 7. Gra y  Curve of 3#  and 6# G r ain s       To sum up, a daptive imag e segm entati on  techni que  is based on t he mean an d stand ard  deviation of  grain fa ce i m age to d e termin e the t h re shol d. It obtaine d hig h  pre c i s ion,  very  suitabl e fo r i m age  segme n tation of  gra i n. Solved th e key te chnol ogie s   whi c usin g the  sca nne to get the face image of grain to detect the si ze of ID and O D     Referen ces   [1]  W ang Z h enh ai , W ang Yuk u n .   T he Ph otoel e c trical D e tectin g Syste m  for  Metal Pl ate C l a ssificati on Journ a l of Optoel ectronics.  La se r.  199 8; 9(3 ) : 238-24 0.  [2]  Charl o  C Le e.  Desig n  of a Hi gh Res o luti on  Electron- optica l  Scann ing Sys t em SPIE.  199 6; 856-8 61.   [3]  Qiao Ho ng, Lin  Yue.  Study on  the influe nce  of the w o rk piec e vibrati on on  the accuracy of the laser- scan on lin e tes t Optical T e chnol ogy . 20 00; 26(2): 15 0-1 5 2 .   [4]  Che n  Sh utia n, Z hao Y o n g Different M e th ods  on th e Cy lindr ica l  Inn e Di mens io n Me asure m ent b y   Laser Optics . Appl ied L a ser.  200 0; 20(2): 67 -70.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.