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摘要：机动棒材自动计数一直是钢筋等棒材生产企业没有解决好的难题。目前企业主要靠人工来完成棒材的最后定支包装任务，但人工长时间的目测计数，会引起眼睛疲劳， 产生较大的误差；有时对一批棒材需要定期计数、核实，工作量很大。因此，开发棒材的自动计数系统是一个迫切需要解决的问题。本文结合实际，探讨国内外棒材计数系统的发展，为后续开发更具有使用性的棒材识别计数系统奠定了基础。
关键词：棒材计数系统；图像识别；灰度加权闭值算法
中图分类号：TN911.73 文献标识码：A 文章编号：
一、图像识别的概念与模型
自然界的景物一般都是空域三维描述，但视觉系统或称之为一般的传感器系统，所获得的信息通常是空域二维的。在这个二维信息—图像中，人们却能充分理解所观察到的空域三维景物，从它的色彩、形状、到它是什么、它是干什么的等。在这个观察、识别、理解的过程中，实际包含了许多知识的学习和积累。图像识别就是用现代信息处理与计算技术来完成人的识别、理解过程。显然，它包括成像、图像处理与识别这三个步骤。
图像识别主要是指依据输入的空域二维图形信息f(x, y, t)，根据图像识别模型，进行相关的图像运算，分析并提取图像的识别特征，然后建立分类器按图像特征对图像进行分类识别运算，图像类别可表示为Ci ，i∈（l, 2,…, n）, n为正整数。首先要进行的是边缘提取、图像分割等图像预处理，然后再进行特征提取和识别工作。
图像特征析取器的主要任务是：
（1）用什么特征描述图像以便识别；
（2）如何提取这些特征。析取器输出的是可供分类器运算的特征参量T(x, y, t)。图像识别分类器主要是依据一定的分类准则等，如统计分类原则、模糊运算准则等，对输入的特征参量T(x, y, t)进行一定的运算后，判决输出图像是哪一类图像。
二、棒材计数系统的国内外研究现状
1.国外的研究现状
1992年，Renzo ，Offoiach 设计了主要针对最终打包层叠棒材的计数和分装置。在该装置中，通过处理棒材的层叠等情况，最后再经机械装置整平，最后进入计数阶段。2003年，日本Kojima Kat2suhiro，Niimi Kiyoaki，Yano Taizo为兼顾计数的准确性和快速性，采用了图像计数方案。在该方案中，用光源以一定角度照射棒材端面获得清晰图像，最终对采集图像处理而得到在线棒材的数量。可见，国外也采用了两种方案，机电法重在解决棒材的不规则状态，图像法需在一定计数精度的基础上考虑实时性。
2.国内的研究现状
2003年4月，王培珍，杨维翰，沈玉梁首次提出了基于融合技术的棒材定值图像识别理论。该方案首先用CCD 采集棒材定支包装时的端面图像，再用阈值化和基于边界的方法初始分割图像，最后进行融合、去粘连及计数，这在一定程度上提高了计数的准确性。该方法过于依赖二值图的质量，实际应用中难以保證质量要求。
2004年，罗三定，沙莎，贾维嘉等人针对如何识别图像中的棒材、如何区分图像中已计数部分和未计数部分以及如何控制分钢装置移动到指定位置等问题，较为系统地论述了图像法实现在线棒材计数和分离问题， 并设计了相应的在线视觉计数控制系统，基本完成了棒材在线计数系统的计数和分离任务。
2004年12月，李俊飞在详细分析影响摄像技术采集棒材特征的各种因素和干扰的基础上，开发了一种棒材计数装置并有所创新：①数抓采集箱用于隔离外界干扰；②快速准确的图像识别算法；③喷液装置使端面成像易于被识别；④采集的数据参与过程管理。基本解决了棒材在线计数问题，但分钢还要靠人工判断和处理，仅仅实现了计数系统部分自动化。
2005年10月，梁治国，徐科，徐金梧等人提出了基于结构光的棒材自动计数技术方案。具体做法是，将线型激光垂直照射处于冷床上的棒材，通过面阵CCD摄像机采集激光图像，并细化处理激光线条后，用BP神经网络计算并恢复棒材截面上部分轮廓的空间坐标。另外，作者还提出了局部轮廓形心的概念，根据棒材的部分轮廓得到棒材形心的分布，通过聚类法确定棒材形心的数目，从而得到各种情况下棒材的数目。该方案首次将结构光引入棒材计数系统，具有一定的精度。
2006年，章家岩，金俊，姚有领提出了基于多传感器技术的螺纹钢在线自动计数的方法，继承了双传感器在线棒材计数的思想，在此基础上，通过改变位移传感器的安装位置，计数系统得到进一步发展。但是，对于棒材出现的某些特殊情况没有考虑，故计数精度难免会降低。同年，郭国营，刘冀伟，柴爱红等人发表了棒材定支数包装与理论质量计量论文。其中，作者以计数系统实用化为目标，在图像处理中引入了投影法和双系统方案，双系统分别实现计数和校核。在一定程度上提高了计数精度。李弟平，罗三定针对帮材计数实时性要求，结合应用环境特点，提出了一种基于几何特征的改进模板匹配算法，并将该算法应用于棒材计数系统，有效提高了棒材的识别准确率，通过四方向弦过滤，减少匹配点数目，提高了匹配效率。并针对大直径棒材提出了割点匹配的方法，匹配速度提高至原来的4倍，解决了大棒材实时计数的问题。
2006年4月，余晓流，马欣艺，储刘火等人提出一种新型棒材自动计数与控制装置。其基本原理是，先通过机械装置依次把棒材整齐排列、分离，再利用计数装置接受到光电传感器的脉冲数计数捆。该装置利用机电法完全实现了棒材的计数和定支打捆，但对于小直径棒材须进一步改进。6月，在满足生产条件的前提下，李弟平，罗三定通过分析各种图像分割算法，提出了一种基于多因素的图像分割算，以满足实时性要求。理论与实践证明，该算法能有效分割出目标棒材，并能显著提高目标分割的效率。总之，对于在线棒材的计数问题，提出并应用了机电和图像两种计数方案，有的甚至初步解决了在线计数统的计数和分离问题，为以后研究奠定了一定理论基础和积累了实际经验。
三、结束语
展望未来，利用数字图像处理技术和模式识别技术，对棒材图像、特别是棒材区域进行准确、高效的检测识别是解决棒材计数的一种有效手段。为了去除由于背景带给棒材图像的干扰，要对类圆物体进行分割，分割以后，图像中并不是每一个独立的区域就代表是一个类圆物体。虽然采用灰度加权闭值算法尽量避免其过分割的现象，但仍不能完全避免；另外，图像边缘存在的不完整的类圆物体，也应尽量不把它们识别为类圆物体。因此采用基于类圆圆心、类圆边缘及半径等特征的识别原理和识别算法，把只有符合一定要求的独立区域才识别为类圆物体。完成棒材的识别后，每识别出一个类圆心计数器加1，累加器反映棒材数目，最后累加器总数目即是棒材总数。
参考文献：
1. Kajii S, Umehara S, Oouchi T. Automatic Separating Device for Bar Steel
Continuously Transported by Chain Conveyer [P]. 日本专利: JP57126315,
1982208206.
2. 张琳，岑豫皖，杜培明. 基于VC 的棒材自动计数方法的研究与应用[J]，工业控计算机，2003，16 (3)：32234.
3.王福旺 基于图像处理的棒材计数系统的开发研究
关键词：棒材计数系统；图像识别；灰度加权闭值算法
中图分类号：TN911.73 文献标识码：A 文章编号：
一、图像识别的概念与模型
自然界的景物一般都是空域三维描述，但视觉系统或称之为一般的传感器系统，所获得的信息通常是空域二维的。在这个二维信息—图像中，人们却能充分理解所观察到的空域三维景物，从它的色彩、形状、到它是什么、它是干什么的等。在这个观察、识别、理解的过程中，实际包含了许多知识的学习和积累。图像识别就是用现代信息处理与计算技术来完成人的识别、理解过程。显然，它包括成像、图像处理与识别这三个步骤。
图像识别主要是指依据输入的空域二维图形信息f(x, y, t)，根据图像识别模型，进行相关的图像运算，分析并提取图像的识别特征，然后建立分类器按图像特征对图像进行分类识别运算，图像类别可表示为Ci ，i∈（l, 2,…, n）, n为正整数。首先要进行的是边缘提取、图像分割等图像预处理，然后再进行特征提取和识别工作。
图像特征析取器的主要任务是：
（1）用什么特征描述图像以便识别；
（2）如何提取这些特征。析取器输出的是可供分类器运算的特征参量T(x, y, t)。图像识别分类器主要是依据一定的分类准则等，如统计分类原则、模糊运算准则等，对输入的特征参量T(x, y, t)进行一定的运算后，判决输出图像是哪一类图像。
二、棒材计数系统的国内外研究现状
1.国外的研究现状
1992年，Renzo ，Offoiach 设计了主要针对最终打包层叠棒材的计数和分装置。在该装置中，通过处理棒材的层叠等情况，最后再经机械装置整平，最后进入计数阶段。2003年，日本Kojima Kat2suhiro，Niimi Kiyoaki，Yano Taizo为兼顾计数的准确性和快速性，采用了图像计数方案。在该方案中，用光源以一定角度照射棒材端面获得清晰图像，最终对采集图像处理而得到在线棒材的数量。可见，国外也采用了两种方案，机电法重在解决棒材的不规则状态，图像法需在一定计数精度的基础上考虑实时性。
2.国内的研究现状
2003年4月，王培珍，杨维翰，沈玉梁首次提出了基于融合技术的棒材定值图像识别理论。该方案首先用CCD 采集棒材定支包装时的端面图像，再用阈值化和基于边界的方法初始分割图像，最后进行融合、去粘连及计数，这在一定程度上提高了计数的准确性。该方法过于依赖二值图的质量，实际应用中难以保證质量要求。
2004年，罗三定，沙莎，贾维嘉等人针对如何识别图像中的棒材、如何区分图像中已计数部分和未计数部分以及如何控制分钢装置移动到指定位置等问题，较为系统地论述了图像法实现在线棒材计数和分离问题， 并设计了相应的在线视觉计数控制系统，基本完成了棒材在线计数系统的计数和分离任务。
2004年12月，李俊飞在详细分析影响摄像技术采集棒材特征的各种因素和干扰的基础上，开发了一种棒材计数装置并有所创新：①数抓采集箱用于隔离外界干扰；②快速准确的图像识别算法；③喷液装置使端面成像易于被识别；④采集的数据参与过程管理。基本解决了棒材在线计数问题，但分钢还要靠人工判断和处理，仅仅实现了计数系统部分自动化。
2005年10月，梁治国，徐科，徐金梧等人提出了基于结构光的棒材自动计数技术方案。具体做法是，将线型激光垂直照射处于冷床上的棒材，通过面阵CCD摄像机采集激光图像，并细化处理激光线条后，用BP神经网络计算并恢复棒材截面上部分轮廓的空间坐标。另外，作者还提出了局部轮廓形心的概念，根据棒材的部分轮廓得到棒材形心的分布，通过聚类法确定棒材形心的数目，从而得到各种情况下棒材的数目。该方案首次将结构光引入棒材计数系统，具有一定的精度。
2006年，章家岩，金俊，姚有领提出了基于多传感器技术的螺纹钢在线自动计数的方法，继承了双传感器在线棒材计数的思想，在此基础上，通过改变位移传感器的安装位置，计数系统得到进一步发展。但是，对于棒材出现的某些特殊情况没有考虑，故计数精度难免会降低。同年，郭国营，刘冀伟，柴爱红等人发表了棒材定支数包装与理论质量计量论文。其中，作者以计数系统实用化为目标，在图像处理中引入了投影法和双系统方案，双系统分别实现计数和校核。在一定程度上提高了计数精度。李弟平，罗三定针对帮材计数实时性要求，结合应用环境特点，提出了一种基于几何特征的改进模板匹配算法，并将该算法应用于棒材计数系统，有效提高了棒材的识别准确率，通过四方向弦过滤，减少匹配点数目，提高了匹配效率。并针对大直径棒材提出了割点匹配的方法，匹配速度提高至原来的4倍，解决了大棒材实时计数的问题。
2006年4月，余晓流，马欣艺，储刘火等人提出一种新型棒材自动计数与控制装置。其基本原理是，先通过机械装置依次把棒材整齐排列、分离，再利用计数装置接受到光电传感器的脉冲数计数捆。该装置利用机电法完全实现了棒材的计数和定支打捆，但对于小直径棒材须进一步改进。6月，在满足生产条件的前提下，李弟平，罗三定通过分析各种图像分割算法，提出了一种基于多因素的图像分割算，以满足实时性要求。理论与实践证明，该算法能有效分割出目标棒材，并能显著提高目标分割的效率。总之，对于在线棒材的计数问题，提出并应用了机电和图像两种计数方案，有的甚至初步解决了在线计数统的计数和分离问题，为以后研究奠定了一定理论基础和积累了实际经验。
三、结束语
展望未来，利用数字图像处理技术和模式识别技术，对棒材图像、特别是棒材区域进行准确、高效的检测识别是解决棒材计数的一种有效手段。为了去除由于背景带给棒材图像的干扰，要对类圆物体进行分割，分割以后，图像中并不是每一个独立的区域就代表是一个类圆物体。虽然采用灰度加权闭值算法尽量避免其过分割的现象，但仍不能完全避免；另外，图像边缘存在的不完整的类圆物体，也应尽量不把它们识别为类圆物体。因此采用基于类圆圆心、类圆边缘及半径等特征的识别原理和识别算法，把只有符合一定要求的独立区域才识别为类圆物体。完成棒材的识别后，每识别出一个类圆心计数器加1，累加器反映棒材数目，最后累加器总数目即是棒材总数。
参考文献：
1. Kajii S, Umehara S, Oouchi T. Automatic Separating Device for Bar Steel
Continuously Transported by Chain Conveyer [P]. 日本专利: JP57126315,
1982208206.
2. 张琳，岑豫皖，杜培明. 基于VC 的棒材自动计数方法的研究与应用[J]，工业控计算机，2003，16 (3)：32234.
3.王福旺 基于图像处理的棒材计数系统的开发研究