基于圖像識(shí)別的電影銀幕穿孔測(cè)量方法研究

周令非

(中國電影科學(xué)技術(shù)研究所 (中央宣傳部電影技術(shù)質(zhì)量檢測(cè)所),北京 100086)

1 電影銀幕打孔測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)狀

電影銀幕通過其表面密布的小孔向觀眾傳遞影片的聲音內(nèi)容,打孔直徑和面積占比越小,銀幕的光學(xué)性能相對(duì)越好。近年來,隨著電影材料科技的快速發(fā)展和對(duì)高質(zhì)量電影放映的不斷追求,小孔徑電影銀幕甚至孔徑150微米的微孔徑電影 “終極銀幕”等產(chǎn)品層出不窮 (圖1)。而電影質(zhì)檢機(jī)構(gòu)使用的測(cè)量設(shè)備依然是千分尺,測(cè)量方法依然是手動(dòng)測(cè)量。面對(duì)動(dòng)輒零點(diǎn)幾毫米甚至微米級(jí)的電影銀幕孔徑和孔距,現(xiàn)有測(cè)量工具和測(cè)量方法早已顯得力不從心,且人工測(cè)量的操作難度過高,測(cè)量的可重復(fù)性和可信度較低。本文通過對(duì)基于圖像識(shí)別技術(shù)的電影銀幕打孔測(cè)量技術(shù)的研究與測(cè)試,初步解決了日常電影銀幕檢測(cè)中面對(duì)小孔徑新型打孔銀幕時(shí)傳統(tǒng)手工檢測(cè)的眾多痛點(diǎn),有效提高了電影銀幕檢測(cè)中孔徑和打孔面積占比兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量精度,提高了測(cè)量效率。

圖1 左側(cè)為傳統(tǒng)銀幕,右側(cè)為 “終極銀幕?”

我國的電影銀幕標(biāo)準(zhǔn)主要有 《DY/T 4-2020巨型金屬銀幕技術(shù)要求和測(cè)量方法》《JB/T 6162-2013反射和透射放映銀幕通用技術(shù)條件》和 《GB/T 13982-2011反射和透射放映銀幕》。其中對(duì)非球幕打孔的要求主要包括對(duì)穿孔本身的要求和銀幕穿孔面積兩方面。

1.1 銀幕打孔

(1)需打孔的銀幕,其圓孔的周邊輪廓應(yīng)清晰,孔需打透,不應(yīng)有翻邊或毛邊。

(2)打孔直徑應(yīng)不大于1.5 mm,采用交錯(cuò)排列形式。

(3)銀幕的打孔應(yīng)均勻規(guī)則,不得有任何方向的錯(cuò)位、忽密忽稀及漏孔現(xiàn)象。

1.2 打孔銀幕孔面積百分比

孔面積百分比PC推薦為4.5%～7%。在此范圍內(nèi),當(dāng)小孔直徑較大時(shí),應(yīng)取較大百分比；當(dāng)小孔直徑較小時(shí),可取較小百分比。

孔面積百分比計(jì)算公式見式 (1)和式 (2),并參見圖2。

圖2 交錯(cuò)銀幕打孔面積占比測(cè)量

式 (1)和式 (2)中:

PC-孔面積百分比；

r-半徑,d-直徑；

l-同一排孔橫向間距,單位為毫米 (mm )；

h-同一列孔縱向間距,單位為毫米 (mm)。

由上述標(biāo)準(zhǔn)可知,電影銀幕穿孔的測(cè)量主要包括穿孔直徑、孔橫向間距和孔縱向間距三個(gè)數(shù)據(jù)。

另外,以 “終極銀幕”為代表的微孔銀幕多采用非交錯(cuò)排列,其打孔面積百分比計(jì)算公式見式(3)和式 (4),并參見圖3。

圖3 非交錯(cuò)銀幕打孔面積占比測(cè)量

2 微孔測(cè)量的方法探索

目前,對(duì)于?0.95～2.45 mm孔徑的微孔工件進(jìn)行測(cè)量,通常采用兩種方式:一是采用手工測(cè)量,二是采用高端精密儀器測(cè)量。采用手工測(cè)量時(shí),測(cè)量精度受操作者測(cè)量技術(shù)的影響較大,常常由于操作者的手抖動(dòng),而使測(cè)量精度不高。而采用高端精密儀器測(cè)量時(shí),由于儀器價(jià)格昂貴,測(cè)量成本很高。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,微孔測(cè)量 (包括孔心距、形狀等)對(duì)于微孔加工過程中的質(zhì)量控制具有決定性的作用。另外微孔無法利用千分尺等傳統(tǒng)測(cè)量工具進(jìn)行測(cè)量,萬能工具顯微鏡作為工件微孔精密測(cè)量中的常用儀器,也存在著測(cè)量過程繁瑣的問題,測(cè)量準(zhǔn)確性受操作者經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)水平影響大,且無法批量測(cè)量。

2.1 孔徑規(guī)與內(nèi)徑千分尺測(cè)量

首先我們根據(jù) 《DY/T 4-2020巨型金屬銀幕技術(shù)要求和測(cè)量方法》提到的使用孔徑規(guī)測(cè)量穿孔直徑方法進(jìn)行評(píng)估。

孔徑規(guī)為變徑帶刻度楔形金屬棒或固定尺寸的微型金屬圓柱。普通楔形孔徑規(guī)測(cè)量范圍為1 mm至幾毫米,刻度精度為0.1 mm,這顯然無法覆蓋電影銀幕1.5 mm至微孔銀幕0.15 mm左右的精度范圍。如果選用固定尺寸的微型徑規(guī)測(cè)量,則需要準(zhǔn)備數(shù)套共數(shù)百只徑規(guī),尺寸間隔 (也就是精度)僅為0.01 mm,且價(jià)格昂貴容易損壞。另一個(gè)主要原因是:銀幕為柔性材質(zhì),使用接觸式測(cè)量時(shí)不可避免地會(huì)改變銀幕孔徑的形狀,且銀幕厚度較薄,人為測(cè)量時(shí)幾乎無法讓徑規(guī)完全與被測(cè)孔徑垂直,不確定性大。

圖4 錐形變徑尺徑規(guī)與高精度尺徑規(guī)組

使用內(nèi)徑千分尺與游標(biāo)卡尺類似,使用內(nèi)徑千分尺測(cè)量銀幕穿孔也存在很大誤差。這些誤差包括但不限于:被測(cè)材料受力變形誤差、溫度誤差,一般人工測(cè)量普遍存在的示值誤差,讀數(shù)觀測(cè)誤差、接觸誤差和測(cè)長儀器的對(duì)零誤差等。所有使用規(guī)尺類進(jìn)行人工測(cè)量的誤差都可以分為:儀器本身的不確定性誤差、標(biāo)準(zhǔn)件校準(zhǔn)誤差、測(cè)量方法誤差 (內(nèi)徑千分尺由于自重產(chǎn)生彈性變形,外加所測(cè)尺寸有一定撓度的曲線水平等因素)、由于測(cè)試人員疲勞或缺乏訓(xùn)練導(dǎo)致的人工誤差等。

如圖5所示,上述兩種人工測(cè)量方法都很難準(zhǔn)確找到穿孔的中心,無法進(jìn)行準(zhǔn)確的孔距測(cè)量。即便通過測(cè)量相鄰打孔邊到邊的距離進(jìn)行替代,也很難找到切線平行的正確切點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

圖5 使用游標(biāo)卡尺進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量

2.2 小孔成像測(cè)量

與利用小孔成像原理進(jìn)行單目測(cè)距類似,使用小孔成像原理也可以對(duì)孔徑進(jìn)行測(cè)量 (圖6)。式(5)中:?=被測(cè)孔直徑,H=成像高度,F=被測(cè)穿孔到小孔的距離,D=小孔到成像的距離。

圖6 小孔成像測(cè)量的示意

還有利用基于圓孔的夫瑯禾費(fèi)衍射原理,對(duì)經(jīng)過圓孔的激光衍射在接收屏上的環(huán)形條紋進(jìn)行測(cè)量的方法。此方法需要銀幕穿孔與接收屏完全平行,且只能測(cè)量單孔,直接測(cè)量銀幕會(huì)導(dǎo)致多孔成像的重疊和干擾,故不適合進(jìn)行電影銀幕穿孔測(cè)量,在此并不展開討論。

2.3 數(shù)碼照相機(jī)測(cè)量

與使用小孔成像原理測(cè)量孔徑類似,使用數(shù)碼相機(jī)測(cè)量孔徑依然存在鏡頭光學(xué)畸變、物距與像距的關(guān)系復(fù)雜、測(cè)量孔徑過小時(shí)出現(xiàn)衍射等問題。成像后的測(cè)量和統(tǒng)計(jì)人為因素較大,測(cè)量不確定度高,在多穿孔銀幕上基本不具備應(yīng)用可能。

2.4 電子顯微鏡測(cè)量

工業(yè)電子顯微鏡也可以用來測(cè)量電影銀幕孔徑,精度較高。但由于電影銀幕生產(chǎn)中質(zhì)量控制存在公差,每個(gè)銀幕穿孔的孔徑均不相同,且由于銀幕為具有彈性的柔性材質(zhì),因此在測(cè)量固定時(shí)存在較大誤差。由于以上原因的存在,對(duì)單一孔徑的測(cè)量置信度很低,電子顯微鏡測(cè)量銀幕的使用價(jià)值一般。

2.5 工業(yè)微孔測(cè)量儀

工業(yè)微孔測(cè)量儀擁有納米級(jí)的客觀檢測(cè)精度,但主要為硬質(zhì)鉆孔設(shè)計(jì),對(duì)柔性材質(zhì)的銀幕穿孔不適用,且儀器設(shè)備成本和維護(hù)校準(zhǔn)成本高。

2.6 基于高分辨率掃描儀的銀幕打孔測(cè)量

2.6.1 高分辨率掃描的精度

掃描儀DPI分辨率是測(cè)量長度的關(guān)鍵設(shè)置,DPI(Dot Per Inch)即每英寸的像素點(diǎn)數(shù)。由此我們便可計(jì)算出掃描后圖像中每個(gè)像素的長度 (Pixel Lengt h),如式 (6)所示。

以下為各種常見掃描儀在不同DPI下的測(cè)量精度:

(1)300DPI

當(dāng)掃描儀的分辨率為300DPI時(shí),掃描儀的精度為25.4 mm/300=0.08467 mm,即每個(gè)像素的長度為0.08467 mm。

(2)600DPI

當(dāng)掃描儀的分辨率為600DPI時(shí),掃描儀的精度為25.4 mm/600=0.04233 mm,即每個(gè)像素的長度為0.04233 mm。

(3)6400DPI

當(dāng)掃描儀的分辨率為6400DPI時(shí),掃描儀的精度為25.4 mm/6400=0.00396875 mm,即每個(gè)像素的長度為0.00396875 mm。

(4)12800DPI

當(dāng)掃描儀的分辨率為12800DPI時(shí),掃描儀的精度為25.4 mm/12800=0.001984375 mm,即每個(gè)像素的長度為0.001984375 mm。

作為對(duì)比,目前檢測(cè)使用的千分尺的理論精度為0.01 mm。

2.6.2 掃描儀誤差分析

根據(jù)張全法等人的研究,掃描儀的掃描誤差主要為幾何誤差,它主要受到掃描時(shí)間、檢材放置位置、掃描分辨率等因素的影響。高分辨率數(shù)字掃描儀在通電20分鐘后,其總體掃描誤差在±0.2%以內(nèi)。

2.6.3 基于高分辨率掃描儀的柔性銀幕微孔測(cè)量優(yōu)勢(shì)

理想的電影銀幕穿孔檢測(cè)方法和裝置應(yīng)具有以下特征:(1)測(cè)量時(shí)應(yīng)盡量減少與孔直接接觸,避免圓孔發(fā)生形變,也能保護(hù)樣品不易受損。(2)測(cè)量的人為干預(yù)應(yīng)盡量少,自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)計(jì)算可有效減少誤差,也能降低人員培訓(xùn)的難度。(3)測(cè)量精度需求高,最好能保證微米級(jí)的測(cè)量精度。(4)測(cè)量的采樣數(shù)量應(yīng)盡量多,使用測(cè)量結(jié)果的均值代替隨機(jī)測(cè)量值,把樣品制造公差影響降到最低。

本文研發(fā)的基于高分辨率掃描儀的柔性銀幕微孔測(cè)量軟件實(shí)現(xiàn)成本低,只需平板掃描儀和普通計(jì)算機(jī)即可實(shí)現(xiàn),通過使用600DPI的普通辦公掃描設(shè)備可達(dá)到甚至超過人工測(cè)量的精度,使用普通高分辨率照片掃描儀即可達(dá)到微米級(jí)測(cè)量精度。該測(cè)量方法人為因素很小,僅在檢材掃描放置和測(cè)量參數(shù)設(shè)置上存在人為不確定因素。使用高分辨率掃描儀掃描待測(cè)檢材時(shí),柔性銀幕被牢固地壓實(shí)在掃描光學(xué)玻璃上,有效避免了銀幕穿孔的形變；掃描精度高,在掃描分辨率12800DPI時(shí)測(cè)量精度為0.002 mm,足夠滿足微孔銀幕甚至 “終極銀幕”類次世代銀幕孔徑的測(cè)量要求；該測(cè)量方法基于圖像識(shí)別技術(shù),每次可同時(shí)測(cè)量幾十、幾百個(gè)銀幕穿孔,采樣數(shù)量多、速度快,測(cè)量結(jié)果不易受樣本中個(gè)別孔制作不標(biāo)準(zhǔn)情況的影響。該測(cè)量方案的總體測(cè)量不確定度不到2.1%(不確定度計(jì)算詳見4)。

3 基于圖像識(shí)別技術(shù)的微孔自動(dòng)測(cè)量和統(tǒng)計(jì)

3.1 圖形識(shí)別算法研究

3.1.1 霍夫圓變換

霍夫圓變換的基本原理和霍夫線變換類似,只是點(diǎn)對(duì)應(yīng)的二維極徑極角空間被三維的圓心點(diǎn)極坐標(biāo)x、y還有半徑r的空間所代替。

一條直線可以由參數(shù)極徑極角(r,θ)表示,而圓的表示通常至少需要三個(gè)參數(shù),在原圖像邊緣任意點(diǎn),對(duì)應(yīng)的經(jīng)過這個(gè)點(diǎn)的所有可能的圓形,在三維空間中是由下面這三個(gè)參數(shù)來表示的,其對(duì)應(yīng)一條三維空間中的曲線。與二維的霍夫線變換同理,對(duì)于多個(gè)邊緣點(diǎn)而言,越多這樣的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三維空間曲線交于同一點(diǎn),那么它們經(jīng)過的共同圓上的點(diǎn)就越多,我們也就能用同樣閾值的方法來判斷一個(gè)圓形是否被檢測(cè)到,這就是標(biāo)準(zhǔn)霍夫圓變換的原理。但由于在三維空間計(jì)算量大大增加的原因,標(biāo)準(zhǔn)霍夫圓變換很少被應(yīng)用到實(shí)際中。

C:（x,y,r） 這 里 的（ x,y）表示圓心的位置 (圖7中的綠點(diǎn)),r表示半徑,如此我們就唯一定義了一個(gè)圓形。

圖7 識(shí)別圓的要素

出于運(yùn)算效率考慮,本文利用Open CV實(shí)現(xiàn)的是一種比標(biāo)準(zhǔn)霍夫圓變換更為靈活的識(shí)別方法——霍夫梯度法,又稱2-1霍夫變換 (21 HT)。其原理是:圓的圓心一定在圓上每個(gè)點(diǎn)的模向量之上,這些圓上點(diǎn)模向量的交點(diǎn)就是圓的圓心。霍夫梯度法的第一步是找到這些圓心,好讓三維累加平面轉(zhuǎn)化為二維累加平面。第二步則是根據(jù)所有候選中心的邊緣非0像素,對(duì)它的支持程度來確定圓的半徑?；舴蛱荻确ㄗ钤缭贗llingworth的論文 《The Adaptive Hough Transf or m》中提出并詳細(xì)描述,讀者也可參照Yuen在1990年發(fā)表的 《A Co mparative St udy of Hough Transf or m Met hods f or Circle Finding》進(jìn)行了解,Bradski的著作 《學(xué)習(xí)Open CV》一書則對(duì)Open CV中具體算法實(shí)現(xiàn)以及霍夫梯度法的局限性有更為詳細(xì)的論述。

3.1.2 Canny邊緣檢測(cè)

Canny邊緣檢測(cè)算法是John F.Canny在1986年開發(fā)的一種多級(jí)邊緣檢測(cè)算法,它也是目前公認(rèn)的邊緣檢測(cè)最優(yōu)算法之一。邊緣檢測(cè)的三個(gè)主要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括:

(1)低錯(cuò)誤率

要求算法能夠標(biāo)識(shí)出盡可能多的實(shí)際邊緣,同時(shí)還應(yīng)能盡量減少由圖像噪聲產(chǎn)生的識(shí)別誤報(bào)。

(2)高定位率

要求算法識(shí)別出的邊緣與圖像中的實(shí)際邊緣盡量接近。

(3)最小響應(yīng)

要求圖像中的邊緣不能被識(shí)別標(biāo)識(shí)一次以上。

Canny邊緣檢測(cè)算法主要包括圖像降噪、計(jì)算梯度幅值和方向 (使用Sobel算子)、非極大值抑制和滯后閾值判斷四個(gè)主要步驟,本文中不再進(jìn)行展開論述。

3.2 銀幕穿孔測(cè)量的程序?qū)崿F(xiàn)

本文研發(fā)的 “TIFTQ_電影銀幕穿孔測(cè)量軟件”主要包括檢材掃描文件獲取模塊、圖像識(shí)別模塊和統(tǒng)計(jì)計(jì)算模塊三部分 (圖8)。

圖8 測(cè)量軟件運(yùn)行流程

此三個(gè)模塊共包含以下七個(gè)步驟 (圖9):

圖9 測(cè)量軟件功能模塊

(1)步驟S101:獲取待檢測(cè)穿孔電影銀幕樣本圖像文件。

所述待檢測(cè)銀幕穿孔樣本文件是指需要進(jìn)行銀幕穿孔檢測(cè)的圖像文件,所述待檢測(cè)銀幕穿孔樣本文件是客戶端上傳的圖像文件,該圖像文件需要使用已知DPI的光學(xué)掃描儀進(jìn)行獲取。為提高銀幕孔徑測(cè)量精度,可以在輸入前進(jìn)行必要的旋轉(zhuǎn)或清理處理。

(2)步驟S102:處理識(shí)別模塊,將所述待測(cè)穿孔銀幕的樣本圖像輸入降噪模塊進(jìn)行去噪聲處理,提高后續(xù)穿孔測(cè)量的精度。

在上述獲得所述待檢測(cè)銀幕穿孔樣本文件的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步將需要對(duì)所述待檢測(cè)銀幕穿孔樣本文件進(jìn)行處理,從而提高后續(xù)穿孔測(cè)量的精度。

其中第一個(gè)處理是對(duì)所述待檢測(cè)銀幕穿孔樣本文件進(jìn)行圖像平滑處理。圖像平滑處理可以有效地對(duì)圖像進(jìn)行降噪,適當(dāng)?shù)膱D像降噪平滑處理能夠減少后續(xù)圖像識(shí)別中的誤差,從而有效提高基于圖像識(shí)別的測(cè)量精度。本軟件選用高斯濾波器 (Gaussian Filter)進(jìn)行圖像平滑處理,本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以根據(jù)實(shí)際需求換用中值濾波器 (Median Filter)等其它類型的圖像平滑方法進(jìn)行此步驟。

高斯濾波器是圖像處理最常用的濾波器之一。高斯濾波是將輸入數(shù)組的每個(gè)像素點(diǎn)與高斯核進(jìn)行卷積處理,并將卷積和作為輸出像素的值。本軟件使用二維高斯濾波對(duì)所輸入的待檢測(cè)銀幕穿孔圖像進(jìn)行平滑處理,x軸與y軸的高斯核大小設(shè)定像素本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置,并不做具體限定,通常推薦值為1～10,在參數(shù)超出合理范圍時(shí)將不顯示測(cè)試結(jié)果。

(3)步驟S103:將平滑去噪聲處理后的待測(cè)穿孔銀幕的樣本圖像輸入灰度化模塊進(jìn)行去灰度化處理,為后續(xù)檢測(cè)邊緣做準(zhǔn)備。

在上述獲得待檢測(cè)銀幕穿孔樣本文件對(duì)應(yīng)的平滑降噪處理后的圖像基礎(chǔ)上,為滿足下一步進(jìn)行圖像邊緣識(shí)別的需要,需將圖像文件進(jìn)行灰度化處理。

本實(shí)例使用的灰度化函數(shù)是GRAY=B×0.114+G×0.587+R×0.299,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)人眼對(duì)不同顏色的敏感程度以及實(shí)際需求設(shè)置,并不做具體限定?；叶然Ч膬?yōu)劣對(duì)本軟件的圖像識(shí)別率影響不大。

(4)步驟S104:將去噪聲和灰度化處理后的待測(cè)穿孔銀幕的樣本圖像,輸入邊緣識(shí)別模塊進(jìn)行邊緣識(shí)別處理,為識(shí)別銀幕穿孔做準(zhǔn)備。

本軟件使用Canny算法對(duì)上述獲得待檢測(cè)銀幕穿孔樣本文件對(duì)應(yīng)的平滑降噪和灰度化處理后的圖像進(jìn)行邊緣提取。Canny算法需要的參數(shù)主要有三個(gè):Sobel算子的內(nèi)核大小、用來控制邊緣連接的閾值1和用來控制強(qiáng)邊緣初始分割的閾值2。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,并不做具體限定。

(5)步驟S105:將邊緣識(shí)別處理的待測(cè)穿孔銀幕的樣本圖像輸入圓變換模塊進(jìn)行圓孔識(shí)別,并得到圓孔的半徑、圓心位置等數(shù)據(jù)。

將上述獲得的邊緣識(shí)別后的待檢測(cè)銀幕穿孔樣本圖像文件輸入圖像圓形識(shí)別模塊。本實(shí)例使用霍夫圓變換Hough Circles()函數(shù)進(jìn)行圖像識(shí)別?；舴驁A變換算法需要的參數(shù)主要有四個(gè):識(shí)別圓的半徑最短間隔、識(shí)別圓心累加閾值、識(shí)別圓的最短半徑和最長半徑,其中識(shí)別圓心累加閾值越大,要求識(shí)別的圓形越完美。

將通過霍夫圓變換從S105步驟中得到的圖像中識(shí)別出上述待測(cè)穿孔銀幕圖像中的每個(gè)圓孔的圓心坐標(biāo)、圓孔半徑及所識(shí)別出的圓孔數(shù)量儲(chǔ)存在數(shù)組中供后續(xù)計(jì)算使用。關(guān)于霍夫圓變換算法的實(shí)現(xiàn)原理詳見3.1.1章節(jié)。

(6)步驟S106:根據(jù)圓孔識(shí)別得到的圓孔半徑、位置等數(shù)據(jù)和樣本掃描設(shè)定的DPI分辨率計(jì)算出所需的圓孔平均直徑,平均橫向孔距和平均縱向孔距。

進(jìn)而使用獲取樣本掃描時(shí)的已知DPI計(jì)算得到上述待檢測(cè)銀幕穿孔樣本圖像文件中每個(gè)像素的長度:

根據(jù)上述使用圓形圖像識(shí)別得到的圓孔半徑數(shù)組和圓孔數(shù)量通過計(jì)算得到待測(cè)銀幕穿孔樣本中圓形穿孔的平均半徑:

從而得到圓孔的平均直徑:

根據(jù)上述識(shí)別出的每個(gè)圓孔的坐標(biāo)依次相減,分別算得橫向簇間距和縱向簇間距,并計(jì)算其平均值。電影熒幕的穿孔排列分為菱形排列和矩形排列兩種,如圖10、11所示,在菱形排列的電影銀幕上,橫、縱向孔距為2倍橫、縱向簇間距。在矩形排列的電影銀幕上,橫、縱向孔距即為橫、縱向簇間距。其中橫向孔間距通過圖像識(shí)別得到的n個(gè)圓孔的相鄰圓心橫坐標(biāo)之差計(jì)算得到:

圖10 使用6400DPI掃描測(cè)量傳統(tǒng)打孔銀幕

縱向孔間距通過圖像識(shí)別得到的n個(gè)圓孔的相鄰圓心縱坐標(biāo)之差計(jì)算得到:

(7)步驟S107:根據(jù)計(jì)算得出圓孔平均直徑、橫向孔距和縱向孔距。計(jì)算得到電影銀幕檢測(cè)所需的打孔面積百分比。

最后,根據(jù)上述步驟得到的銀幕平均穿孔直徑d、平均橫向孔距l(xiāng)和縱向平均孔徑h,使用第一章提到的交錯(cuò)排列和非交錯(cuò)排列打孔面積占比公式,即可得到待測(cè)銀幕穿孔的平均穿孔面積占比。

圖10為通過本軟件以6400DPI掃描分辨率測(cè)量交錯(cuò)排列傳統(tǒng)打孔銀幕的實(shí)例,圖11為通過本軟件以12800DPI掃描分辨率測(cè)量非交錯(cuò)排列新型微孔銀幕的實(shí)例。

圖11 使用12800DPI掃描測(cè)量微孔銀幕

4 基于圖像識(shí)別技術(shù)微孔自動(dòng)測(cè)量技術(shù)的不確定性分析

傳統(tǒng)測(cè)量中的不確定性主要包括A類不確定性和B類不確定性:A類不確定性通常為觀測(cè) (測(cè)量)不確定性；B類不確定性通常為儀器誤差。本文介紹的基于圖像識(shí)別技術(shù)的銀幕穿孔測(cè)量的不確定度主要包括A類分量和B類分量。A類分量包括測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差、算法模型不確定度、參數(shù)不確定度；B類分量包括高分辨率掃描儀掃描誤差。

4.1 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差

使用測(cè)量程序在確保未出現(xiàn)識(shí)別錯(cuò)誤的情況下,在6400 DPI設(shè)置下共測(cè)量到27個(gè)銀幕穿孔的孔徑值,將27個(gè)不同測(cè)量結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差不確定度計(jì)算得出:

(5)取置信度P=95%,n=27,查表得tp=1.967,則?的A類標(biāo)準(zhǔn)差不確定度為:

得到6400DPI下的A類標(biāo)準(zhǔn)差不確定度U0=0.007221 mm,同理測(cè)得12800DPI下的A 類 標(biāo) 準(zhǔn) 差 不 確 定 度 U（）=0.003818 mm。

4.2 算法模型不確定度

通過多次實(shí)驗(yàn),在相同參數(shù)下對(duì)同一檢材進(jìn)行孔徑測(cè)量,本程序的結(jié)果無變化,因此總體算法模型的標(biāo)準(zhǔn)差為0,擬不計(jì)入總不確定度計(jì)算。

4.3 參數(shù)不確定度

本程序具備識(shí)別預(yù)覽功能。經(jīng)測(cè)試,在確保未出現(xiàn)識(shí)別錯(cuò)誤的情況下,輸入?yún)?shù)中僅 “降噪?yún)?shù)”(高斯模糊的像素值)會(huì)影響圓孔邊界識(shí)別和最終測(cè)量結(jié)果。在6400DPI下輸入10個(gè)不同的測(cè)量降噪?yún)?shù)進(jìn)行測(cè)量,將10個(gè)不同測(cè)量結(jié)果進(jìn)行參數(shù)不確定度計(jì)算得出:

(5)取置信度P=95%,n=10,查表得tp=2.26則?的A類不確定度為:

得到6400DPI下的參數(shù)不確定度U=0.001205 mm,同理測(cè)得12800DPI下的參數(shù)不確定度 U=0.000301 mm。

4.4 高分辨率掃描儀掃描不確定度

4.5 孔徑測(cè)量總不確定度

即:6400DPI下的總不確定度為0.007643 mm,12800DPI下的總不確定度為0.003846 mm。

測(cè)量值?的結(jié)果表示為置信度P=95%,

當(dāng)掃描儀的分辨率設(shè)置為6400 DPI時(shí):

當(dāng)掃描儀的分辨率設(shè)置為12800DPI時(shí):

由此可知,該測(cè)量系統(tǒng)在6400 DPI設(shè)置下的測(cè)量不確定度為0.7%,在12800DPI設(shè)置下的測(cè)量不確定度為2.1%。

5 小結(jié)

本文利用高分辨率圖像掃描儀和圖像識(shí)別算法,初步實(shí)現(xiàn)了微孔柔性電影銀幕的高精度自動(dòng)測(cè)量,有效提高了電影銀幕孔徑的測(cè)量精度和測(cè)量效率。在進(jìn)一步驗(yàn)證后,該檢測(cè)方法擬投入到實(shí)際的檢測(cè)工作中。電影工業(yè)、電影設(shè)備的創(chuàng)新和變革離不開電影技術(shù)質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展,隨著圖像識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,電影質(zhì)檢技術(shù)勢(shì)必迎來新的春天。