[发明专利]一种三步法结构光直线光条的图像特征提取方法

说明书

技术领域

本发明属于机器视觉技术领域，涉及一种三步法结构光直线光条的图像特征自动提取方法。

背景技术

线结构光视觉测量具有大量程、非接触、速度快、系统柔性好等优点，广泛应用于产品快速设计和加工质量控制、逆向工程以及自动控制等诸多领域。结构光视觉三维测量技术通过向被测对象投射相应模式的结构光，由摄像机拍摄变形光条图像，基于光学三角原理获取物体表面三维信息，已成为解决物体表面形貌测量、空间位置测量、三维运动信息获取等许多在线测量的有效途径。

线结构光传感器的模型参数的标定是线结构光视觉测量的关键和前提，现有的标定方法主要有基于立体靶标或者自由自动平面靶标两种方式，其中投射到立体靶标或者平面靶标上的直线光条图像特征的提取是结构光标定的重要环节。在线结构光视觉测量的工程应用中，往往需要现场在线标定，由于现场环境空间位置的限制以及光照的不确定性，获取的结构光光条图像表现为对比度不均匀、具有一定宽度的细长形状特征，同时图像中包含一些复杂的背景干扰图像特征。魏振忠(魏振忠，张广军，“结构光直光条中心线的鲁棒性自动提取方法”，仪器仪表学报，2004，25(2)：244～247.)等针对存在严重反射的结构光光条图像，提出了一种由腐蚀、细化和最小中值二乘法相结合的结构光直线光条提取方法，该方法只适合图像中无复杂背景的结构光图像。针对具有复杂背景的结构光图像，目前主要采用人工选取部分结构光条的感兴趣区域，结合结构光光条中心线提取和直线最小二乘拟合方法实现直线光条的提取，从而使得操作复杂、效率低，且难以充分利用图像中全部的有效结构光直线光条信息。因此，线结构光直线光条图像特征的自动提取对于简化结构光标定的操作过程，提高结构光视觉测量的现场应用的简便性，进一步拓宽结构光视觉三维测量的工程应用具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种三步法直线光条的图像特征自动提取方法，利用光条中心点的位置连续性，结合直线近似拆分和共线点融合算法，自动提取出复杂背景中的直线光条，提高直线光条提取的自动化程度，充分利用直线光条上所有中心点，为简化线结构光视觉系统的标定过程，提高标定精度和结构光视觉现场应用的简便性奠定基础。

本发明的技术解决方案是：一种三步法直线光条的图像特征自动提取方法，其特征在于，所说的直线光条的图像特征是指直线光条在图像中的参数方程，具体步骤是：

1、采用基于Hessian矩阵的条纹中心提取方法提取图像中的光条中心点的亚像素图像坐标，将获得的光条中心点连接成光条中心线，光条中心线是由光条中心点构成的坐标序列，其长度定义为点的数量；保留长度大于T_l的光条中心线，T_l长度阈值，取值为20～50；用L_ci(i＝1...M_c)表示第i条光条中心线，M_c为光条中心线的数量；第i条光条中心线上的点用p_cjⁱ(x，y)(j＝T_l...N_ci)表示，N_ci为中心线上点的数量；

2、采用直线近似算法，在光条中心线的拐点将步骤1提取出的光条中心线L_ci拆分为近似直线，近似直线是由光条中心点构成的坐标序列，其长度定义为点的数量；保留长度大于T_l的近似直线，T_l与步骤1相同；用L_si(i＝1...M_s)表示拆分后的近似直线，M_s为近似直线的数量；第i条近似直线上的中心点用p_sjⁱ(x，y)(j＝T_l...N_si)表示，N_si为近似直线上点的数量；

3、采用最小二乘直线拟合算法，将步骤2获得的近似直线上的光条中心点拟合成直线，利用拟合直线的角度约束和图像原点到拟合直线的距离约束，进行共线光条中心点融合，图像原点定义为图像左上角；利用融合后的共线光条中心点进行直线拟合，得到直线光条的参数方程；