[发明专利]基于单幅显微图像的腐蚀坑三维信息测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理和计算机视觉领域，尤其涉及一种基于单幅显微照片的腐蚀坑深度、面积及体积估计的方法。并将该技术应用于微小深度的金属板材表面的腐蚀坑深度(深度小于5mm)、面积及体积测量。

背景技术

本发明属于一种单目深度估计方法，目前已有的单目深度估计方法主要有：基于几何光学的方法、基于几何透视的方法以及利用机器学习和贝叶斯推断方法进行的单目三维重建方法。基于几何光学的方法包括聚焦法和散焦法。聚焦法是在焦距可调的情况下，使图像中的目标点精确聚焦，根据透镜成像原理求得该点相对于相机的距离，该方法的硬件昂贵、不易实现，而且聚焦定位不准会带来误差。散焦法是根据模糊程度计算图像中各点相对于相机的距离，但是如何准确建立散焦模型是主要的难点。几何透视方法是利用透视成像中的几何约束关系确定目标对象的空间三维信息。利用机器学习和贝叶斯推断方法进行的单目三维重建方法利用多种深度线索和图像特征，通过训练和学习的方法得到待测图像的深度图，但这种方法需要采集训练数据，建立样本库，计算的性能也需进一步提高。总之，目前的单目视觉深度估计方法存在自身的局限性，这些问题还没有得到很好的解决。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种基于单幅显微图像的腐蚀坑三维信息(深度、面积及体积估计)测量方法。本发明只需拍摄一幅腐蚀坑的图片即可以对腐蚀坑的深度、面积及体积等三维参数做出估计。

本发明原理

使用显微摄像头拍摄腐蚀坑图像时，控制显微摄像头与测量平面的距离，使显微摄像头的焦平面恰好在测量平面。对于有腐蚀坑的区域，由于腐蚀坑深度的不同，图像的清晰程度也随之变化，通过分析被测腐蚀坑显微图像不同区域的清晰程度就可以得出腐蚀坑不同区域的深度值。这就是本发明提出的基础。

使用显微摄像头拍摄腐蚀坑图像后，把图像平均分割为n×n个面积相同的区域，其中每个区域的面积s可以计算出来。分析不同区域的清晰程度可以估计出该区域的深度d_i，对于包含腐蚀坑的区域d_i＞0，不包含腐蚀坑的区域d_i＝0，分析各个区域的深度值d_i，将最大值作为腐蚀坑的深度D、统计d_i＞0的区域的个数k，这样得到腐蚀坑的面积近似值S＝ks；然后把每一区域的深度值d_i乘以区域的面积值s，得到这一区域腐蚀坑的近似体积sd_i，最终将不同区域的体积值相加得到腐蚀坑的体积值即把腐蚀坑近似为由多个底面积相同的、高度不同的立方体的叠加。这样就可以得到腐蚀坑的深度D、面积S、体积V。

本发明提供的基于单幅显微图像的腐蚀坑三维信息测量方法包括：

第1、系统标定，用显微摄像头拍摄一个面积s_标定已知的标定物，计算标定物图像的像素数m，则系统的像素当量ε＝s_标定/m，即一个像素所对应的面积；

第2、图像采集，用显微摄像头拍摄被测腐蚀坑的图像，腐蚀坑显微图像的尺寸为M×N像素；

第3、图像分割，将采集到的被测腐蚀坑的显微图像分割为n×n个面积相等的区域，每个区域的尺寸都为像素，则每个区域的面积为其中n的取值范围为10～100之间的整数，n与测量精度有关，n取值越大，测量结果越准确，可以根据测量精度的需要选择合适的n值；

第4、计算分割后每一区域的深度估计函数，通过深度估计函数估计出每一区域的深度值d_i，i＝1，2，3…n²，对于包含有腐蚀坑的区域d_i＞0，不包含腐蚀坑的区域d_i＝0；

第5、分析比较第4步得到的各个区域的深度值，将最大值作为腐蚀坑的深度D，并统计d_i＞0的区域的个数k，则腐蚀坑面积S近似为S＝ks，式中s为图像分割后每一个区域的面积；