[发明专利]一种基于扫描振镜的立体字符图像采集及处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于扫描振镜的立体字符图像采集及处理方法。

背景技术

无色差立体字符在工业生产和物流领域应用广泛，这类字符的突出特点是“无色差”、“立体”。字符与背景同颜色，但字符与背景的高度不同，属于立体字符。图1是一个在钢材上广泛应用的立体字符实例。

由于字符与背景同颜色，直接用相机采集字符图像效果不理想，字符识别效果差，为此，公开号为：CN102222224A（一种无色差立体标识字符图像采集方法）的中国发明专利公开了一种立体字符图像采集方法，有效解决了无色差立体字符的图像采集问题，图2是其系统原理图，可见，为了实现对多行字符的扫描，其需要采用一维移动装置（图中6所示），带动立体字符（图中3所示）进行一维移动，这样不仅系统较复杂、体积大，且扫描速度慢，在工程应用中实现较难。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提出了一种新的实现方案：一种基于扫描振镜的立体字符图像采集及处理方法，本发明的方案将激光扫描振镜用于立体字符的图像采集，不采用移动装置、不需要一维移动装置就可以实现快速、大范围的立体字符图像采集，更易于实现工程应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于扫描振镜的立体字符图像采集及处理方法，步骤如下：

（1）图像采集：

通过激光扫描振镜将单线激光器发射的激光光条分时反射到立体字符表面，再用相机采集畸变的光条图像，然后再将光条的畸变信息转换为字符的灰度信息，得到字符的灰度图像。

图3所示为图像采集的原理图，部件2是单线激光器，它可以投射出线宽为100um左右的单线激光光条；激光光条通过偏振片（部件3）后投射在反射镜（部件5）上，反射镜由扫描振镜（部件4）带动旋转，激光光条被分时反射到立体字符（部件8）的不同截面上，控制相机（部件1）拍摄下多幅不同截面的激光光条图像，由于激光光条会被高出字符载体（部件9）的立体字符（部件8）所调制，激光光条会发生畸变，且畸变量和字符高度有关。因此，只要将光条的畸变信息变为图像的灰度信息就可以得到立体字符的灰度图像。图中部件6显示了扫描振镜在不同旋转角度下的光平面图像，以及投射到立体字符（部件8）表面的光条图像。可见，只需控制扫描振镜（部件4）转动就可以实现多行字符的扫描。而不需要专门的移动机构带动立体字符（部件8）运动就可以实现多行扫描。

（2）图像处理：

为使光条能准确的从背景中提取出来，需要对光条进行图像处理，本发明采用了一种基于二阶梯度图的方案实现激光光条从背景的提取：即先对上述得到的畸变光条的灰度图像进行高斯滤波，然后再进行二阶梯度运算，得到光条原始图像（原始图像就是指上述得到的畸变光条的灰度图像）的二阶梯度图，在二阶梯度图上将光条从背景中分离出来；高斯函数的尺度因子σ的取值在3.5~4.5之间；

（3）光条畸变量的误差补偿：

在步骤(1)的图像采集方案中，对应于不同的激光平面，相同的立体字符高度得到的光条畸变量并不相同。如图4为激光平面（部件6）与参考平面（部件10）的夹角分别为θ₁＝55°和θ_N＝40°时，同样的字符高度(H=0.4mm)得到的畸变光条图像。可见，其畸变量差别是比较大的，为使同样高度的字符产生相同的畸变量。需要对光条畸变量进行误差补偿，其补偿方法为：

Δx′_i＝Δx_i+Δx_iN；

其中，Δx′_i是补偿后的畸变量；Δx_i是补偿前的畸变量；Δx_iN是激光平面θ_i和激光平面θ_N＝40°对应的畸变量之间的差值。

（4）将激光光条的畸变量转换为字符的灰度值：

对在不同激光平面处得到的畸变光条图像，提取其光条中心并采用步骤（3）进行偏移量补偿后，采用专门设计的畸变量-灰度转换函数进行灰度转换。

本发明的特点如下：

1．本发明提出的基于扫描振镜的立体字符图像采集及处理实现方法，不需要立体字符和激光器及相机之间相对移动就可以实现大范围的图像采集，既简化了系统结构，又提高了扫描速度，易于实现工程应用。

2．本发明设计的基于二阶梯度图的图像处理方法可以有效消除图像背景干扰，将光条从背景中精确地提取出来。