[发明专利]一种复杂环境下的布面定位方法

权利要求书

1.一种复杂环境下的布面定位算法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，通过搭建的平台获取织布机实时布匹信息；

步骤2，采用高斯滤波，消除噪声影响；

步骤3，设计新的最大漫反射色度估计公式，消除不规范光照引起的高光问题；

步骤4，提取布匹边缘信息，获取光流场，改进光流不稳定问题，提出新的多帧光流融合算法，结合边缘信息和光流场信息实现布面的运动判断以及准确定位；

所述步骤3具体步骤为：

步骤3.1：根据反射模型定理，物体的反射光线可以用漫反射和镜面反射分量表示：

L(P)＝w_d(P)D(P)+w_s(P)S(P) (1)

其中，L＝{L_r,L_g,L_b}是图像的颜色分量；P＝{i,j}表示图像的一个像素点；D(P)代表当前像素的漫反射分量，S(P)代表镜面反射分量；w_d表示当前像素的漫反射权重系数，w_s表示镜面反射权重，这两个值由当前像素点的空间位置决定；

则根据色度的定义公式：

其中，σ(P)是颜色分量色度，λ(P)是漫反射色度，γ(P)是镜面反射色度，根据最大色度定义公式：

其中σ_r(P),σ_g(P),σ_b(P)分别为三个通道的颜色分量色度；

定义分别为λ(P)以及γ(P)的最大值，根据漫反射分量求解公式可得：

步骤3.2，设计新的最大漫反射色度估计为：

令σ_min＝min{σ_r,σ_g,σ_b}；

定义新的变量ξ_c估计漫反射色度λ_c：

其中，α是一个超参数，其取值范围为因此，新的漫反射色度的估计值为：

利用求得的最大漫反射色度来表示漫反射分量，ξ_r,ξ_g,ξ_b为RGB三通道的值，通过双色反射模型变换，即可分离镜面反射分量；即将RGB图片用球坐标系表示，在球坐标系内计算色度点和像素点的距离，将之分类，从而能够消除漫反射系数的影响，去除镜面反射；

所述步骤4中提取布匹边缘信息的步骤是：

步骤4.1，对采集到的图像提取Sobel边缘信息，Sobel卷积因子为：

步骤4.2，Sobel卷积因子包含两组3x3的矩阵，分别为横向及纵向，将之与图像作平面卷积，即可分别得出横向及纵向的亮度差分近似值，如果以f代表原始图像，Gx及Gy分别代表经横向及纵向边缘检测的图像灰度值，其公式如下：

其中f(i,j)表示图像(i,j)点的灰度值；

步骤4.3，图像的每一个像素的横向及纵向灰度值通过以下公式结合，来计算该点灰度的大小：

所述步骤4中提出新的多帧光流融合算法，结合边缘信息和光流场信息实现布面的运动判断以及准确定位的具体方法为：

步骤4.4，假设原图为f(i,j,t)，运动后的图像为表示位移和时移，则两者满足：

进一步可以得到：

记：

写成矩阵形式有：

假设某一个窗口内的像素具有相同的运动，假设窗口大小为w*w，则有w²个像素，所以共有w²个方程：

则方程可变为：

这是一个超定线性方程，采用最小二乘法：

即可得到光流矢量U＝[u v]^T；

假设原图为f_k(i,j)，后两帧图像为对连续三帧进行处理，分别求得三帧之间的光流矢量：

分别表示第k+2帧与第k+1帧,第k+1帧与第k帧，第k+2帧与第k帧的光流矢量差量；

则新的光流矢量可以定义为:

U_ct＝c₁U₂+c₂(U₁-U₀) (19)

其中c₁+c₂＝1,采用连续三帧提取光流信息，并通过融合，可以消除多余阴影，同时能够强化光流场；

步骤4.5，将光流场与边缘信息映射到二值图上，采用最大连通域准确定位布面信息，具体方法为：

根据布匹运动方向，提取U_ct运动方向光流场V_y(u,v),根据公式H(u,v)：

将运动信息映射到二值图上，假设检测的边缘二值图为S(u,v),对其进行膨胀运算，强化边缘信息，根据公式求取布面二值图：

获得新的布面二值图MCD(u,v),对MCD寻找最大连通域，主要方法为：找到所有外轮廓及与之对应的内轮廓，并给轮廓上的点标上标号；遍历标记的图像，如果这个点在原来二值图像上为白色点，且在标记图像上没有标记过，则给它一个标号且等于它左边点的标号，从而找到并标记所有的轮廓，根据最大连通域获得布面范围。

2.根据权利要求1所述的一种复杂环境下的布面定位算法，其特征在于，所述步骤1中的平台采用的是1280×720工业单目相机，高速线扫描成像系统基于树莓派。