[发明专利]基于光条截面能量分布唯一性的光条中心亚像素提取方法

摘要

本发明基于光条截面能量分布唯一性的光条中心亚像素提取方法属于计算机视觉检测以及图像检测领域，涉及用于高温热辐射环境下的双目视觉测量系统中激光光条中心提取方法。该方法首先对含有特征光条的图像进行预处理，然后采用多阶高斯模型描述激光光条截面灰度分布形式，利用k阶高斯模型对起始行光条截面分布特征点进行参数拟合，利用光条截面分布规律具有不变性对各行截面中心点坐标进行提取。该方法利用光条截面能量分布具有唯一性这一特点，提出了以多阶高斯函数的期望值作为光条中心提取结果的判据，通过对不同类型热态锻件特征光条中心提取实验验证提取方法的精度与鲁棒性，实现了光条截面中心亚像素快速、精确提取。

主权项

1.一种基于光条截面能量分布唯一性的光条中心亚像素提取方法，其特征在于，提取方法首先对含有特征光条的图像进行预处理，采用高斯滤波结合中值滤波对锻件图像进行滤波；然后采用多阶高斯模型描述激光光条截面灰度分布形式，利用多阶高斯模型对起始行及各光条截面分布特征点进行参数拟合，利用光条截面分布规律具有不变性对各行截面中心点坐标进行提取；光条中心点坐标具体提取流程如下：步骤1对含有特征光条的图像进行预处理，首先对含有特征光条的图像进行预处理，高斯滤波结合中值滤波对锻件图像进行滤波，去除特征光条光条中包含的椒盐噪声、高斯白噪声及随机噪声，还原图像中光条原始特征信息；步骤2确定光条截面分布高斯函数和高斯模型阶数采用两个半导体激光管发光，当两个激光管发生干涉时，形成光场强度叠加，即会产生新的光场分布形式；半导体激光的双光束干涉光强由下式表示：其中，I₁＝|E₁|²，I₂＝|E₂|²，E₁和E₂是单点半导体发光元产生的光场，因此它们的光强I₁、I₂均服从高斯分布；γ(τ)为部分相干度，|γ(τ)|≤1，τ是光程差引起的时间差；|γ(τ)|＝1时，两个光源完全相干；γ(τ)＝0时，两个光源完全不相干；0<|γ(τ)|<1时，两个光源部分相干；采用多阶高斯模型描述激光光条截面灰度分布形式，多阶高斯函数F(x)：其中，参数ai为函数峰值灰度，对应图像中实际代表的是每个高斯核函数峰值灰度的大小，bi为高斯核函数的期望，此处代表着每个独立高斯光源的中心坐标值，ci为标准差，此处代表对应高斯核函数所占宽度，k为高斯模型阶数，k＝1,2,3；首先通过截面参数拟合确定多阶高斯中心提取模型F(x)的阶数；步骤3确定出光条区域初始点坐标a和光条总行数m将光条特征区域图像V向像素坐标升序排列，在滤波后的光条图像中均匀选择光条行数，确定出光条区域初始点坐标a和光条总行数m；步骤4由函数F(x)对起始行灰度分布进行参数拟合，求取起始行光条中心点亚像素坐标首先通过截面参数拟合确定多阶高斯中心提取模型F(x)的阶数；用确定阶数后的F(x)函数对激光光条起始行的截面分布灰度点进行数据拟合，从而求得起始行光条截面中心点坐标；利用公式(2)中k阶高斯模型对起始行光条截面分布特征点进行参数拟合，令k＝1时，单峰光条的灰度分布特性等同于直接用高斯函数进行参数拟合，而对于双峰和三峰激光器的截面分布规律，其分别是由两个或三个高斯光束分别叠加而成，令公式(2)中高斯模型阶数k各取2和3，分别采用二阶高斯函数和三阶高斯函数对相应的光条分布特性曲线进行参数拟合；从而求得公式(2)中各参数，和起始行的光条截面中心点坐标；同时以光条截面分布规律唯一性为约束，且两行之间光条分布规律不会发生显著变化的特点，从第二行开始不再对每一行光条截面灰度分布点列一一进行数据拟合，而是利用下一行的截面分布特征点数据对第一行求得的光条截面函数进行修正，利用修正后的函数求得第二行的光条中心点坐标；以此类推求得整个光条中心点亚像素坐标；步骤5利用光条截面分布规律具有不变性对于除起始行之外的各行截面中心点坐标提取，由n+1行数据，n＝1,2,3.....m求得函数各参数进行修正，利用修正后函数求得第n+1行的光条中心点坐标；利用光条截面能量分布具有唯一性，提出了以多阶高斯函数的期望值作为光条中心提取结果的判据，建立了基于能量分布唯一性的光条中心提取模型，该模型为：其中，k为阶数，需要针对三种不同的光条截面类型事先确定好，δk代表每一个高斯核函数的权值因子，bk为模型中每个高斯核函数的期望，此处代表每一个独立的光源其中心坐标；步骤6判断当前提取中心点是否为光条最后一行，如果不是，重复步骤5，直到整个光条中心点提取完成。