一种焊接熔池图像轮廓实时提取方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109308705A(43)申请公布日2019.02.05(21)申请号201811130698.3(22)申请日2018.09.27(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人蔡艳王伟成徐晓磊华学明李芳(74)专利代理机构上海旭诚知识产权代理有限公司31220代理人郑立(51)Int.Cl.G06T7/12(2017.01)G06T7/136(2017.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称一种焊接熔池图像轮廓实时提取方法(57)摘要本发明公开了一种焊接熔池图像轮廓实时提取方法，涉及焊接领域，采用高速相机获取焊接过程的连续熔池图像，根据拍摄帧频和熔池流动特性确定参与计算的图像帧数，计算连续图像中每个像素的灰度值变异系数得到变异系数图像，对变异系数图像低通滤波后绘制灰度直方图，对灰度直方图采用峰值右侧直线拟合法确定图像分割阈值，采用图像分割阈值对变异系数图像进行二值化分割，采用差分法提取熔池轮廓。本发明能够辅助高速摄像系统准确获得熔池轮廓，测量精度高、稳定性好，能有效克服成像系统差异和拍摄环境的影响，特别对于熔池与后方半凝固区没有显著色差的材料具有良好的适用性。CN109308705ACN109308705A权利要求书1/2页1.一种焊接熔池图像轮廓实时提取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：在计算机内存中开辟空间，用于存放连续拍摄的熔池图像，预设n值，所述n值为参与计算的所述熔池图像的数量，根据所述熔池图像的尺寸设定判定依据；步骤二：对于首次测量，先进入参数调整过程，启动高速相机连续拍摄焊接熔池得到所述熔池图像，当所述熔池图像的数量达到所述n值后，计算所述熔池图像的每个像素点的变异系数，得到变异系数图像，分别计算n-1幅图像和n幅图像的所述变异系数图像，进行低通滤波，绘制灰度直方图，计算灰度直方图差值；步骤三：当所述灰度直方图差值不满足所述步骤一中的所述判定依据时，所述n值加一；步骤四：重复所述步骤二和所述步骤三，直到满足所述步骤一中的所述判定依据，保留当前所述n值，作为后续的在线检测过程的参数，完成所述参数调整过程；步骤五：进入所述在线检测过程，启动所述高速相机连续拍摄所述焊接熔池，当所述熔池图像的数量达到所述步骤四中确定的所述n值后，计算所述熔池图像的所述变异系数图像、进行低通滤波、绘制灰度直方图，在所述灰度直方图进行峰值单侧直线拟合，确定图像分割阈值；步骤六：根据所述步骤五中所述图像分割阈值，对所述变异系数图像进行二值化处理，采用差分法提取熔池轮廓；步骤七：轮廓提取完成后，释放参与计算的首幅熔池图像占用的内存空间，继续导入后续熔池图像，采用滑动窗口法计算下一组n幅熔池图像并提取所述熔池轮廓，重复步骤七直至焊接过程结束。2.如权利要求1所述的焊接熔池图像轮廓实时提取方法，其特征在于，所述高速相机拍摄帧频不低于100帧/秒。3.如权利要求1所述的焊接熔池图像轮廓实时提取方法，其特征在于，所述高速相机拍摄帧频为熔池振荡频率的2倍以上。4.如权利要求1所述的焊接熔池图像轮廓实时提取方法，其特征在于，所述高速相机采用微距镜头。5.如权利要求1所述的焊接熔池图像轮廓实时提取方法，其特征在于，所述高速相机拍摄时采用辅助光源和/或滤光片。6.如权利要求1所述的焊接熔池图像轮廓实时提取方法，其特征在于，在所述参数调整过程中，所述判定依据具体为：设定灰度直方图差值阈值，随着所述n值增加，连续计算所述灰度直方图的差值，所述灰度直方图的差值连续三次低于所述灰度直方图差值阈值。7.如权利要求6所述的焊接熔池图像轮廓实时提取方法，其特征在于，所述灰度直方图差值阈值设定为所述熔池图像总像素数的1/10。8.如权利要求1所述的焊接熔池图像轮廓实时提取方法，其特征在于，所述变异系数图像与所述熔池图像尺寸相同，所述变异系数图像中每个像素点的灰度值为k*CV(x,y)，其中k为调节系数，用于调整所述变异系数图像的整体亮暗水平，CV(x,y)为连续拍摄的n幅所述熔池图像中指定点(x，y)的灰度值变异系数，所述灰度值变异系数的计算公式为连续n幅所述熔池图像中指定点(x，y)的灰度值标准差除以所述连续n幅所述熔池图像中指定点(x，y)的灰度值均值。2CN109308705A权利要求书2/2页9.如权利要求1所述的焊接熔池图像轮廓实时提取方法，其特征在于，所述步骤五中所述峰值单侧直线拟合的实现方式为：选取所述灰度直方图波峰右侧点进行直线拟合，延长拟合线与X轴相交，将该交点坐标值赋值给所述图像分割阈值。10.如权利要求1所述的焊接熔池图像轮廓实时提取方法，其特征在于，所述步骤六中所述二值法处理的过程为：将所述变异系数图像中的像素点与