一种线结构光条纹中心提取方法.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CN112629409A(43)申请公布日2021.04.09(21)申请号202011375938.3(22)申请日2020.11.30(71)申请人江苏科技大学地址212003江苏省镇江市梦溪路2号(72)发明人张礼华王子翔李欣杨成管亚狮(74)专利代理机构南京正联知识产权代理有限公司32243代理人杭行(51)Int.Cl.G01B11/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称一种线结构光条纹中心提取方法(57)摘要本发明涉及机器视觉技术领域领域，公开了一种线结构光条纹中心提取方法，本申请中Steger算法利用Hessian矩阵得到条纹的法线方向并对结构光条纹横截面上的灰度分布函数进行二阶泰勒展开得到亚像素中心，能达到亚像素的提取精度，但计算复杂度高，很难满足工业实时检测的要求，所以要求能在保证精度的同时简化计算步骤达到实时检测的目的，灰度重心法容易受到噪声的干扰，适用性不强。所以需要从精度、实时性和适用性三方面来设计条纹中心的提取方法。CN112629409ACN112629409A权利要求书1/2页1.一种线结构光条纹中心提取方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、提取图像的ROI(regionofinterest)，在ROI内对图像进行处理；步骤2、计算结构光条纹的梯度分布，以及幅值大小并选取幅值为零的点作为初始点；步骤3、由主成分分析方法确定该点的法线方向以及切线方向，将该点作为种子点作为区域增长迭代运算，进而提取出精确的条纹中心。2.根据权利要求1所述的一种线结构光条纹中心提取方法，其特征在于：所述步骤1中，初始点的提取结构光光条图像对比度高、光条方向性强，利用自适应阈值法提取出线结构光图像中的感兴趣区域(ROI)。3.根据权利要求1所述的一种线结构光条纹中心提取方法，其特征在于：所述步骤2中，将图像f(x，y)与高斯函数g(x，y)进行卷积，即以降低图像噪声点的影响，计算图像的灰度梯度(Gx，Gy)和幅值|G(x，y)|，计算过程为：在提取的线结构光的ROI内，Mi(i＝1,2,3…)表示光条中第i行，逐行搜索幅值为零的点P0(i0，j0)，将该点作为初始点。4.根据权利要求1所述的一种线结构光条纹中心提取方法，其特征在于：所述步骤3中，由初始点领域内像素的梯度向量鼓噪出协方差矩阵，由主成分分析法，通过求解协方差矩阵的特征向量，获得光条纹的法线方向和切线方向；选取的领域大小为W，建立协方差矩阵C求解矩阵的特征值λ1、λ2和对应的特征向量v1、v22CN112629409A权利要求书2/2页其中，绝对值大的特征值对应的特征向量即为初始点的法线方向，由上式可知λ1＞λ2，故λ1对应的特征向量v1为初始点的法线方向，λ2对应的特征向量v2为初始点的切线方向。5.根据权利要求1所述的一种线结构光条纹中心提取方法，其特征在于：所述步骤3中，将步骤2中所述的初始点P0(i0，j0)作为种子点，由于光条灰度函数在光条法线方向上呈高斯分布，因此，设置灰度阈值作为生长准则，用9×9模板遍历种子点周围8个像素，确定下一种子点；一旦种子点确定，即可通过主成分分析法求得该点的法线和切线；沿着切线区域生长点周围8领域定义为生长连通域，判断是否可以将灰度差小于阈值的点归为一个连通域，防止过度生长。3CN112629409A说明书1/5页一种线结构光条纹中心提取方法技术领域[0001]本发明涉及机器视觉技术领域，尤其涉及一种线结构光条纹中心提取方法。背景技术[0002]常用的结构光条纹中心提取方法有阈值法、灰度重心法、曲线拟合法、海森(Hessian)矩阵法。阈值法是一种骨架抽取的方法，速度较快但定位精度差。刘斌等采用灰度重心法，能够准确地获取结构光条纹中心的像素坐标，该方法比较适用于光带分散性较小的光条；张小艳等提出一种改进的灰度重心法，在采用灰度重心法之前先利用二值化对光带进行处理，减小了光带宽度不均匀对提取结果的影响，具有较高的提取精度。根据线结构光截面灰度的特点，刘涛等提出改进的曲线拟合方法，但提取速度较慢；刘振等在此基础上，在曲线拟合之前以互相关极大值提取初始光条纹中心，再通过曲线拟合的方法对条纹中心进行精确定位，这种方法干扰能力强、稳健性好，但曲线拟合的计算量仍然较大；江永付等在存在折线缺陷的光条中应用曲线拟合，改善了光条缺陷，但提取精度只能达到像素级别。Steger利用Hessian矩阵得到线结构光条纹中心的法线方向，对结构光条纹各点像素的灰度分布函数沿着法线方向进行二阶泰勒展开得到条纹的中心点，该方法具有很高的精度，但是需要进行至少5次高斯卷积运算，计算量大，实时性较差；李涛涛等利用重叠视场(OFOV)图像将多个相机获取