專利名稱：一種薄片型材料雙側(cè)表面紋理與顏色的數(shù)字化成像和分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料表面的計(jì)算機(jī)圖像分析技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種薄片型材料雙側(cè)表面紋理與顏色的數(shù)字化成像和分析裝置。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字化技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺(jué)和人工智能在工程和材料加工領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛，特別是在材料檢測(cè)和結(jié)構(gòu)分析方面。針對(duì)材料的外觀方面的測(cè)試分析，主要集中在表面紋理結(jié)構(gòu)分析和顏色數(shù)字化分析兩個(gè)方面。目前國(guó)內(nèi)外常用的測(cè)量材料外觀方面的儀器，主要是基于計(jì)算機(jī)圖像采集、處理和分析技術(shù)，通過(guò)空間域、頻率域和顏色分析來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)材料表面的表征。薄片型材料是材料檢測(cè)領(lǐng)域中很常見(jiàn)的一類(lèi)材料，紡織品、紙張、板材等均屬于薄片型材料的范疇。由于薄片型材料的厚度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其長(zhǎng)寬尺寸，因此用于薄片型材料的最簡(jiǎn)單的圖像分析方法，通常都屬于二維圖像的處理與分析。薄片型材料具有正反兩個(gè)表面，兩個(gè)表面都屬于材料的外表面，但在空間分布上具有翻轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)薄片型材料的表面紋理和顏色的分布特點(diǎn)，可將薄片型材料分為兩大類(lèi)1)材料的正反表面紋理與顏色之間存在約束(紡織品是典型的存在正反約束的薄片型材料)；2)材料的正反表面紋理與顏色之間不存在約束，即完全獨(dú)立。如果薄片型材料的正反表面紋理與顏色之間完全獨(dú)立，則此類(lèi)材料的正反表面圖像分析與測(cè)量，可分別進(jìn)行，彼此不存在約束。然而，當(dāng)材料的正反表面紋理與顏色之間存在約束關(guān)系時(shí)，則針對(duì)此類(lèi)材料的表面圖像分析應(yīng)依據(jù)其約束關(guān)系進(jìn)行融合式分析。目前國(guó)內(nèi)外常用的針對(duì)薄片型材料的表面圖像分析方法都是基于單面分析，而針對(duì)存在正反約束的薄片型材料的表面圖像分析方法的研究尚處于起步階段。由于單面圖像分析只能夠表征一個(gè)表面的紋理顏色信息，不能適用于表征正反約束的薄片型材料的表面紋理顏色信息。以紡織品為例，紗線在織物的正面和反面交替出現(xiàn)，因此機(jī)織物正反表面之間存在共軛結(jié)構(gòu)關(guān)系，包括其紋理結(jié)構(gòu)和紗線顏色均存在約束關(guān)系?；陔p面圖像融合分析技術(shù)，可有效解決此類(lèi)薄片型材料的外觀分析問(wèn)題。但是現(xiàn)有技術(shù)中，還沒(méi)有一種適用于薄片型材料的雙面紋理與顏色數(shù)字化分析的裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種薄片型材料雙側(cè)表面紋理與顏色的數(shù)字化成像和分析裝置，以解決存在正反約束的薄片型材料的表面圖像分析缺乏相應(yīng)裝置的問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種薄片型材料雙側(cè)表面紋理與顏色的數(shù)字化成像和分析裝置，該裝置包括計(jì)算機(jī)、圖像采集單元和箱體，
在箱體內(nèi)設(shè)一對(duì)鏡面相互垂直的反射鏡，分別為左反射鏡和右反射鏡；在左、右反射鏡的鏡面相交處設(shè)一夾持薄片型材料試樣的試樣夾板，該試樣夾板所在的試樣平面與左、右反射鏡的鏡面的夾角均為45度；在所述試樣夾板的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置一對(duì)準(zhǔn)直光源，分別為左準(zhǔn)直光源和右準(zhǔn)直光源，使得所述試樣夾板中的試樣的兩個(gè)表面得到對(duì)稱均勻照射；所述試樣夾板由左、右?jiàn)A板組成，試樣夾板設(shè)有空間對(duì)位約束特征點(diǎn)，左夾板上的對(duì)位約束特征點(diǎn)與右?jiàn)A板的對(duì)位約束特征點(diǎn)之間存在仿射變換幾何對(duì)應(yīng)關(guān)系，用于通過(guò)圖像采集單元獲得的試樣的正反雙側(cè)圖像之間的對(duì)位匹配；所述裝置還包括一個(gè)成像單元，該成像單元的鏡頭軸心位于試樣所在的平面，且正對(duì)設(shè)置所述試樣夾板的左、右反射鏡的鏡面相交處，使得所述試樣的兩個(gè)表面在左右反射鏡內(nèi)的虛像可同時(shí)成像于所述成像單元，成像單元將在一幅圖像中同時(shí)采集到的試樣的兩個(gè)表面的紋理與顏色信息經(jīng)圖像采集單元發(fā)送至計(jì)算機(jī)，分析計(jì)算獲得所需的圖像特征參數(shù)。在所述的箱體內(nèi)設(shè)有一對(duì)漫反射板，分別為左漫反射板和右漫反射板，其中左漫反射板與右反射鏡平行，右漫反射板與左反射鏡平行，左準(zhǔn)直光源位于左漫反射板和左反射鏡之間，右準(zhǔn)直光源位于右漫反射板和右反射鏡之間。本發(fā)明針對(duì)薄片型材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出一種更為有效地解決薄片型材料的雙側(cè)表面紋理與顏色的數(shù)字化成像和分析裝置，可實(shí)現(xiàn)單個(gè)相機(jī)雙面復(fù)合式紋理結(jié)構(gòu)和顏色等外觀特征的融合式和集成式測(cè)試和表征。


圖1是本發(fā)明裝置的箱體內(nèi)部正視圖。
圖2是本發(fā)明圖1所示裝置的箱體內(nèi)部側(cè)視圖。
圖3是本發(fā)明圖1所示裝置的組成原理的俯視示意圖
圖ζ是本發(fā)明圖1所示裝置中試樣夾板的正剖視圖。
圖5是本發(fā)明圖1所示裝置中試樣夾板的側(cè)視圖
圖6是本發(fā)明裝置的數(shù)據(jù)處理流程示意圖。
是本發(fā)明裝置成像單元獲取的試樣的圖像組成示
其中，1——成像單元，
11-%大，
21-——左準(zhǔn)直光源，
22-——右準(zhǔn)直光源，
31-——左反射鏡，
32-——右反射鏡，
4—一試樣夾板，
41-左夾板，
42-——活栓，
43-右?jiàn)A板，
44-——薄片型材料試樣，
45-——對(duì)位約束特征點(diǎn)，
51——左漫反射板，52——右漫反射板，6-箱體，71——左虛像，72——右虛像，8——圖像采集單元，9——計(jì)算機(jī)，100——成像單元采集到的圖像，101——對(duì)位約束特征點(diǎn)45在圖像100中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，102——試樣左側(cè)表面的虛像圖像塊，103——試樣右側(cè)表面的虛像圖像塊，104——試樣夾板4的左側(cè)虛像圖像塊，105——試樣夾板4的右側(cè)虛像圖像塊。
具體實(shí)施例方式如圖1，結(jié)合圖2、3、4和5，以及圖7，本發(fā)明的薄片型材料雙側(cè)表面紋理與顏色的數(shù)字化成像和分析裝置，包括計(jì)算機(jī)9、圖像采集單元8和箱體6。在箱體6內(nèi)設(shè)一對(duì)鏡面相互垂直的反射鏡，分別為左反射鏡31和右反射鏡32 ；在左、右反射鏡的鏡面相交處設(shè)一夾持薄片型材料試樣44的試樣夾板4，該試樣夾板4所在的試樣平面與左、右反射鏡的鏡面的夾角均為45度；在所述試樣夾板4的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置一對(duì)準(zhǔn)直光源，分別為左準(zhǔn)直光源21和右準(zhǔn)直光源22，使得所述試樣夾板4中的試樣的兩個(gè)表面得到對(duì)稱均勻照射；所述試樣夾板由左41、右?jiàn)A板43組成，試樣夾板4設(shè)有空間對(duì)位約束特征點(diǎn)45，左夾板41上的對(duì)位約束特征點(diǎn)與右?jiàn)A板43的對(duì)位約束特征點(diǎn)之間存在仿射變換幾何對(duì)應(yīng)關(guān)系，用于通過(guò)圖像采集單元8獲得的試樣的正反雙側(cè)圖像之間的對(duì)位匹配；該裝置還包括一個(gè)成像單元1，該成像單元的鏡頭11軸心位于試樣所在的平面， 且正對(duì)設(shè)置所述試樣夾板4的左、右反射鏡31和32的鏡面相交處，使得所述試樣的兩個(gè)表面在左右反射鏡內(nèi)的虛像104和105，可同時(shí)成像于所述成像單元1，成像單元將在一幅圖像100中同時(shí)采集到的試樣的兩個(gè)表面的紋理與顏色信息經(jīng)圖像采集單元8發(fā)送至計(jì)算機(jī) 9，分析計(jì)算獲得所需的圖像特征參數(shù)。在箱體內(nèi)設(shè)有一對(duì)漫反射板，分別為左漫反射板51和右漫反射板52，其中左漫反射板51與右反射鏡32平行，右漫反射板52與左反射鏡31平行，左準(zhǔn)直光源21位于左漫反射板51和左反射鏡31之間，右準(zhǔn)直光源22位于右漫反射板52和右反射鏡32之間。圖7中，成像單元采集到的圖像100，包括試樣夾板4的左側(cè)虛像圖像塊104和試樣夾板4的右側(cè)虛像圖像塊105，左側(cè)虛像圖像塊104包括對(duì)位約束特征點(diǎn)45在圖像100 中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)101和試樣左側(cè)表面的虛像圖像塊102，右側(cè)虛像圖像塊105包括對(duì)應(yīng)點(diǎn)101和試樣右側(cè)表面的虛像圖像塊103。本發(fā)明的成像單元可以由(XD/CM0S相機(jī)和配置的鏡頭組成，其作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)材料正反表面反射圖像的數(shù)字化彩色圖像采集；準(zhǔn)直光源21和22位于試樣夾板的兩側(cè)，與試樣表面成一定角度，可對(duì)試樣實(shí)施側(cè)向照明；為保證兩側(cè)照明均勻，左右光源對(duì)稱排列，距離試樣兩個(gè)表面的距離和角度相同。反射系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括相互垂直且與試樣平面成 45度的一對(duì)反射鏡片31和32，分別位于試樣的兩側(cè)，可將試樣紡織品的兩個(gè)表面同時(shí)成像于鏡頭軸心位于試樣平面內(nèi)的CCD/CMOS相機(jī)陣面上。試樣夾板由左右?jiàn)A板組成，夾板上有空間對(duì)位約束特征點(diǎn)，左夾板上的對(duì)位約束特征點(diǎn)與右?jiàn)A板的對(duì)位約束特征點(diǎn)之間存在幾何對(duì)應(yīng)關(guān)系，可用于后續(xù)的正反圖像之間的對(duì)位匹配。圖像采集單元8和計(jì)算機(jī)9與CXD/ CMOS相機(jī)連接，將圖像數(shù)字化后存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)內(nèi)，用于紋理與顏色的數(shù)字化分析。圖3中，系統(tǒng)復(fù)合成像的基本原理是利用一對(duì)相互垂直且與試樣平面成45度的反射鏡片將薄片型材料的兩個(gè)表面同時(shí)成像于鏡頭軸心位于試樣平面內(nèi)的CCD/CMOS相機(jī)陣面；在一幅圖像中，同時(shí)采集到材料正反兩個(gè)表面的紋理與顏色信息。本發(fā)明的裝置的工作流程，如圖6所示用試樣夾固定試樣，啟動(dòng)光源對(duì)試樣進(jìn)行正反兩個(gè)表面的照明，相機(jī)初始化，采集試樣的復(fù)合圖像，對(duì)復(fù)合圖像中的正反表面進(jìn)行對(duì)位匹配、紋理分析和顏色測(cè)量，計(jì)算其特征參數(shù)，將結(jié)果輸出。本發(fā)明裝置的測(cè)試方法為通過(guò)兩個(gè)構(gòu)成一定角度且分別位于薄片型材料兩側(cè)對(duì)稱放置的準(zhǔn)直光源對(duì)薄片型材料的雙面進(jìn)行側(cè)向照明，經(jīng)過(guò)一對(duì)相互垂直且與試樣平面成45度的反射鏡片將薄片型材料的兩個(gè)表面同時(shí)成像于鏡頭軸心位于試樣平面內(nèi)的CCD/ CMOS相機(jī)陣面。相機(jī)將包含物體的正反兩個(gè)表面子圖像的復(fù)合圖像輸送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)圖像處理和分析算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)正面兩個(gè)表面子圖像的定位選取、對(duì)位匹配和紋理融合， 并從紋理融合后的圖像數(shù)據(jù)中提取紋理特征參數(shù)和顏色信息，用于薄片型材料的結(jié)構(gòu)分析和特征測(cè)量。
權(quán)利要求
1.一種薄片型材料雙側(cè)表面紋理與顏色的數(shù)字化成像和分析裝置，該裝置包括計(jì)算機(jī)、圖像采集單元和箱體，其特征在于在箱體內(nèi)設(shè)一對(duì)鏡面相互垂直的反射鏡，分別為左反射鏡和右反射鏡； 在左、右反射鏡的鏡面相交處設(shè)一夾持薄片型材料試樣的試樣夾板，該試樣夾板所在的試樣平面與左、右反射鏡的鏡面的夾角均為45度；在所述試樣夾板的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置一對(duì)準(zhǔn)直光源，分別為左準(zhǔn)直光源和右準(zhǔn)直光源，使得所述試樣夾板中的試樣的兩個(gè)表面得到對(duì)稱均勻照射；所述試樣夾板由左、右?jiàn)A板組成，試樣夾板設(shè)有空間對(duì)位約束特征點(diǎn)，左夾板上的對(duì)位約束特征點(diǎn)與右?jiàn)A板的對(duì)位約束特征點(diǎn)之間存在仿射變換幾何對(duì)應(yīng)關(guān)系，用于通過(guò)圖像采集單元獲得的試樣的正反雙側(cè)圖像之間的對(duì)位匹配；所述裝置還包括一個(gè)成像單元，該成像單元的鏡頭軸心位于試樣所在的平面，且正對(duì)設(shè)置所述試樣夾板的左、右反射鏡的鏡面相交處，使得所述試樣的兩個(gè)表面在左右反射鏡內(nèi)的虛像可同時(shí)成像于所述成像單元，成像單元將在一幅圖像中同時(shí)采集到的試樣的兩個(gè)表面的紋理與顏色信息經(jīng)圖像采集單元發(fā)送至計(jì)算機(jī)，分析計(jì)算獲得所需的圖像特征參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的薄片型材料雙側(cè)表面紋理與顏色的數(shù)字化成像和分析裝置，其特征在于，在所述的箱體內(nèi)設(shè)有一對(duì)漫反射板，分別為左漫反射板和右漫反射板，其中左漫反射板與右反射鏡平行，右漫反射板與左反射鏡平行，左準(zhǔn)直光源位于左漫反射板和左反射鏡之間，右準(zhǔn)直光源位于右漫反射板和右反射鏡之間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種薄片型材料雙側(cè)表面紋理與顏色的數(shù)字化成像和分析裝置，包括計(jì)算機(jī)、圖像采集單元和箱體，在箱體內(nèi)設(shè)一對(duì)鏡面相互垂直的反射鏡，分別為左反射鏡和右反射鏡；在左、右反射鏡的鏡面相交處設(shè)一夾持薄片型材料試樣的試樣夾板，該試樣夾板所在的試樣平面與左、右反射鏡的鏡面的夾角均為45度；在所述試樣夾板的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置一對(duì)準(zhǔn)直光源，分別為左準(zhǔn)直光源和右準(zhǔn)直光源，使得所述試樣夾板中的試樣的兩個(gè)表面得到對(duì)稱均勻照射；所述試樣夾板由左、右?jiàn)A板組成，試樣夾板設(shè)有空間對(duì)位約束特征點(diǎn)，左夾板上的對(duì)位約束特征點(diǎn)與右?jiàn)A板的對(duì)位約束特征點(diǎn)之間存在仿射變換幾何對(duì)應(yīng)關(guān)系，用于試樣的正反雙側(cè)圖像之間的對(duì)位匹配。
文檔編號(hào)G01B11/00GK102393178SQ201110168690
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者劉曉霞, 林蘭天, 辛斌杰 申請(qǐng)人:上海工程技術(shù)大學(xué)