基于置信度評價的圖像光條噪聲抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于計算機視覺測量領(lǐng)域，涉及視覺測量中，在一種惡劣環(huán)境下圖像光條 噪聲抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙目立體視覺的測量原理是根據(jù)雙目攝像機同時拍攝的兩張圖片的二維圖像信 息得到物體的幾何三維信息。為得到待測物體的特征尺寸，需要將光條投射至待測物體表 面，利用攝像機拍攝其二維圖片，提取二維圖片中的特征光條中心點并將其進行匹配，從而 還原待測物體表面的三維特征信息。由于圖片中光條的特征信息直接反應(yīng)了待測物體的特 征尺寸信息，因而在提取光條中心的基礎(chǔ)上，有效抑制圖像噪聲，準(zhǔn)確剔除粗大誤差點，對 后續(xù)左右圖像中特征光條中心的匹配乃至最終還原待測物體的特征尺寸具有至關(guān)重要的 意義。
[0003] 目前機器視覺領(lǐng)域常用的圖像抑噪方式主要集中在光條提取前，如均值濾波、中 值濾波及高斯濾波等，然而該類方法主要是針對圖像整體進行平滑抑噪，并不能有效去除 測量中的背景光條、隨機誤差和由局部過亮或過暗引起的噪聲，因而難以達到剔除光條中 心提取后仍存在的粗大誤差點的目的，從而無法實現(xiàn)對圖像特征光條中心的噪聲抑制。
[0004] 針對圖像測量中常見的背景光條、隨機誤差和局部過亮或過暗引起的噪聲對光條 中心提取的影響，引入基于截面灰度能量分布的特征光條模型對圖像中提取的特征光條中 心進行信度評價，從而達到抑制圖像噪聲，并對圖像中的粗大誤差點予以剔除的目的。若選 取的抑噪方法不當(dāng)，容易導(dǎo)致抑噪處理后的光條偏離圖像原始光條，導(dǎo)致抑噪效果不穩(wěn)定， 無法得到精確結(jié)果，影響圖像光條后續(xù)的匹配，進而影響三維特征尺寸的還原。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明主要解決的是利用雙目立體視覺進行工件尺寸測量過程中圖像光條噪聲 抑制的問題。針對雙目立體視覺測量系統(tǒng)，利用圖像上光條截面灰度能量與工件表面的空 間幾何特征關(guān)系，可建立符合待測工件表面特性的特征光條模型。然而由于現(xiàn)場拍攝條件、 光條中心提取精度的限制以及模型建立過程中參數(shù)的約化與簡化，實際特征光條與理想特 征光條模型存在一定偏差，發(fā)明一種基于置信度評價的圖像光條噪聲抑制方法，利用特征 光條模型對實際光條進行信度評價，保留可靠的光條中心點，剔除粗大誤差與局部噪點，去 除背景光條。綜合考慮光條中心的提取精度與理想特征光條模型的可靠性，提高尺寸還原 的精度。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是基于置信度評價的圖像光條噪聲抑制方法，該方法通過 灰度重心法提取待測工件表面光條的像素中心點，通過攝像機的成像特性、激光入射角以 及攝像機拍攝角度的關(guān)系、待測工件的表面幾何特征建立特征光條模型，根據(jù)光條中心的 提取精度與理想特征光條模型的可靠性建立光條中心的信度評價模型，利用光條模型及信 度評價模型對提取出的光條中心進行信度評價及粗大誤差點的剔除。方法具體步驟如下：
[0007] 步驟1 :灰度重心法提取光條中心
[0008] 設(shè)光條某一截面點的坐標(biāo)為（Xi，yi)，相應(yīng)的灰度值為g(Xi，yi)，則該截面的中心 點坐標(biāo)（x^y。）利用灰度重心法計算如下：
[0010] 其中，n為截面內(nèi)像素點的個數(shù)；把光條每個截面內(nèi)的像素點的灰度分布質(zhì)心作 為截面的光條中心點，即可求得特征光條的中心；
[0011] 步驟2 :建立特征光條模型
[0012] 針對雙目立體視覺測量系統(tǒng)，利用圖像上光條截面灰度能量與光強的關(guān)系以及激 光器陣列所在位置與被測鍛件表面的空間幾何關(guān)系，建立帶有表面幾何特征信息的光條模 型；
[0013] 通過攝像機的光電轉(zhuǎn)換特性得到圖像能量與圓柱類被測鍛件反射光光強的關(guān)系， 利用被測鍛件的表面幾何特征推導(dǎo)得到反射光光強與激光入射角以及攝像機拍攝角度的 關(guān)系；根據(jù)空間幾何特性，建立空間距離入射角與截面位置之間的關(guān)系；通過攝像機的成 像原理，將空間距離與圖像上的像素距離進行轉(zhuǎn)換，進而得到大視場測量中基于截面灰度 能量分布的圓柱被測鍛件表面光條模型：
[0015] 其中，E,為截面的理論灰度能量和，Km，Kp，Kn，Kq，K,分別為由攝像機參數(shù)、視場中 的位置關(guān)系參數(shù)以及諸多物理常量構(gòu)成的參數(shù)，需要通過擬合工具確定具體數(shù)值；
[0016] 步驟3 :建立光條評價模型
[0017] 視覺測量過程中常常會受到很多干擾，需要對光條提取得到的中心點的可信程度 進行評價來判斷得到的中心點處是否存在噪聲信號，從而區(qū)分圖像中的光條信號與噪聲；
[0018] 在通過灰度重心法提取出光條中心后，提出特征信息評價公式：
[0020] 其中，R為圖像中光條的置信度，Eu為圖像中光條截面像素點灰度值的和，E^3通 過模型擬合曲線參數(shù)進而計算的該截面理論灰度能量和；
[0021] 設(shè)光條某一截面點的坐標(biāo)為（X，yi)，相應(yīng)的灰度值為g(X，yi)，則該截面的像素點 灰度值的和Eu可通過式（4)求得：
[0023] 其中，n為該截面內(nèi)像素點的個數(shù)；
[0024] 理想情況下，計算實際圖像中提取出的光條截面像素點灰度值與建立的模型中 理論截面灰度能量之和應(yīng)近似相等；因此，二者的比值可以用來表征實際提取出的光條中 心與理想模型的偏離程度，進而用于評價提取出的光條中心點的精度，并判斷是否存在噪 占.
[0025] 步驟4:進行置信度評價，抑制圖像光條噪聲
[0026] 對于光條中心點的信度評價，是對光條提取得到的中心點位置是否在光條中心的 可靠程度的評價；由于式（2)是根據(jù)待光電轉(zhuǎn)換關(guān)系、被測鍛件表面的幾何特性、拍攝空間 幾何關(guān)系綜合得出的光條模型，因而用于評價圖像光條是否受到非隨機噪聲的影響，以及 提取中是否存在光條誤判可能性；
[0027] 置信度R接近于1時，認為該特征信息帶有被測鍛件表面的形狀信息較多，認為是 有效的特征光條，其中心點的提取是有意義的；置信度R接近于0或者+ 時，認為該段特 征光條不帶有被測鍛件表面形狀信息，判斷該特征光條為噪聲，在下一環(huán)節(jié)之前去除該噪 聲；
[0028] 綜合考慮測量環(huán)境與被測鍛件表面質(zhì)量對圖像中光條質(zhì)量的影響，設(shè)定置信區(qū) 間，當(dāng)置信度R在置信區(qū)間內(nèi)，對應(yīng)的光條中心點予以保留，當(dāng)置信度R在置信區(qū)間外，認為 該段信息為噪聲，將對應(yīng)的光條中心點予以去除；保留的光條中心點，構(gòu)成新的特征光條中 心，用于還原被測鍛件的三維特征信息。
[0029] 本發(fā)明的有益效果是通過基于光條截面灰度能量的分布對提取出的光條中心進 行信度評價及粗大誤差點的剔除，其抑噪效果良好，有利于雙目視覺測量后續(xù)的匹配重建。
【附圖說明】
[0030] 附圖1為測量系統(tǒng)示意圖，其中，1為圖形工作站，2為激光器陣列，3a、3b分別為 左、右攝像機，4為被測鍛件；
[0031] 附圖2為基于置信度評價的圖像光條噪聲抑制方法流程圖。
[0032]附圖3為光條抑噪前重建圖像，附圖4為光條抑噪后重建圖像。
[0033] 其中；XYZ軸為歐式空間坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸，單位為mm，l、2、3、4、5、6曲線分別為匹 配后重建出的帶有噪聲的第一條、第二條、第三條、第四條、第五條、第六條光條圖像，1'、 2'、3'、4'、5'、6'曲線分別為匹配后重建出的經(jīng)抑噪處理的第一條、第二條、第三條、第四 條、第五條、第六條光條圖像。
【具體實施方式】
[0034] 以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖進一步詳細說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0035] 附圖1是測量系統(tǒng)示意圖，表示出采用的視覺測量系統(tǒng)以及待測鍛件4為圓柱形 工件的視場測量系統(tǒng)。本發(fā)明采用的左右攝像機3a、3b型號為：SVCam-svsll002,拍攝圓柱 形待測鍛件4的直徑為500mm?，F(xiàn)場測量系統(tǒng)構(gòu)成如下：兩臺SVCam-svsll002攝像機，分辨 率為4008X2672 ;兩個放置于攝像機鏡頭前方的短波通濾光片；激光器組成的激光器陣列 2,以及一臺圖形工作站1。利用雙目攝像機拍攝被測鍛件表面激光光條，利用圖形工作站對 左右攝像機拍攝的圖片進行處理，提取激光光條中心，并通過匹配重建，測量鍛件直徑。測 量方法的具體步驟如附圖2所示。具體步驟說明如下：
[0036] 步驟1 :灰度重心法提取光條中心
[0037] 理想狀態(tài)下光條呈基于中心的對稱分布，然而在實際拍攝過程中，下光條分布具 有呈現(xiàn)非對稱性，在光條兩側(cè)的區(qū)域出現(xiàn)了光條灰度值與理想模型灰度值的偏離。因為光 條兩側(cè)出現(xiàn)不對稱部分，所以光條中心會向權(quán)重大的方向偏移，因此基于理想Gaussian模 型的光條中心的提取存在原理性誤差。為減小由于光條分布的不對稱性引起的誤差，提高 光條中心點的提取精度，引入灰度重心法提取光條中心。
[0038] 設(shè)光條某一截面點的坐標(biāo)為（Xi，yi)，相應(yīng)的灰度值為g(Xi，yi)，則該截面的中心 點坐標(biāo)（x。]。）可利用灰度重心法計算如式（1):
[0040] 其中，n為截面內(nèi)像素點的個數(shù)。把光條每個截面內(nèi)的像素點的灰度分布質(zhì)心作 為截面的光條中心點，即可求得特征光條的中心。
[0041] 步驟2 :建立特征光條模型
[0042] 由于特征信息為激光光條在呈現(xiàn)一定形狀的工件表面反射后由攝像機拍攝的，因 此攝像機拍攝的激光光條的截面灰度能量附帶鍛件表面形狀的信息，綜合考慮拍攝實際空 間位置及工件表面激光反射特性，分析圖像上激光光條灰度能量所附帶的鍛件形狀信息， 針對雙目立體視覺測量系統(tǒng)，利用圖像上光條截面灰度能量與光強的關(guān)系以及激光器與工 件表面的