基于灰度重心法的光條中心快速提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)量領(lǐng)域，涉及視覺(jué)測(cè)量中，左右攝像機(jī)視場(chǎng)拍攝角度不 一致時(shí)特征信息的有效獲取。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙目立體視覺(jué)的測(cè)量原理是根據(jù)雙目攝像機(jī)同時(shí)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(cè)物體的特征尺寸，需要將光條投射至待測(cè)物體表 面，利用攝像機(jī)拍攝其二維圖片，提取二維圖片中的特征光條中心點(diǎn)并將其進(jìn)行匹配，從而 還原待測(cè)物體表面的三維特征信息。圖片中光條的特征信息直接反應(yīng)了待測(cè)物體的特征尺 寸信息，然而由于雙目攝像機(jī)的拍攝角度、距離等并不完全相同，導(dǎo)致特征光條在左右圖像 中的幾何信息差異較大，左右圖像中的像素點(diǎn)不能完全一一匹配。目前視覺(jué)測(cè)量中常用的 光條中心提取方法包括傳統(tǒng)的灰度重心法、方向模板法、曲線擬合法以及基于Hessian陣 的steger算法。相比之下，灰度重心法算法簡(jiǎn)單，速度快，其中胡斌等人在《計(jì)算機(jī)工程與 應(yīng)用》2002(11) :59-60發(fā)表的《基于方向模板的結(jié)構(gòu)光條紋中心檢測(cè)方法》提出該方法將 各個(gè)帶有方向性的模板依次與結(jié)構(gòu)光光條圖像卷積，光條截面的極值將被強(qiáng)化而周圍的非 極值點(diǎn)被相應(yīng)抑制，然后比較各方向最強(qiáng)的點(diǎn)即為光條的中心點(diǎn)，其結(jié)果為像素級(jí)。
[0003] 曲線擬合方法及steger算法雖然能達(dá)到亞像素精度，但因其算法復(fù)雜度高，提取 效率低不適合用于實(shí)時(shí)在線測(cè)量中的光條中心提取?？沙浞譂M足測(cè)量的實(shí)時(shí)性要求，且相 對(duì)于其他傳統(tǒng)提取方法，灰度重心法能夠?qū)崿F(xiàn)光條中心點(diǎn)在計(jì)算方向的亞像素坐標(biāo)提取， 對(duì)光條在該方向內(nèi)的平移不敏感，減小由于光條灰度分布的不對(duì)稱引起的誤差，因而更廣 泛地應(yīng)用于具有在線實(shí)時(shí)性要求的視覺(jué)測(cè)量中。然而，利用灰度重心法進(jìn)行光條提取的過(guò) 程中，在光條方向通常以像素為單位確定用于計(jì)算灰度權(quán)重的光條截面方向，導(dǎo)致同一光 條在左右圖像中提取出的光條中心點(diǎn)數(shù)量不一致，影響后續(xù)光條中心點(diǎn)的精準(zhǔn)匹配，造成 較大的測(cè)量誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明主要解決的是在利用雙目立體視覺(jué)及結(jié)構(gòu)光條進(jìn)行工件尺寸測(cè)量過(guò)程中， 光條中心點(diǎn)的快速高精度提取問(wèn)題，發(fā)明了一種基于灰度重心法的光條中心快速提取方 法，在提取光條中心的過(guò)程中，需要對(duì)待測(cè)物體邊界進(jìn)行識(shí)別，對(duì)同一光條左右圖像中的中 心點(diǎn)數(shù)判斷比較，并進(jìn)行線性插值，實(shí)現(xiàn)待測(cè)物體表面光條中心點(diǎn)的等量快速高精度提取。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是基于灰度重心法的光條中心快速提取方法，采用雙目攝 像機(jī)拍攝，其特征是，方法首先采用雙目攝像機(jī)拍攝待測(cè)表面激光光條，然后，利用傳統(tǒng)的 灰度重心法在光條的每行像素內(nèi)進(jìn)行中心點(diǎn)的粗提取，設(shè)定邊界識(shí)別閾值以確定光條的測(cè) 量有效區(qū)域；再利用對(duì)左右圖像信息數(shù)量的判定線性拆分光條方向像素坐標(biāo)，得到光條中 心在該方向內(nèi)的亞像素坐標(biāo)；最后，利用邊界點(diǎn)信息及拆分結(jié)果進(jìn)行光條中心的精確提取， 得到有效光條的中心點(diǎn)坐標(biāo)；方法的具體步驟如下：
[0006] 步驟1 :灰度重心法粗提取光條中心
[0007] 設(shè)第i行像素坐標(biāo)內(nèi)單根光條截面中各像素點(diǎn)的坐標(biāo)為（Xl，yj)，其中X 1= Ly1 = j為第i行第j列像素點(diǎn)坐標(biāo)值，相應(yīng)的灰度值為g(Xl，I)，則該截面的中心點(diǎn)坐標(biāo)（X。，y。） 利用灰度重心法計(jì)算如下：
[0009] 其中，（X。，y。）為一個(gè)截面內(nèi)的中心點(diǎn)坐標(biāo)，X。為像素級(jí)，y?？蛇_(dá)亞像素級(jí)，η為截 面內(nèi)像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)，g( Xl，y])為（Xl，y])對(duì)應(yīng)的灰度值；把光條每個(gè)截面內(nèi)像素點(diǎn)的灰度分 布質(zhì)心作為截面的光條中心點(diǎn)，即可粗提取出單方向?yàn)閬喯袼丶?jí)精度的特征光條中心點(diǎn)；
[0010] 步驟2 :建立光條有效區(qū)域模型
[0011] 針對(duì)雙目立體視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)，利用待測(cè)表面圖像上光條中心點(diǎn)分布與背景圖像上 光條中心點(diǎn)分布的幾何關(guān)系，判別光條中心點(diǎn)信息是否有效，確定帶有表面幾何特征信息 的光條有效區(qū)域；
[0012] 由于待測(cè)表面與背景表面空間方向不同且兩表面存在空間距離，故在雙目立體視 覺(jué)中雙目攝像機(jī)拍攝出的兩表面中的光條具有不同的幾何特性，利用粗提取出的光條中心 點(diǎn)：P = (X。，Y。）= {(Xtli, y。;）I i = 2, 3,--，n_l}擬合直線，其中η為擬合的中心點(diǎn)個(gè)數(shù)， P = (ΧμΥ。）為單根光條中心點(diǎn)構(gòu)成的集合，（Xt^ytli)為集合中點(diǎn)的坐標(biāo)；設(shè)該擬合直線為： Y。= a+bX。，利用最小二乘法可根據(jù)提取出的離散中心點(diǎn)求得擬合直線的參數(shù)：
[0014] 其中3^為擬合直線的參數(shù)，Xl，yi分別帶入光條中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值即可；以 I作為單根光條的邊界點(diǎn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別計(jì)算光條中心點(diǎn)與上下臨近點(diǎn)的梯度bul，bdl:
[0016] 給定區(qū)間
其中Ab為根據(jù)圖片拍攝角度等設(shè)定的閾值，判別bu， bd是否在區(qū)間
內(nèi)，分為以下三種情況討論：
[0017] 1)若
則初步判定其為上邊界點(diǎn)；
[0018] 2)若
則初步判定其為下邊界點(diǎn)；
[0019] 3)若

,則該點(diǎn)為非邊界點(diǎn)；
[0020] 結(jié)合圖像屬性在初步判定的上下邊界點(diǎn)中選擇確定的光條上邊界點(diǎn)（xu，yu)，下邊 界點(diǎn)（x d，yd)，若(xu，x上則對(duì)應(yīng)中心點(diǎn)為光條有效區(qū)域，予以保留；
[0021] 步驟3 :像素拆分及提取方向確定
[0022] 對(duì)左右圖像中的多根光條分別進(jìn)行上述光條中心粗提取操作，并設(shè)左圖像中共隊(duì) 根光條，第j根光條的有效中心點(diǎn)集為：
[0023] PjL= (X jLc，YjLc) = {(xjLcl，yjLcl) I i = 1，2,--，njL}，點(diǎn)數(shù)為 njL，上邊界為 (x# y,J，下邊界為（x# y]w);同理設(shè)右圖像中共Nr根光條，第j根光條的有效中心點(diǎn)集 為 PjR= (X jRc, YjLc) = {(xjRcl, yjRcl) I i = 1，2,--，njR}，點(diǎn)數(shù)為 njR，上邊界為（xjRu, yjRu)，下 邊界為U]Rd，y]Rd);對(duì)同一根光條的在左右圖像中的中心點(diǎn)數(shù)進(jìn)行比較判別后對(duì)中心點(diǎn)數(shù) 的圖像進(jìn)行像素拆分；
[0024] 若n jR，對(duì)左圖像進(jìn)行像素拆分，拆分像素后的灰度重心提取單位大小為q1:
[0026] 若ηα> n jR，對(duì)左圖像進(jìn)行像素拆分，拆分像素后的灰度重心提取單位大小為
[0028] 拆分后的亞像素坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的灰度值計(jì)算如下：
[0029] g(x, y) = g(Xi, Yi) (6)其中X的整數(shù)部分，y ;是y的整數(shù)部分， g(x，y)代表（X，y)對(duì)應(yīng)的灰度值；
[0030] 利用判別結(jié)果進(jìn)行像素拆分后，分別對(duì)左右圖像確定光條提取方向；任取左圖 像中兩根相鄰光條的上邊界點(diǎn)（x_jUj，yjLj，（Xa 1)L^yc 1)LJ和其中一根光條的下邊界點(diǎn) (x# y.iJ，拆分像素后的灰度中心提取方向?yàn)?/ ?
[0032] 任取右圖像中兩根相鄰光條的上邊界點(diǎn)（x_jRu, yjRu)，（x(_j 1)Ru, 1)Ru)和其中一根光 條的下邊界點(diǎn)（x]Rd，y]Rd)，拆分像素后的灰度中心提取方向?yàn)镮:
[0034] 步驟4:光條中心精確提取
[0035] 根據(jù)灰度重心法粗提取光條中心的結(jié)果，對(duì)左右圖像中的光條分別進(jìn)行精確提 取，根據(jù)步驟3的判斷，對(duì)光條點(diǎn)數(shù)量較多的圖像保留每行開(kāi)始進(jìn)行灰度重心計(jì)算的像素 坐標(biāo)，對(duì)需要進(jìn)行像素拆分的圖像進(jìn)行列的拆分，即每行開(kāi)始進(jìn)行灰度重心計(jì)算的坐標(biāo)需 要根據(jù)插值重新計(jì)算：
[0036] (x, y) = (x+rq, y), r = I, 2, . . . , η (9