一種鋼板表面三維重建快速實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋼板表面三維重建的快速實現(xiàn)方法，采用紅、綠、藍三個單色光源沿不同角度同時照明鋼板表面，其入射光與鋼板軋制速度方向的角度在±50度范圍，通過垂直于鋼板表面的彩色CCD攝像機拍攝光源照射的鋼板表面區(qū)域，分離其彩色圖像的R、G、B通道，得到近似于紅、綠、藍光源單獨照明下獲得的三幅圖像。本方法的復雜度與圖像像素數(shù)量呈線性關(guān)系，而全局優(yōu)化算法則呈平方關(guān)系，因此算法的耗時大大減少，且本算法的誤差要略小于全局優(yōu)化算法。
【專利說明】一種鋼板表面三維重建快速實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋼板表面三維重建的快速實現(xiàn)方法，該方法可用于鋼板表面缺陷三維在線檢測。采用紅、綠、藍三個單色光和彩色面陣CCD攝像機得到鋼板表面的梯度，根據(jù)表面梯度重建出表面三維信息。本發(fā)明設計了從表面梯度重建出表面三維信息的快速算法，該算法復雜度與圖像像素數(shù)量成線性關(guān)系，而全局優(yōu)化算法的復雜度與圖像數(shù)量成平方關(guān)系，并且該算法的誤差要略小于全局優(yōu)化算法。
【背景技術(shù)】
[0002]表面缺陷是影響鋼板質(zhì)量的一個重要因素，隨著社會的發(fā)展，用戶對板帶產(chǎn)品的表面質(zhì)量提出更高的要求，表面在線檢測技術(shù)在鋼板生產(chǎn)中的應用變得越來越廣泛。基于CCD攝像的圖像檢測技術(shù)具有高速、高精度、適應性好等優(yōu)勢，已經(jīng)成為表面在線檢測研究和應用的主流。但是目前在線應用的鋼板表面在線檢測系統(tǒng)，其檢測原理大多基于二維灰度圖像檢測技術(shù)，即通過灰度圖像提供的幾何形狀、明暗分布等二維信息來檢測與識別鋼板的表面缺陷。但是，由于鋼板表面缺陷非常復雜，多數(shù)缺陷的幾何形狀不固定，如壓痕、輥印等缺陷，通過幾何形狀等二維特征很難對缺陷進行正確分類。此外，一些氧化鐵皮、油潰、水跡等“偽缺陷”與缺陷在形狀、灰度上非常相似，容易識別成缺陷，造成大量的“誤檢”。
[0003]通過三維測量方法可獲取表面深度信息，由于光度立體法具有分辨率高、受環(huán)境影響小、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，容易在鋼板生產(chǎn)線上安裝應用。采用光度立體法可以得到表面的三維形貌，通過三維形貌檢測壓痕、劃傷、輥印、裂紋、夾雜等缺陷。由于氧化鐵皮、油潰、水跡等“偽缺陷”在表面深度上幾乎沒有變化，因此通過表面三維形貌檢測缺陷可避免“偽缺陷”的干擾，減少“誤檢”。
[0004]光度立體法的理論基礎是朗伯漫反射模型，通過單臺攝像機拍攝物體在不同方向光源單獨照明下的一組圖像，根據(jù)表面反射模型可計算出表面法向量和梯度分布。金屬表面反射模型較復雜，同時含有鏡面反射和漫反射成分，軋制加工的鋼板表面具有均勻的紋理，其微觀結(jié)構(gòu)沿軋制方向排列。入射光接近軋制紋理方向時，反射光含有較多的漫反射成分；接近軋制紋理垂直方向時則含所有較多鏡面反射成分。將入射光限制在軋制紋理方向±50度范圍內(nèi)時可以近似視為理想漫反射表面。
[0005]通過光度立體法可以得到表面法向量或表面梯度，然后通過二維積分或優(yōu)化擬合算法根據(jù)梯度信息重建出表面三維信息，這一過程稱為三維重建。三維重建算法是表面三維測量的關(guān)鍵，傳統(tǒng)的三維重建算法有兩種:全局優(yōu)化算法和局部積分算法。全局優(yōu)化算法的復雜度與圖像像素數(shù)量成平方關(guān)系，隨著圖像像素數(shù)量的增加，算法耗時急劇增加，不適用于在線測量。局部積分算法的誤差太大，不具有實用的價值。
[0006]為了將表面三維重建方法應用于鋼板表面缺陷在線檢測，本發(fā)明設計了一種基于Haar小波的快速三維重建算法，其算法復雜度與圖像像素數(shù)量成線性關(guān)系，遠小于全局優(yōu)化算法的復雜度，而該算法的誤差要略小于全局優(yōu)化算法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]由于鋼板在生產(chǎn)線上處于高速運動狀態(tài)，為了解決動態(tài)物體的測量問題，本發(fā)明設計了動態(tài)光度立體視覺檢測方案。
[0008]本發(fā)明采用紅、綠、藍三個單色光源沿不同角度同時照明鋼板表面同一區(qū)域，其入射光與鋼板軋制速度方向的角度在土 50度范圍，通過垂直于鋼板表面的彩色CCD攝像機拍攝光源照射的鋼板表面區(qū)域，分離其彩色圖像的R、G、B通道，得到近似于紅、綠、藍光源單獨照明下獲得的三幅圖像IK，IG, Ib。Ik，Ig, Ib的高h=2n，寬w=2n，圖像坐標系(x，y)中某點的相對深度為Z (x, y)，梯度矩陣P為深度矩陣Z沿χ方向的差分，Q為深度矩陣Z沿y方向的差分，P、Q由IE, Ig, &和光源方向矩陣14導到，？0^，50，00^，50的初始值用P1，Q1表示，深度矩陣Z當作小波分解的初始矩陣LL°，則Z可以通過式(I)所示的小波分解算法，式(2)所示的遞推公式和式(3)所示的小波重構(gòu)算法得到:
【權(quán)利要求】
1.一種鋼板表面三維重建的快速實現(xiàn)方法，其特征在于:采用紅、綠、藍三個單色光源沿不同角度同時照明鋼板表面同一區(qū)域，其入射光與鋼板軋制速度方向的角度在±50度范圍，通過垂直于鋼板表面的彩色CCD攝像機拍攝光源照射的鋼板表面區(qū)域，分離其彩色圖像的R、G、B通道，得到近似于紅、綠、藍光源單獨照明下獲得的三幅圖像IK，IG, IboIe, Ig, Ib的高h=2n，寬w=2n，圖像坐標系(x，y)中某點的相對深度為Z (x，y)，梯度矩陣P為深度矩陣Z沿X方向的差分，Q為深度矩陣Z沿y方向的差分，P、Q由IK，IG, Ib和光源方向矩陣L得到，P (X，y)，Q(X，y)的初始值用P1，Q1表示，深度矩陣Z當作小波分解的初始矩陣LL°，則Z可以通過式(I)所示的小波分解算法，式(2)所示的遞推公式和式(3)所示的小波重構(gòu)算法得到:
2.一種鋼板表面三維重建的快速實現(xiàn)方法，其特征在于:所述的LLk可以通過式(4)進行優(yōu)化:
【文檔編號】G06T17/30GK103886642SQ201410137363
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】徐科, 王磊, 徐金梧, 周鵬, 楊朝霖 申請人:北京科技大學