双频曲线拟合线结构光条纹中心提取方法
发布时间：2022-01-08 02:32
提出了一种双频曲线拟合的亚像素中心提取方法。首先采用二次阈值法自动分割光条区域,利用灰度重心法获取光条纹中心初始位置,然后用移动直线拟合初始位置得到光条曲线的局部法线,最后在法线方向上进行双频曲线拟合,得到光条纹中心的亚像素坐标。实验结果表明,该方法能消除部分高频噪声的影响。相比Steger法,该方法提取的条纹中心均方根误差小于0.1pixel,速度约是其26倍,可适用于多种材质表面光条纹中心的提取,为工业应用中的激光条纹中心提取提供参考。
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2020,57(14)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图１光条纹法线方向的光强灰度值
端若不满足５点数据的直线拟合，采用的策略：１）起始点处采用起始三点数据拟合得到直线；２）起始第二点处采用起始四点数据拟合得到直线；３）结束第二点处采用末尾四点数据拟合得到直线；４）结束点处采用末尾三点数据拟合得到直线。由于直线斜率ｋ∈（－π／２，π／２），若拟合得到的直线斜率接近０，则判定为水平直线，若其斜率接近于±π／２则判定为竖直直线。实验选用两个阈值Ｔ１和Ｔ２，０＜Ｔ１＜１，Ｔ２＞１，对拟合直线进行分类讨论，分类示意图如图２所示，分类方法如下。１）若ｋ＜－Ｔ２或ｋ＞Ｔ２，判定光条纹为竖直直线，沿图像ｘ方向在重心左右各取Ｎ个像素的灰度值。２）若－Ｔ１＜ｋ＜Ｔ１，判定光条纹为水平直线，沿图像ｙ方向在重心上下各取Ｎ个像素的灰度值。３）若Ｔ１＜ｋ＜１或－１＞ｋ＞－Ｔ１，以光条纹范围矩形框为边界，沿图像ｘ方向在重心左右各取Ｎ个像素的灰度值，逐像素将其横坐标代入光条纹拟合直线的法线方程，得到这些像素的灰度值。４）若Ｔ２＜ｋ＜１或－１＞ｋ＞－Ｔ２，以光条纹范围矩形框为边界，沿图像ｙ方向在重心上下各取Ｎ个像素的灰度值，逐像素将其纵坐标代入光条纹拟合直线的法线方程，得到这些像素的灰度值。图３为上述分类策略得到的光条纹法线方向。图２拟合直线角度分类示意图Ｆｉｇ．２Ａｎｇｌｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆｆｉｔｔｉｎｇｓｔｒａｉｇｈｔｌｉｎｅ图３线结构光光条纹法线方向提取结果Ｆｉｇ．３Ｌｉｇｈｔｓｔｒｉｐｅｎｏｒｍａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｅｘｔｒａｃｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｏ
Ｔ１＜ｋ＜Ｔ１，判定光条纹为水平直线，沿图像ｙ方向在重心上下各取Ｎ个像素的灰度值。３）若Ｔ１＜ｋ＜１或－１＞ｋ＞－Ｔ１，以光条纹范围矩形框为边界，沿图像ｘ方向在重心左右各取Ｎ个像素的灰度值，逐像素将其横坐标代入光条纹拟合直线的法线方程，得到这些像素的灰度值。４）若Ｔ２＜ｋ＜１或－１＞ｋ＞－Ｔ２，以光条纹范围矩形框为边界，沿图像ｙ方向在重心上下各取Ｎ个像素的灰度值，逐像素将其纵坐标代入光条纹拟合直线的法线方程，得到这些像素的灰度值。图３为上述分类策略得到的光条纹法线方向。图２拟合直线角度分类示意图Ｆｉｇ．２Ａｎｇｌｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆｆｉｔｔｉｎｇｓｔｒａｉｇｈｔｌｉｎｅ图３线结构光光条纹法线方向提取结果Ｆｉｇ．３Ｌｉｇｈｔｓｔｒｉｐｅｎｏｒｍａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｅｘｔｒａｃｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｏｆｌｉｎｅａｒｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｌｉｇｈｔ３．２基于非线性最小二乘的双频曲线拟合根据（１１）式迭代计算ｘ的最优值，当近似的Ｈｅｓｓｉａｎ矩阵奇异或近似奇异时，Ｇａｕｓｓ－Ｎｅｗｔｏｎ法不能得到ｘ的最优解。实验用Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ－Ｍａｒｑｕａｒｄｔ［２１］方法求解双频曲线拟合过程中的非线性优化问题，该方法将一个正定对角矩阵加到ＡＴｋＡｋ上，将（９）式的矩阵特征值结构变为对称正定矩阵，其解为１４１５０２－３
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于灰度权重模型的激光条纹中心提取算法[J]. 黄凌锋,刘光东,张超,甘宏,罗文婷,李林. 激光技术. 2020(02)
[2]基于结构光的高反物体三维形貌测量方法[J]. 杨鹏斌,邓林嘉,陈元,伏燕军,徐天义,王霖. 中国激光. 2019(02)
[3]视觉-线结构光组合技术在轨道检测中的应用[J]. 许万旸,刘艳杰,李潘,王顺,王志恒. 激光与红外. 2018(10)
[4]基于海森矩阵与区域增长的激光条纹中心提取[J]. 刘剑,刘丽华. 激光与光电子学进展. 2019(02)
[5]光刀自适应灰度加权亚像素中心精确提取[J]. 胡改玲,周翔,杨涛,王军平,张春伟,王刚锋,李玉勤,郭家玉. 西安交通大学学报. 2018(05)
[6]光学显微线条纹图像中心线提取[J]. 李海,张宪民,黄沿江,单译琳. 光学精密工程. 2017(05)
[7]数控刀具线结构光在位测量方法[J]. 王鹏,钟小峰,孙长库,王中任,刘海生. 纳米技术与精密工程. 2017(02)
[8]基于主成分分析的结构光条纹中心提取方法[J]. 蔡怀宇,冯召东,黄战华. 中国激光. 2015(03)
[9]基于互相关算法的激光条纹中心提取[J]. 刘振,李声,冯常. 中国激光. 2013(05)
[10]变边限高斯拟合提取激光条纹中心线方法的研究[J]. 高世一,杨凯珍. 仪器仪表学报. 2011(05)
本文编号：3575728
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2020,57(14)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图１光条纹法线方向的光强灰度值
端若不满足５点数据的直线拟合，采用的策略：１）起始点处采用起始三点数据拟合得到直线；２）起始第二点处采用起始四点数据拟合得到直线；３）结束第二点处采用末尾四点数据拟合得到直线；４）结束点处采用末尾三点数据拟合得到直线。由于直线斜率ｋ∈（－π／２，π／２），若拟合得到的直线斜率接近０，则判定为水平直线，若其斜率接近于±π／２则判定为竖直直线。实验选用两个阈值Ｔ１和Ｔ２，０＜Ｔ１＜１，Ｔ２＞１，对拟合直线进行分类讨论，分类示意图如图２所示，分类方法如下。１）若ｋ＜－Ｔ２或ｋ＞Ｔ２，判定光条纹为竖直直线，沿图像ｘ方向在重心左右各取Ｎ个像素的灰度值。２）若－Ｔ１＜ｋ＜Ｔ１，判定光条纹为水平直线，沿图像ｙ方向在重心上下各取Ｎ个像素的灰度值。３）若Ｔ１＜ｋ＜１或－１＞ｋ＞－Ｔ１，以光条纹范围矩形框为边界，沿图像ｘ方向在重心左右各取Ｎ个像素的灰度值，逐像素将其横坐标代入光条纹拟合直线的法线方程，得到这些像素的灰度值。４）若Ｔ２＜ｋ＜１或－１＞ｋ＞－Ｔ２，以光条纹范围矩形框为边界，沿图像ｙ方向在重心上下各取Ｎ个像素的灰度值，逐像素将其纵坐标代入光条纹拟合直线的法线方程，得到这些像素的灰度值。图３为上述分类策略得到的光条纹法线方向。图２拟合直线角度分类示意图Ｆｉｇ．２Ａｎｇｌｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆｆｉｔｔｉｎｇｓｔｒａｉｇｈｔｌｉｎｅ图３线结构光光条纹法线方向提取结果Ｆｉｇ．３Ｌｉｇｈｔｓｔｒｉｐｅｎｏｒｍａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｅｘｔｒａｃｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｏ
Ｔ１＜ｋ＜Ｔ１，判定光条纹为水平直线，沿图像ｙ方向在重心上下各取Ｎ个像素的灰度值。３）若Ｔ１＜ｋ＜１或－１＞ｋ＞－Ｔ１，以光条纹范围矩形框为边界，沿图像ｘ方向在重心左右各取Ｎ个像素的灰度值，逐像素将其横坐标代入光条纹拟合直线的法线方程，得到这些像素的灰度值。４）若Ｔ２＜ｋ＜１或－１＞ｋ＞－Ｔ２，以光条纹范围矩形框为边界，沿图像ｙ方向在重心上下各取Ｎ个像素的灰度值，逐像素将其纵坐标代入光条纹拟合直线的法线方程，得到这些像素的灰度值。图３为上述分类策略得到的光条纹法线方向。图２拟合直线角度分类示意图Ｆｉｇ．２Ａｎｇｌｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆｆｉｔｔｉｎｇｓｔｒａｉｇｈｔｌｉｎｅ图３线结构光光条纹法线方向提取结果Ｆｉｇ．３Ｌｉｇｈｔｓｔｒｉｐｅｎｏｒｍａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｅｘｔｒａｃｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｏｆｌｉｎｅａｒｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｌｉｇｈｔ３．２基于非线性最小二乘的双频曲线拟合根据（１１）式迭代计算ｘ的最优值，当近似的Ｈｅｓｓｉａｎ矩阵奇异或近似奇异时，Ｇａｕｓｓ－Ｎｅｗｔｏｎ法不能得到ｘ的最优解。实验用Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ－Ｍａｒｑｕａｒｄｔ［２１］方法求解双频曲线拟合过程中的非线性优化问题，该方法将一个正定对角矩阵加到ＡＴｋＡｋ上，将（９）式的矩阵特征值结构变为对称正定矩阵，其解为１４１５０２－３
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于灰度权重模型的激光条纹中心提取算法[J]. 黄凌锋,刘光东,张超,甘宏,罗文婷,李林. 激光技术. 2020(02)
[2]基于结构光的高反物体三维形貌测量方法[J]. 杨鹏斌,邓林嘉,陈元,伏燕军,徐天义,王霖. 中国激光. 2019(02)
[3]视觉-线结构光组合技术在轨道检测中的应用[J]. 许万旸,刘艳杰,李潘,王顺,王志恒. 激光与红外. 2018(10)
[4]基于海森矩阵与区域增长的激光条纹中心提取[J]. 刘剑,刘丽华. 激光与光电子学进展. 2019(02)
[5]光刀自适应灰度加权亚像素中心精确提取[J]. 胡改玲,周翔,杨涛,王军平,张春伟,王刚锋,李玉勤,郭家玉. 西安交通大学学报. 2018(05)
[6]光学显微线条纹图像中心线提取[J]. 李海,张宪民,黄沿江,单译琳. 光学精密工程. 2017(05)
[7]数控刀具线结构光在位测量方法[J]. 王鹏,钟小峰,孙长库,王中任,刘海生. 纳米技术与精密工程. 2017(02)
[8]基于主成分分析的结构光条纹中心提取方法[J]. 蔡怀宇,冯召东,黄战华. 中国激光. 2015(03)
[9]基于互相关算法的激光条纹中心提取[J]. 刘振,李声,冯常. 中国激光. 2013(05)
[10]变边限高斯拟合提取激光条纹中心线方法的研究[J]. 高世一,杨凯珍. 仪器仪表学报. 2011(05)
本文编号：3575728
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