桂林电子科技大学机电工程学院广西制造系统与先进制造技术重点实验室,广西 桂林 541004
线结构激光3D成像技术已广泛用于焊接检测。飞溅干扰下快速、准确、实时地提取光条中心图像是实现焊缝在线检测的关键问题。针对传统方法难以有效解决强弧光和焊渣飞溅干扰的问题,提出一种新的抗飞溅光条中心快速提取方法。首先,根据激光光条宽度约束条件提取条纹几何中心,采用快速连通域提取算法筛选出有效轮廓,利用改进的局部边缘连接算法连接飞溅导致的断点;然后,搜索相邻轮廓,将其构成有序对,并生成有向图,查找光条中心投影长度最大的路径作为真实的光条中心轮廓;最后,在粗提取的中心轮廓局部,沿法向计算亚像素中心。实验结果表明,所提方法能有效抵抗焊接时的飞溅干扰,即使拆除线结构光传感器的挡板,仍能实时准确地提取光条中心线,与多种算法相比,具有更高的运行速度和提取精度。
成像系统 激光条纹中心提取 线结构光 焊接 连通域 边缘连接 激光与光电子学进展
2022, 59(16): 1611011
1 湖北工业大学机械工程学院, 湖北 武汉 430068
2 现代制造与质量工程湖北省重点实验室, 湖北 武汉 430068
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0.1 pixel,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。
机器视觉 条纹中心提取 双频曲线拟合 线结构光 激光与光电子学进展
2020, 57(14): 141502
沈阳建筑大学信息与控制工程学院, 辽宁 沈阳 110168
准确、快速地提取结构光条纹中心是三维测量系统中的关键问题。针对现存的结构光条纹中心提取精度与速度之间的矛盾,提出一种全新的基于海森(Hessian)矩阵与区域增长相结合的激光条纹中心提取方法。采用自适应阈值法提取图像的感兴趣区域,利用灰度值最大法确定像素级条纹中心的初始位置;利用Hessian矩阵求取初始点法线方向上的亚像素级光条中心点;将光条中心点作为种子点进行区域增长迭代运算,从而精确提取条纹中心。区域增长算法解决了传统方法中存在的大量高斯卷积运算的问题,提高了条纹中心的提取速度。实验结果表明,该算法提取的条纹中心准确度高,满足三维测量系统中实时在线的要求。该算法的均方差相比于灰度重心法降低了2.02 pixel,提取速度相比于Steger法提高了40倍。
测量 结构光 条纹中心提取 区域增长 海森矩阵 激光与光电子学进展
2019, 56(2): 021203
1 中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所, 北京 100081
2 北京交通大学理学院, 北京 100044
研究了行车环境下激光条纹图像中心线快速、准确且可靠的提取方法。基于ENet深度学习模型实现了激光条纹的多区段快速分割;通过统计各区段内光条梯度方向的直方图来确定各分段光条的法线主方向,并构造了相应的方向模板;利用分区域多模板匹配的灰度重心法实现了光条中心的亚像素坐标提取。研究结果表明,该方法可以有效克服室外行车环境中各类干扰信息对光条中心提取的影响,单幅钢轨轮廓图像的光条提取时间仅为2.1 ms,误差均值约为0.082 pixel,标准差为0.047 pixel,兼顾了光条中心提取的时效性和准确率。
图像处理 结构光测量 光条中心提取 图像分割 深度学习 多模板匹配 亚像素
西北农林科技大学信息工程学院, 陕西 杨凌 712100
在基于三角法的线结构光三维测量系统中,如何快速精确地从光条图像中提取光条中心位置是实时精密测量的关键问题。本文在分析线结构光光源选择、环境噪声和被测物体表面反射属性等影响光条中心提取因素的基础上,对当前已有的线结构光光条中心提取方法进行综述,包括专门的光条图像去噪技术和阈值分割技术,以及传统的和改进的光条中心提取算法,分析其原理及关键技术。最后,针对目前线结构光测量中存在的问题给出建议,指出开发能处理高像素图像,并能在室外强光和复杂的自然环境中使用的单目激光系统是将来的发展趋势。
测量 线结构光测量 提取光条中心 图像去噪 图像分割 激光与光电子学进展
2013, 50(10): 100002
清华大学 精密仪器与机械学系 精密测试技术及仪器国家重点实验室,北京 100084
为了精确提取粗糙金属表面的光条中心,提出了一种基于光切法的光刀条纹中心提取方法。从图像形态学角度出发,分析了图像的噪声来源,利用图像增强处理将噪声转化成颗粒状形态,并保持有效光条的连续条纹状特征。然后,通过对图像连通区域面积计数,分割噪声和有效光条信息,将得到的二值化光条图像作为掩模板,与原图像相乘来复原光条图像的灰度信息。最后,应用灰度重心法对已去噪的光条灰度图像进行中心提取。实验结果表明,提出的方法可使提取的光条中心全部落在光条位置区域。对噪声较多的直线条纹区域进行的中心提取显示,此方法的平均误差为0.337 5个像素。
光切法 光条中心提取 粗糙金属表面 重心法 light-sectioning method laser-stripe center extraction rough metal surface barycenter method
1 燕山大学 工业计算机控制工程河北省重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
2 河北农业大学 机电学院, 河北 保定 071001
为了快速、准确地检测出输送机皮带工作时发生的纵向撕裂事故, 提出了一种基于线激光的视觉检测方法。“一”字线激光器向皮带底面投射直线激光条纹, 使用CCD相机获取图像并提取出光条中心, 通过分析光条中心畸变特征来判断皮带表面是否存在撕裂。首先采用阈值法对激光条纹进行分割;然后在光条区域上利用重心法实现光条中心的粗略提取;最后利用Bazen方法求取光条法线, 在法线方向上采用高斯拟合法实现光条中心的亚像素精度提取。利用具有多种纵向撕裂特征的故障皮带进行检测, 实验结果表明, 所提出的方法具有精度高、速度快的特点, 测量精度达到了毫米级, 可以满足实际皮带检测的需要。
皮带撕裂 机器视觉 光条中心提取 高斯拟合 亚像素 conveyor belt rip machine vision stripe center extraction Gaussian fitting sub-pixel