[发明专利]基于消失线的长方体表面透视变形的矫正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字图像处理和空间图像变换技术，尤其涉及一种基于消失线的长方体表面透视变形的矫正方法。 

背景技术

随着市场经济的发展，企业在不断提高产品内在质量的同时，也更关注产品的外观质量。手工检验产品外观质量的弊端显而易见，这为机器视觉创造了新的应用领域。机器视觉技术是一门多学科融合的科学，融汇了信息处理技术，图像处理技术，生物物理学，心理学等学科，是近几年迅猛发展的学科之一。 

物体表面质量自动检测是计算机视觉的一个具体应用，通过对被检测物体的图像采集、去扰动、图像分割、特征提取、相似性测量与判决，从而对产品外观视觉效果能否符合预定要求进行判定。 

在对图像进行特征提取和相似性测量时，一般图像都有一定的透视变形，图像的透视变形会对特征的提取和匹配产生不良影响；特别是在区域特征提取的时候，两幅图像上的对应特征点的区域描述会因为透视变形的存在而相差很大，很难进行相似性测量。因此，我们必须找到一种方法，使图的透视变形的影响降到最低，并且使得之后的特征描述和特征点匹配能够得到更有效的结果。 

本发明针对图像的透视变形影响特征点的区域描述的问题，提出了一种基于消失线的长方体表面透视变形的矫正方法。用图像采集系统采集长方形图像，通过边缘检测找到长方体表面的四条边并把其围成的区域截取出来，然后再对截取出来的不规则四边形围成的区域进行插值。 

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于消失线的长方体表面透视变形的矫正方法，该方法可以使图像的透视变形对特征提取和特征匹配的不良影响特降到最低。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种基于消失线的长方体表面透视变形的矫正方法，该方法的实现步骤如下： 

步骤1：利用长方体外包装的产品外观检测系统拍摄长方体包装表面图像； 

步骤2：用形态学中的腐蚀算法对采集的图像进行边缘检测，对得到的图像边缘用Radon变换算法求出四边形的四条边，并确定其顶点坐标； 

步骤3：求出四边形的对边所在直线的交点坐标，得到的两个交点即为图像的消失点，两点确定的直线即为消失线； 

步骤4：计算消失线的倾斜角，按此倾斜角旋转图像，使消失线位于图像的下方并且平行于水平方向，旋转后重新得到四边形的顶点坐标，消失点坐标和消失线； 

步骤5：保留四条边围成的区域内的点的像素值，其他像素置零； 

步骤6：对步骤5中得到的四边形利用插值比例进行插值，然后按一定角度旋转插值后的图像，即可得到矫正后的长方体包装表面图像。 

所述的步骤6中插值过程如下：对于一幅R行C列的图像，图像中的第m行m＜R的像素用 的比例在水平方向插值，并将插值后的每行按其中点对齐得到一个新的图像矩阵；然后，按照第m行对应与长方体表面图像中的第 至 行在竖直方向上自上而下依次差值，插值后的图像即为矫 正后的图像；其中K₁为大于0小于1的系数，由矩形的邻边互相垂直的性质求出，K为系数常量，K＝N′，n为此行上的像素点到消失线的距离，n＝N′-m。 

本发明的有益效果：本发明通过确定图像的消失线，在消失线方向和消失线垂直方向对图像按一定比例插值，最终完成对图像的透视变形的矫正。这种方法仅需一幅图像，不需要对图像采集系统事先标定，既可以完成对原来长方体表面图像的恢复，矫正后的图像与原长方体表面相比具有很高的结构相似度，矫正后图像的长宽比例和实际矩形面的长宽比例相同。本发明用在长方体外包装的产品外观检测系统中，对检测系统拍摄下来的长方体包装表面进行矫正，然后计算矫正后图像和标准图像的结构相似程度，就能够准确的发现产品外包装与标准包装的外观差异，从而判定包装是否合格。 

附图说明

图1为图像平面和消失线的示意图； 

图2a图像采集系统在垂直于消失线的平面上的投影图； 

图2b垂直于光轴和消失线的方向上的视图； 

图3a为用相机任意角度拍摄的DVD ReWrite包装盒图像； 

图3b为用相机任意角度拍摄的DVD ReWrite包装盒图像； 

图3c为用相机任意角度拍摄的DVD ReWrite包装盒图像； 

图3d为用相机任意角度拍摄的DVD ReWrite包装盒图像； 

图4a为提取的对应于图3a中图像的待矫正的长方体表面； 

图4b为提取的对应于图3b中图像的待矫正的长方体表面；