[发明专利]一种基于图像背景剪除的动态视觉测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及高效率动态视觉测量中的图像处理领域，特别涉及在照明条件变化的情况下的一种有效的图像背景剪除技术、以及这种技术在视觉测量中的应用。

背景技术

随着大型飞机、载人航天和大型雷达等国家重要工程的快速推进，对大型零件设备的变形和大空间内物体的运动状态的实时监测技术得到了快速发展。计算机技术、电子技术、光学技术的日趋完善以及图像处理、模式识别等技术的不断进步，视觉测量技术已逐渐成为大型构件和设备状态信息的最主要的监测手段。

目前，大型构件和设备状态检测主要包括接触式和非接触式两种。接触式状态检测技术主要包括：人工采用卡具测量和三坐标测量机。人工采用卡具测量的操作简单、成本低，是目前生产中较多采用的一种测量方法，但测量效率低、精度差、无法实现动态测量。三坐标测量机是完成三坐标测量的通用设备，具有很好的测量精度，但测量范围有限，同样无法实现动态测量。非接触式检测技术主要有激光跟踪仪、3D激光测距仪、全站仪、经纬仪、视觉检测技术等。激光跟踪仪、3D激光测距仪、全站仪及经纬仪适于一般现场条件，测量范围大、精度高，但主要缺点是测量效率低，一次只能实现单点测量，无法实现大型构件或设备的表面信息测量和动态测量。

制约大型构件和设备的动态视觉测量的关键技术难点主要是：在对大型构件和设备的监测过程中会产生大量冗余数据，导致计算机处理数据量大、工作效率低下等问题，并且对于环境照明条件的突然变化，会导致动态视觉测量失效的问题。

实时背景剪除技术，在视频，跟踪，探测和实物放大系统中都是一个难题。之前在视频处理上的研究已经取得了很大的成果，但很少涉及光照条件突然变化的情况。在之前的研究中，背景保留技术可以通过更新背景模型来处理逐渐改变的光照条件，但在光照条件突然发生改变的时，这种方法会失效。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于一种基于图像背景剪除的动态视觉测量方法，其解决了现有动态视觉测量中由于高分辨率视频图像信息量大、图像的传输和处理比较困难的问题，在保证了动态视频测量的精度的前提下，提高了动态测量的效率。并且本发明所涉及的图像背景剪除技术能够有效的克服测量环境中光照条件的变化，获取测量点的图像信息。

围绕被测物体布置多个视觉测量站，从不同的角度对目标进行拍摄，并对被测物所需的测量点行全局标定，建立全局坐标系。对测量场内物体进行连续测量。测量主要包括长度测量和位移测量，也可以进行位姿测量。

在测量过程中，测量场内景物在视觉测量站的投影包括被测物体及其背景。测量的主要依据是被测物体，特别是测量靶标在视觉测量站中的投影，形成图像中的前景图像；测量场内其它物体的投影形成图像中的背景图像。其中背景图像所占区域较大，对数据传输及测量速度等有负面影响。为此，本发明提出使用背景剪除方法去除背景图像，保留前景图像。

在动态测量过程中，被测物体的移动将造成图像的变化；而由于光照等方面的影响，背景图像也会发生变化。本发明的特点在于将不同的变化区分开来。特别是测量场内光照发生突然变化时，前景图像和背景图像都将发生巨大变化，采用传统的背景剪除难以进行前景和背景的区分。本发明提出的背景剪除方法能够在测量场内光照发生突然变化时，保持对背景和前景的建模过程，保证前景和背景图像的区分。

在测量过程中，摄像机位置保持不变，其视场范围亦保持不变。在测量场内每个摄像机的背景剪除算法在各个采集的图像序列中进行。不同摄像机背景剪除后的结果在特征匹配过程中进行对应，随即采用立体视觉算法，计算测量靶标坐标。

根据本发明的实施例，提供了一种基于图像背景剪除的动态视觉测量方法，其中，围绕测量场布置有摄像机，所述摄像机具有固定的拍摄视野，所述方法包括以下步骤：步骤1、所述摄像机拍摄当前图像；步骤2、将所述当前图像与对应于先前光照条件的背景图像进行对应像素的像素值相减，将相减结果大于第一预定阈值的像素判定为前景像素，将相减结果不大于第一预定阈值的像素判定为背景像素；步骤3、根据当前图像的前景像素的数目占总像素数目的比例、以及当前图像相对于所述背景模型的变化的梯度方向的一致性，判定当前光照条件是否相对于先前光照条件而发生变化；步骤4、如果当前光照条件相对于先前光照条件而发生变化，则重建对应于当前光照条件的背景图像。