[发明专利]基于灰度重心法的光条中心快速提取方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机视觉测量领域，涉及视觉测量中，左右摄像机视场拍摄角度不一致时特征信息的有效获取。

背景技术

双目立体视觉的测量原理是根据双目摄像机同时拍摄的两张图片的二维图像信息得到物体的几何三维信息。为得到待测物体的特征尺寸，需要将光条投射至待测物体表面，利用摄像机拍摄其二维图片，提取二维图片中的特征光条中心点并将其进行匹配，从而还原待测物体表面的三维特征信息。图片中光条的特征信息直接反应了待测物体的特征尺寸信息，然而由于双目摄像机的拍摄角度、距离等并不完全相同，导致特征光条在左右图像中的几何信息差异较大，左右图像中的像素点不能完全一一匹配。目前视觉测量中常用的光条中心提取方法包括传统的灰度重心法、方向模板法、曲线拟合法以及基于Hessian阵的steger算法。相比之下，灰度重心法算法简单，速度快，其中胡斌等人在《计算机工程与应用》2002(11)：59-60发表的《基于方向模板的结构光条纹中心检测方法》提出该方法将各个带有方向性的模板依次与结构光光条图像卷积，光条截面的极值将被强化而周围的非极值点被相应抑制，然后比较各方向最强的点即为光条的中心点，其结果为像素级。

曲线拟合方法及steger算法虽然能达到亚像素精度，但因其算法复杂度高，提取效率低不适合用于实时在线测量中的光条中心提取。可充分满足测量的实时性要求，且相对于其他传统提取方法，灰度重心法能够实现光条中心点在计算方向的亚像素坐标提取，对光条在该方向内的平移不敏感，减小由于光条灰度分布的不对称引起的误差，因而更广泛地应用于具有在线实时性要求的视觉测量中。然而，利用灰度重心法进行光条提取的过程中，在光条方向通常以像素为单位确定用于计算灰度权重的光条截面方向，导致同一光条在左右图像中提取出的光条中心点数量不一致，影响后续光条中心点的精准匹配，造成较大的测量误差。

发明内容

本发明主要解决的是在利用双目立体视觉及结构光条进行工件尺寸测量过程中，光条中心点的快速高精度提取问题，发明了一种基于灰度重心法的光条中心快速提取方法，在提取光条中心的过程中，需要对待测物体边界进行识别，对同一光条左右图像中的中心点数判断比较，并进行线性插值，实现待测物体表面光条中心点的等量快速高精度提取。

本发明采用的技术方案是基于灰度重心法的光条中心快速提取方法，采用双目摄像机拍摄，其特征是，方法首先采用双目摄像机拍摄待测表面激光光条，然后，利用传统的灰度重心法在光条的每行像素内进行中心点的粗提取，设定边界识别阈值以确定光条的测量有效区域；再利用对左右图像信息数量的判定线性拆分光条方向像素坐标，得到光条中心在该方向内的亚像素坐标；最后，利用边界点信息及拆分结果进行光条中心的精确提取，得到有效光条的中心点坐标；方法的具体步骤如下：

步骤1：灰度重心法粗提取光条中心

设第i行像素坐标内单根光条截面中各像素点的坐标为(x_i,y_j)，其中x_i＝i，y_i＝j为第i行第j列像素点坐标值，相应的灰度值为g(x_i,y_j)，则该截面的中心点坐标(x_c,y_c)利用灰度重心法计算如下：

其中，(x_c,y_c)为一个截面内的中心点坐标，x_c为像素级，y_c可达亚像素级，n为截面内像素点的个数，g(x_i,y_j)为(x_i,y_j)对应的灰度值；把光条每个截面内像素点的灰度分布质心作为截面的光条中心点，即可粗提取出单方向为亚像素级精度的特征光条中心点；

步骤2：建立光条有效区域模型

针对双目立体视觉测量系统，利用待测表面图像上光条中心点分布与背景图像上光条中心点分布的几何关系，判别光条中心点信息是否有效，确定带有表面几何特征信息的光条有效区域；