[发明专利]一种快速高精度的光条中心亚像素提取方法

说明书

本发明一种快速高精度的光条中心亚像素提取方法属于计算机视觉测量技术领域，涉及一种快速高精度的光条中心亚像素提取方法。该方法基于局部二次曲线逼近快速求解光条法线方向进而二阶泰勒展开计算光条亚像素中心，首先采用运算速度极快的阈值法光条中心提取获得初始光条中心位置，通过局部二次曲线逼近的方法快速求解初始中心点位置的光条法线方向，归一化处理后利用图像函数在初始中心点处的二阶泰勒展开求解亚像素精度的光条中心。该方法简化了光条法线方向的求解，在法线方向上高精度的提取光条亚像素中心坐标，从而达到高精度和高效率双重要求，且针对现场复杂的光照环境和测量对象，适应性和鲁棒性更强，综合表现更优。

技术领域

本发明属于计算机视觉测量技术领域，涉及一种快速高精度的光条中心亚像素提取方法。

背景技术

为还原待测工件表面的三维信息，高精度的被测表面特征信息的提取尤为重要。采用双目视觉结合辅助线激光扫描的测量方案中，将线激光条纹投射于被测物表面，被调制的激光条纹中心反映了被测物的空间位置信息。因此，准确的光条中心提取是实现三维形面高精度测量的关键。

目前，常用的光条中心提取方法主要有极值法、阈值法、灰度重心法、方向模板法、曲线拟合法和steger算法等。极值法和阈值法能够实现像素级的光条中心提取，其算法简单、运算速度快，能够满足实时测量要求，但图像质量要求高，对噪声敏感，精度较低，可靠性差，一般不适用于精密测量领域。方向模板法利用方向模板与图像进行卷积，使得光条横截面的极值点被强化，非极值点被抑制，再对得到的结果进行比较，从而找到最大的点作为光条的中心点位置。该方法考虑了光条的方向性，算法鲁棒性好，但精度也只能达到像素级，且运算速度较慢。另外，灰度重心法、曲线拟合法和steger算法能够实现亚像素级的光条中心提取。灰度重心法是目前商业设备中普遍采用的光条提取方法，能够基本满足提取精度和提取效率的双重要求；但提取精度只能在一个维度方向上达到亚像素级，精度有待进一步提高。曲线拟合法和steger算法算法则比较复杂，提取效率低，无法满足测量快速实时性要求。文献[周富强,陈强,张广军,等.结构光光条提取的混合图像处理方法[J].光电子·激光,2008,19(11):1534-1537.]提出了一种基于感兴趣区域(ROI)的光条中心提取算法，首先通过阈值化处理和条件膨胀算法确定光条所在ROI，然后利用steger算法实现ROI内光条中心的高精度提取。为了进一步提高steger算法的卷积速度，研究者在之前的工作中还提出了采用分离高斯卷积实现算法或递归高斯滤波实现算法，在ROI内操作可显著提高光条提取的速度。周富强，张广军，江洁，胡坤发明的专利号为CN 200510123724.6的“一种结构光条纹中心快速高精度提取方法”采用求解hessian矩阵确定光条的法线方向，利用泰勒展开和递归方法求解光条的亚像素级中心位置，在保证精度和鲁棒性的条件下减小了运算量，一定程度上实现了光条纹中心的快速提取。

发明内容

本发明要解决的技术难题是针对大型曲面测量现场光照环境复杂、拍摄的光条图像存在局部高反光和整体光照不均、局部区域光条存在过曝和局部区域光条过暗等现象严重影响光条提取的完整性和精度的问题，发明了一种快速高精度的光条中心亚像素提取方法。该方法首先采用运算速度极快的阈值法光条中心提取获得初始光条中心位置，然后通过局部二次曲线逼近的方法快速求解初始中心点位置的光条法线方向，归一化处理后利用图像函数在初始中心点处的二阶泰勒展开求解亚像素精度的光条中心。该方法将耗时最多的光条法线方向求取过程进行了极大的简化，在法线方向上高精度的提取光条亚像素中心坐标，从而达到了现场测量的高精度和高效率双重要求；且针对现场复杂的光照环境和测量对象，适应性和鲁棒性更强，综合表现更优。

本发明采用的技术方案是一种快速高精度的光条中心亚像素提取方法，其特征是，该方法基于局部二次曲线逼近快速求解光条法线方向，并使用二阶泰勒展开计算光条亚像素中心。首先根据阈值法得到像素级的初始光条中心位置；然后以二次曲线去逼近局部初始光条中心点的变化趋势，从而遍历所有初始光条中心点的法线方向并做归一化处理；最后基于光条法向高斯分布，在初始中心点处二阶泰勒展开求解亚像素精度的光条中心。方法具体步骤如下：