[发明专利]一种铝合金熔池轮廓提取方法

权利要求书

1.一种铝合金熔池轮廓提取方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：采集熔池图像并进行ROI选择：采集熔池图像，对熔池图像进行ROI选择；

步骤二：半监督图像分割：

a、超像素分割：采用SLIC超像素分割方法，根据图像的色彩信息和空间信息进行聚类，形成形状和大小均匀的超像素，采用基于最大相似度的区域合并方法，将非标记的背景区域自动合并并且标记，非标记对象区域将被识别并避免与背景合并，直至非标记区域均被标记，最大相似度区域合并时通过Mean Shift方法进行初始分割，将熔池图像分割成多个区域，使用颜色直方图作为每个区域的描述符，通过RGB颜色空间对区域进行颜色直方图的计算，将R、G、B颜色通道均匀量化为16个级别，在4096个特征空间中计算每个区域的直方图，最大相似度的区域合并算法定义A和B两个区间之间的相似性度量ρ（A，B）,使用Bhattacharyya系数衡量两个相邻区域的相似度，即（1）式所示，

（1）

式中分别表示区域A和B中颜色u出现的概率；

b、区域合并：熔池图像轮廓周围区域颜色特征差距较大，将图像颜色通道分为8级，减少冗余特征量和计算量，则衡量两个区域相似度如（2）式，

（2）

且整个图像的区域分为三种：标记的目标区域、标记的背景区域和非标记区域，最大相似度的区域合并算法通过（3）式，实现图像区域自动合并，即，

（3）

式中代表区域B的所有近邻超像素块，通过（3）式计算区域B和其邻域之间相似性，选择邻域中与区域B相似度最大的区域合并；

步骤三：自适应图像分割：在SLIC进行图像分割中出现过分割时，熔池尾端轮廓效果模糊，熔池尾部两侧与背景的对比度低，需要通过图像抠图技术进行调整，将目标图像从整体熔池图像中分割出来，采用闭合形式抠图算法，即图像中每个像素是由对应的线性前景背景颜色组成，如（4）式所示，

（4）

公式（4）近似简化为，通过公式转换得，，其中，为前景所占的比例，即透明度，为前景值，为背景值；针对彩色图像，利用CFM算法，假设在一个小窗口ω中，前景值和背景值都位于一条直线上，即如式（5）所示，

（5）

式中，为F/B中任意的2个前景/背景值，为F背景的第i个透明度，为B背景的第i个透明度，将公式（5）代入公式（4）得到抠图模型如式（6）所示，

（6）

式中，c为彩色图像的R、G、B三个通道，令H代替 矩阵，则公式（6）可以用式（7）表示，

（7）

因此得到了数学模型，如式（8）所示，

（8）

式中为彩色图像R、G、B三个通道中某个通道中前景的比例，为了求解，如式（9）所示能量函数定义为，

（9）

式中，的加入相当于增加了一个正则项，提高了数据的稳定性，为了最小化能量函数，由得，如式（10）所示，

（10）

式中L是一个Laplacian矩阵，为的转置，用户输入的交互性信息作为的约束条件，可以用式（11）表示，

（11）

其中，是对角矩阵，对角线元素为被标记的像素，是矢量，包含了被标记像素的值，前景为1，背景为0，公式（11）所示的函数是关于的二次方程，可以通过求其导数得到全局最小值；

步骤四：熔池轮廓提取：初始采集的熔池图像经过超像素分割、最大相似度区域合并算法得到基础熔池分割结果，接着进行形态学运算与闭合形式抠图算法得到精确的熔池轮廓。

2.根据权利要求1所述的铝合金熔池轮廓提取方法，其特征在于：所述最大相似度的区域合并算法合并过程分为两步，首先将标记背景区域与其相邻区域中的非标记区域进行最大相似性合并，当找不到新的合并区域时迭代停止；然后非标记区域相互合并，当找不到新的合并区域时迭代停止。

3.根据权利要求1所述的铝合金熔池轮廓提取方法，其特征在于：所述ROI区域为包含熔池全部轮廓的最小区域。

4.根据权利要求1所述的铝合金熔池轮廓提取方法，其特征在于：所述SLIC将图像分割成多个超像素，设置的超像素的个数为220。

5.根据权利要求1所述的铝合金熔池轮廓提取方法，其特征在于：所述ROI区域大小为150*70。