[发明专利]一种基于跟踪和自适应图像分割的金属增材制造监测方法

权利要求书

1.一种基于跟踪和自适应图像分割的金属增材制造监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，图像采集：采用图像采集装置采集增材过程图像，所述增材过程图像包含若干需要跟踪的对象；

步骤2，图像预处理，对所有增材过程图像进行对比度等变换，并将所述增材过程图像的每个像素RGB进行随机扰动的椒盐、高斯噪声去除；

步骤3、对预处理后的图像进行间隔抽样，将抽样得到的增材过程图像组成图像样本集；

步骤4、按照时间顺序读取步骤3得到图像样本集中的增材过程图像，该图像时刻顺序记为k，选取一个跟踪对象，创建目标区域并做标记，所述目标区域为以跟踪对象为中心的矩形框；

步骤5、图像粒子滤波初始化，在目标区域随机生成用于粒子滤波的N个初始粒子；

步骤6、对目标区域进行粒子滤波跟踪，计算第k定位时刻粒子滤波的坐标集中各粒子坐标；

步骤7、根据步骤6中得到第k时刻的粒子坐标，计算粒子滤波的坐标集中各粒子权值；

步骤8、在执行步骤7的同时对步骤5中初始化后的目标区域进行Mean-shift算法跟踪；

步骤9、在Mean-shift算法跟踪后，提取目标区域的每个粒子的PHOG特征；

步骤10、将步骤7中获得的各定位时刻粒子滤波的坐标集中各粒子权值与步骤9中相应粒子的PHOG特征做对比，得到判断指标w_m，公式如下；

上式中，表示第k定位时刻粒子滤波坐标集中第m个粒子的权值，P((x_k,y_k)_m)为第k定位时刻第m个粒子的PHOG特征，m取值为1至N，k为定位时刻序数；

步骤11、给判断指标w_m设定阈值w₀；如果该时刻增材过程图像中目标区域内，对于所有滤波粒子的判断指标w_m都大于设定阈值w₀，则执行步骤12；

否则，返回步骤8，重新进行Mean-shift算法跟踪并再次计算PHOG特征和判断；

步骤12、第k定位时刻粒子滤波坐标集中各粒子重采样；

步骤13、计算重采样后第k定位时刻目标区域内，跟踪对象的坐标集

步骤14，根据跟踪对象坐标集分割增材过程图像，删掉无用背景。

2.根据权利要求1所述基于跟踪和自适应图像分割的金属增材制造监测方法，其特征在于：对于金属增材制造监测过程中，所述跟踪的对象包括熔池、等离子电弧及溅射。

3.根据权利要求1所述基于跟踪和自适应图像分割的金属增材制造监测方法，其特征在于：步骤3中，所述抽样的间隔为50-200张。

4.根据权利要求1所述基于跟踪和自适应图像分割的金属增材制造监测方法，其特征在于：步骤5中，初始粒子的个数N取值为100-500。

5.根据权利要求1所述基于跟踪和自适应图像分割的金属增材制造监测方法，其特征在于：步骤6中，粒子滤波跟踪过程中利用卡尔曼滤波算法确定某定位时刻每个粒子的坐标；并将该定位时刻每个粒子的坐标组成该定位时刻粒子滤波的状态坐标集，某定位时刻每个粒子的坐标计算方式如下：

其中，k表示时刻序数，和是第m个粒子第k生成时刻的横、纵坐标；和是第m个粒子第k-1生成时刻的横、纵坐标，k＝1时，和表示第m个粒子初始时刻的横、纵坐标表示；w_k是第k时刻增材过程图像的拟扰动椒盐、高斯噪声，f为卡尔曼滤波算法特征函数。

6.根据权利要求5所述基于跟踪和自适应图像分割的金属增材制造监测方法，其特征在于：步骤7中，第k定位时刻粒子滤波的状态坐标集中各粒子权值计算公式如下：

其中，表示第k个定位时刻粒子滤波坐标集中第m个粒子的权值。