[发明专利]一种基于法向量统计特性的粗糙度各向异性参数测量方法

说明书

本发明公开了一种基于法向量统计特性的粗糙度各向异性参数测量方法，首先获取粗糙度对比样块表面四个偏振角度的红外图像，通过求解斯托克斯矢量计算出红外辐射的偏振参数；其次从粗糙度对比样块中选择一个样块并提取出该样块内区域作为待测区域；然后建立分别含有不同方向测试线的空间滤波器180个，分别提取出180组法向量，再分别计算该组测试线上全部法向量与法向量平均值的余弦相似度并取均值；最后依次获取不同方向上法向量的平均余弦相似度，根据二维组构张量模型得到被测表面的粗糙度各向异性参数。本发明具有可靠性高、非接触、特征提取准确的优势，同时红外偏振检测设备体积小、重量轻、测量系统布置简单，更加适用于实际工况环境中。

技术领域

本发明属于计算机视觉技术领域，具体涉及一种基于法向量统计特性的粗糙度各向异性参数测量方法。

背景技术

工业物体的基本机械加工方法主要包括车削、铣削、刨削、磨削等，在加工过程中利用刀具和物体表面之间产生的往复运动来达到“车铣刨磨”工件表面的目的。物体在与刀具的往复运动中会形成各向异性的表面，具体表现为粗糙度沿物体表面的不同方向存在差异。表面各向异性和物体结合面的接触特性息息相关，会对物体的摩擦磨损、接触阻尼、传热导电、密封性能、机械性能等产生影响，因此测量物体表面粗糙度各向异性在实际工程中有着重要价值。

现有的测量方法主要分为触摸法、剖切法和计算机视觉方法，其中触摸法是有经验的操作工人通过手工触摸进行测量，这种方法依靠工作人员的经验可靠性不高；剖切方法是将物体沿不同方向进行切割，通过研究切割断面进行测量，这种方法实施难度大，且切割过程中可能改变剖切表面的几何形态使得测量结果不准确；现有计算机视觉方法通过对目标表面进行三维重建开展测量，但大量工业物体表面光滑且纹理稀疏，这使得物体表面的特征点检测困难、三维重建结果精度低、可靠性差。

基于红外偏振成像的测量方法是一种非接触式方法，这种方法基于如下实验发现：当测试线模块的角度与被测物体真实痕迹方向越接近时，测试线模块提取出的法向量离散程度越低，法向量平均余弦相似度越接近“1”；当测试线模块的角度与被测物体真实痕迹方向越偏离时，测试线模块提取出的法向量离散程度越高，法向量平均余弦相似度越接近“0”。因此通过建立物体表面沿不同方向的法向量分布信息和粗糙度信息的关联模型，即可利用模型计算出待测表面的粗糙度各向异性参数，该方法对被测零件表面无伤害，且具有成本低、精度高、测量系统小型化的优点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于法向量统计特性的粗糙度各向异性参数测量方法，首先获取粗糙度对比样块表面四个偏振角度的红外图像，通过求解斯托克斯矢量计算出红外辐射的偏振参数；其次从粗糙度对比样块中选择一个样块并提取出该样块内区域作为待测区域；然后建立分别含有不同方向测试线的空间滤波器180个，分别提取出180组法向量，再分别计算该组测试线上全部法向量与法向量平均值的余弦相似度并取均值；最后依次获取不同方向上法向量的平均余弦相似度，根据二维组构张量模型得到被测表面的粗糙度各向异性参数。本发明与传统触摸、剖切、计算机视觉测量方法相比具有可靠性高、非接触、特征提取准确的优势，同时红外偏振检测设备体积小、重量轻、测量系统布置简单，更加适用于实际工况环境中。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

步骤1：获取粗糙度对比样块表面四个偏振角度的红外图像，通过求解斯托克斯矢量计算出红外辐射的偏振参数；

步骤2：从粗糙度对比样块中提取出a×a像素规模的区域A作为待测区域；由步骤1得到的偏振参数计算出区域A中法向量的方向角和天顶角分布信息，得到区域A中法向量的分布信息；

步骤3：建立分别含有不同角度测试线的空间滤波器模块180个，每个空间滤波器模块的像素规模为a′×a′，a′a；

步骤4：将180个空间滤波器模块分别与区域A做空间滤波运算，分别提取出180组法向量；