[发明专利]一种基于光谱分析的高清图像动态采集方法

摘要

本发明一种基于光谱分析的高清图像动态采集方法属于计算机视觉测量技术领域，涉及一种基于光谱选择的高反光分离方法以及基于摄像机曝光参数时控的高清图像动态采集方法。该方法首先建立光条图像质量评价准则，获得满足光条特征信息提取要求的图像平均灰度阈值范围；对多光源信息进行光谱分析，基于特征光和环境光的光谱差异分离出高亮度的环境光；通过实时调节摄像机的曝光时间，控制摄像机的采集光量，在整体线激光扫描测量过程中得到亮度基本一致，满足光条特征信息提取的高质量序列图像。该方法能在三维形貌测量过程中有效地获得高质量的光条特征图像，得到的光条序列图像质量好、特征清晰、无强光干扰，可以满足高精度图像特征的提取。

主权项

一种基于光谱分析的高清图像动态采集方法，其特征是，该方法首先建立光条图像质量评价准则，获得满足光条特征信息提取要求的图像平均灰度阈值范围；对现场测量环境下的多光源信息进行光谱分析，基于特征光和环境光的光谱差异分离出高亮度的环境光；再通过实时调节摄像机的曝光时间，控制摄像机的采集光量进行线激光扫描图像动态采集，从而在整体线激光扫描测量过程中得到亮度基本一致且满足光条特征信息提取的高质量序列图像；方法具体步骤如下：第一步 建立光条图像质量评价准则以光条横截面平均灰度来表征光条图像的质量，建立图像质量评价准则如下：其中，I表示图像的光条横截面平均灰度分布，而(Ia,Ib)为高质量光条图像的光条横截面平均灰度分布区间；当Ia<I<Ib,认为光条图像质量较好，可提取出精确的光条特征信息；当I≤Ia或I≥Ib，认为光条图像质量较差，需要在图像采集阶段通过实时调节曝光参数的方式进行控制，使得其采集的光条图像满足高质量要求，进而提取精确的光条特征信息；第二步 基于光谱选择的高反光分离方法1)多光源环境光照强度差异模型对摄像机采集的激光与环境光强度差异性进行分析；综合考虑测量现场环境中照明光源、太阳光和投射激光的光照特性以及摄像机采集芯片的感光特性，建立多光源环境光照强度差异模型如下：Δ(λ)＝ηc(λ)×(Elas(λ)‑Eenv(λ))   (2)其中，ηc(λ)为相机在不同波长λ下的量子效率，Elas(λ)、Eenv(λ)分别为特征激光、环境干扰光在不同波长λ下的光照强度，则Δ(λ)为摄像机感光芯片接收到的激光和环境光强度差异性的表征；2)基于光谱选择确定最佳采集波长利用摄像机感光芯片接收到的激光和环境光强度差异性最大时的有效波长进行图像采集，获得特征清晰度最高的光条图像；对多光源环境光照强度差异模型进行最优化求解如下：λ0=maxλ∈(380,760)Δ(λ)---(3)]]>其中，根据摄像机感光特性选择在可见光范围内进行图像采集，即采集波长在λ∈(380,760)范围内进行光谱选择，λ0为最优化求解得到的最佳采集波长，此时特征激光与环境光的光强差异较大，且相机采集的亮度最高；因此，为获得特征清晰的光条图像，选择λ0±δλ的滤波通道采集图像信息，有效分离测量现场高亮反光，获得有效的光条特征图像；第三步 摄像机曝光参数实时控制方法1)预扫描建立光条灰度时变模型采用一定的转速ω预扫描被测物表面，利用高反光分离后的摄像机以一定适当的曝光时间参数t0进行激光扫描序列图像采集；分别对每张序列图像中的激光光条做灰度分析，计算每条光条的平均灰度值Ii，对应序列图像的采集位置i建立光条扫描灰度时变模型如下Ii＝f(i)   (4)其中，f为光条平均灰度Ii与序列图像采集位置i的函数关系，由被测物表面激光预扫描实验得到；2)曝光时间实时控制参数确定光条的平均灰度由摄像机的单位时间进光量Ei与采集曝光时间t决定，可如下表示Ii=∫0tEidt=Eit---(5)]]>因此，由预扫描光条灰度时变关系可得不同位置i光条平均灰度Ii＝f(i)＝Eit0   (6)故在不同位置i摄像机的进光量Ei可表示为Ei＝f(i)/t0   (7)因此基于光条质量评价准则(1)可得Ia<I^i=∫0tiEidt=Eiti<Ib---(8)]]>其中，为正式激光扫描测量时摄像机采集得到的光条图像中光条的平均灰度值；以满足高质量特征图像为条件，结合公式(7)和(8)计算可得不同采集位置i摄像机曝光时间ti应实时控制在以下范围Iaf(i)t0<ti<Ibf(i)t0---(9)]]>即以高反光分离后的摄像机进行第i张光条图像采集时，其摄像机曝光参数控制在范围可最终获得特征清晰且亮度均匀的序列光条扫描图像，完成大视场测量过程中高清晰图像的采集。