[发明专利]一种激光条纹遮挡噪声滤除及补偿方法

摘要

本发明一种激光条纹遮挡噪声滤除及补偿方法属于视觉测量领域，涉及一种激光条纹遮挡噪声滤除及补偿方法。该方法首先根据噪声与激光条纹的相似程度，将噪声分类为线型噪声和块状噪声；然后，基于Hough直线检测及激光条纹在图像边界处的特性，检测并识别激光条纹和线型噪声，并提出宽度条件约束补偿线型噪声；最后，基于激光条纹骨架的形态学处理，检测并过滤块状噪声，采用线性插值补偿缺损的激光条纹。本发明从图像处理角度出发，有效避免了激光条纹遮挡噪声造成的关键测量信息缺失等问题，提高了视觉测量中图像信息获取精度，通用性强。

主权项

1.一种激光条纹遮挡噪声滤除及补偿方法，其特征是，该方法首先利用Hough变换，识别激光条纹和线性噪声；然后基于宽度条件约束，补偿线性噪声；最后基于激光条纹骨架的形态学处理，检测并过滤块状噪声，采用线性插值补偿缺损的激光条纹；方法的具体步骤如下：/n第一步，基于Hough变换的线性噪声识别/n遮挡激光条纹的噪声包括了线型噪声和块状噪声，获取的激光图像中通常包括线性噪声、块状噪声及激光条纹，首先基于Hough变换检测激光图像中的激光条纹及线性噪声；/n在图像笛卡尔坐标系uOv中，给定一条确定的直线v＝ku+b，k和b分别为直线的斜率和截距，则这条直线在参数空间中的点为(k,b)；将该直线映射到极坐标系中，在有限可控的搜索范围内找到直线，则直线方程为：/nu cos(θ)+v sin(θ)＝ρ (1)/n式中，ρ为直线到坐标原点的距离，θ为直线法线与u轴的夹角；则直线在极坐标系的形状为一正弦曲线，极坐标参考空间点为(θ,ρ)；/n表征图像坐标系中所有可能的直线模板，即让θ和ρ取所有可能的值；在图像笛卡尔坐标系中，当直线从与u轴重合处逆时针旋转时，θ的值开始由0°累加到180°；根据下式(2)，ρ的值由0累加到只需要确定ρ和θ的累加分辨率，即表征图像坐标系中所有的直线模板；/n /n然后，把图像中的白色像素放在其所在的直线模板中，并让相应直线模板的计数器加一，计数器保存了每个模板直线包含的白色像素个数；当某个模板直线的白色像素计数足够多时，可以认为这条模板直线在图像中存在，即检测到该直线；/n对激光条纹二值图像birol分为p段，使每一段图像birol_p中的激光条纹近似于直线，而且线型噪声在一定长宽范围内也可构成直线，利用Hough变换检测每一段图像中的所有直线；针对分段的激光条纹二值图像，其具有两大特征：1)激光条纹必然与图像边界相交，相邻分段图像在交界处的激光条纹宽度具有连续性；2)相邻分段图像在交界处的激光条纹斜率具有连续性，且具有公共点；根据这两种特征，判断激光条纹和线型噪声；/n首先计算birol_p上、下、左、右四个边界的灰度重心，其中m_p×n_p是birol_p的像素尺寸；/n /n式中，LB为左边界灰度重心，UpB为上边界的灰度重心，RB为右边界的灰度重心，DnB为下边界的灰度重心；/n分割后的二值激光图像中，具有最大灰度重心的边界即为激光条纹的相交边界，此边界的局部图像构成的直线斜率即为激光条纹直线的斜率；比较四个边界的灰度重心：/n如果LB最大，则/n /n如果UpB最大，则/n /n如果RB最大，则/n /n如果DnB最大，则/n /n由此，进一步寻找与k和b最接近的Hough变换检测到的直线，对激光条纹图像利用Hough变换检测直线，并将构成这些直线的端点提取出来，分别识别激光条纹直线与线性噪声直线；/n第二步，基于宽度条件约束的线性噪声补偿/n在已知线型噪声的端点(u₁,v₁)和(u₂,v₂)，以及解析式v＝k_nu+b_n，得到该线型噪声给定宽度的覆盖区域，将像素坐标整理成集合的形式：/n /n式中，[x]代表对有理数x取整；/n为了避免线性噪声与激光噪声重叠区域被补偿掉，基于线型噪声直线方向上白色像素的宽度，根据下式(9)选择窄的白色像素区域滤除，宽的白色像素区域即认为是激光条纹交界；/n /n式中，min width为宽度阈值；/n第三步，基于形态学骨架的块状噪声检测及过滤/n首先，提取图像中高亮的块状噪声，基于上述分析已经通过Hough变换检测出了局部激光条纹像素点构成的直线，这条直线可以近似看作激光条纹的骨架，采用形态学方法，有效滤除激光条纹；/n闵可夫斯基减法是对二维区域R和结构元S，使用S中的所有向量s来移动区域R中的每个点，即计算这些点的向量差：/n /n如果在向量平移后，向量s被完全包含在R中，则将平移后的参考点作为输出；因为Hough检测的激光条纹直线关于原点中心对称，当作为结构元S时，闵可夫斯基减法即为形态学的腐蚀运算；/n通过腐蚀运算处理可以将输入区域R收缩，把图像中符合结构元的特征进行收缩或滤除；定义结构元S为激光条纹内的直线：/nS＝{(u,v)|v＝k_Lu+b_L} (11)/n因为腐蚀减小了块状噪声，需要通过膨胀处理进行恢复：/n /n然后，基于图像差分法，滤除激光条纹二值分段图像birol_p中的块状噪声，得到只存在激光条纹信息的二值图像公式为：/n /n最后，在激光条纹每行图像上分别求解激光条纹二值图像的左右边界，对两个边界分别进行分段线性插值，填充两边界的中间区域，实现缺损区域的补偿。/n