[發明專利]基于單幅顯微圖像的腐蝕坑三維信息測量方法

無效

• 申請號: 201110360718.8
• 申請日: 2011-11-15
• 公開（公告）號: CN102506745A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 魏臻;邢志廣;王茂榕;萇浩;趙思寧;趙彩敏;姜嘯宇;鐘聲
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: G01B11/22
• 分類號: G01B11/22;G01B11/28;G01B11/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 李益書

技術領域

本發明涉及圖像處理和計算機視覺領域，尤其涉及一種基于單幅顯微照片的腐蝕坑深度、面積及體積估計的方法。并將該技術應用于微小深度的金屬板材表面的腐蝕坑深度(深度小于5mm)、面積及體積測量。

背景技術

本發明屬于一種單目深度估計方法，目前已有的單目深度估計方法主要有：基于幾何光學的方法、基于幾何透視的方法以及利用機器學習和貝葉斯推斷方法進行的單目三維重建方法?；趲缀喂鈱W的方法包括聚焦法和散焦法。聚焦法是在焦距可調的情況下，使圖像中的目標點精確聚焦，根據透鏡成像原理求得該點相對于相機的距離，該方法的硬件昂貴、不易實現，而且聚焦定位不準會帶來誤差。散焦法是根據模糊程度計算圖像中各點相對于相機的距離，但是如何準確建立散焦模型是主要的難點。幾何透視方法是利用透視成像中的幾何約束關系確定目標對象的空間三維信息。利用機器學習和貝葉斯推斷方法進行的單目三維重建方法利用多種深度線索和圖像特征，通過訓練和學習的方法得到待測圖像的深度圖，但這種方法需要采集訓練數據，建立樣本庫，計算的性能也需進一步提高?？傊?，目前的單目視覺深度估計方法存在自身的局限性，這些問題還沒有得到很好的解決。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的上述不足，提供一種基于單幅顯微圖像的腐蝕坑三維信息(深度、面積及體積估計)測量方法。本發明只需拍攝一幅腐蝕坑的圖片即可以對腐蝕坑的深度、面積及體積等三維參數做出估計。

本發明原理

使用顯微攝像頭拍攝腐蝕坑圖像時，控制顯微攝像頭與測量平面的距離，使顯微攝像頭的焦平面恰好在測量平面。對于有腐蝕坑的區域，由于腐蝕坑深度的不同，圖像的清晰程度也隨之變化，通過分析被測腐蝕坑顯微圖像不同區域的清晰程度就可以得出腐蝕坑不同區域的深度值。這就是本發明提出的基礎。

使用顯微攝像頭拍攝腐蝕坑圖像后，把圖像平均分割為n×n個面積相同的區域，其中每個區域的面積s可以計算出來。分析不同區域的清晰程度可以估計出該區域的深度d_i，對于包含腐蝕坑的區域d_i＞0，不包含腐蝕坑的區域d_i＝0，分析各個區域的深度值d_i，將最大值作為腐蝕坑的深度D、統計d_i＞0的區域的個數k，這樣得到腐蝕坑的面積近似值S＝ks；然后把每一區域的深度值d_i乘以區域的面積值s，得到這一區域腐蝕坑的近似體積sd_i，最終將不同區域的體積值相加得到腐蝕坑的體積值即把腐蝕坑近似為由多個底面積相同的、高度不同的立方體的疊加。這樣就可以得到腐蝕坑的深度D、面積S、體積V。

本發明提供的基于單幅顯微圖像的腐蝕坑三維信息測量方法包括：

第1、系統標定，用顯微攝像頭拍攝一個面積s_標定已知的標定物，計算標定物圖像的像素數m，則系統的像素當量ε＝s_標定/m，即一個像素所對應的面積；

第2、圖像采集，用顯微攝像頭拍攝被測腐蝕坑的圖像，腐蝕坑顯微圖像的尺寸為M×N像素；

第3、圖像分割，將采集到的被測腐蝕坑的顯微圖像分割為n×n個面積相等的區域，每個區域的尺寸都為像素，則每個區域的面積為其中n的取值范圍為10～100之間的整數，n與測量精度有關，n取值越大，測量結果越準確，可以根據測量精度的需要選擇合適的n值；

第4、計算分割后每一區域的深度估計函數，通過深度估計函數估計出每一區域的深度值d_i，i＝1，2，3…n²，對于包含有腐蝕坑的區域d_i＞0，不包含腐蝕坑的區域d_i＝0；

第5、分析比較第4步得到的各個區域的深度值，將最大值作為腐蝕坑的深度D，并統計d_i＞0的區域的個數k，則腐蝕坑面積S近似為S＝ks，式中s為圖像分割后每一個區域的面積；