[發(fā)明專利]一種基于光條幾何特征突變的目標(biāo)邊界提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710593197.8
• 申請(qǐng)日: 2017-07-20
• 公開（公告）號(hào): CN107516324B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉巍;趙海洋;葉帆;張致遠(yuǎn);蘭志廣;張洋;馬建偉;賈振元
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/521
• 分類號(hào): G06T7/521;G06T7/00;G01C11/04
• 代理公司: 21200 大連理工大學(xué)專利中心
• 代理人: 關(guān)慧貞

本發(fā)明一種基于光條幾何特征突變的目標(biāo)邊界提取方法屬于視覺測(cè)量領(lǐng)域，涉及一種基于光條幾何特征突變的目標(biāo)邊界提取方法。該方法首先采用激光結(jié)合雙目視覺的方式獲得獲取激光光條圖像，根據(jù)實(shí)際測(cè)量過程中存在的邊界光條情況，建立三類邊界模型。利用差分運(yùn)算對(duì)邊界特征向量進(jìn)行求導(dǎo)，得到粗提取的目標(biāo)邊界特征點(diǎn)坐標(biāo)；再根據(jù)矩不變?cè)恚玫骄崛〉哪繕?biāo)邊界特征點(diǎn)坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)邊界的快速、高精度的提取。該方法克服了現(xiàn)有邊界提取過程中光條兩端邊界處會(huì)產(chǎn)生很多噪點(diǎn)，由于空間位置關(guān)系的影響，激光光條呈現(xiàn)彎折、錯(cuò)位或斷開不連續(xù)等現(xiàn)象；光條呈現(xiàn)的灰度分布水平和寬度也不一樣等問題，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)邊界的快速、高精度的提取。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于視覺測(cè)量領(lǐng)域，涉及一種基于光條幾何特征突變的目標(biāo)邊界提取方法。

背景技術(shù)

針對(duì)裝配過程中大型航空構(gòu)件(例如飛機(jī)平、垂尾部件等)的三維測(cè)量，其邊界輪廓信息是其測(cè)量的重要指標(biāo)之一，是指導(dǎo)裝配過程是否會(huì)出現(xiàn)間隙過大或結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉的重要依據(jù)。在激光測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集過程中，理論上，線激光光束沿截面方向呈高斯分布，沿光條方向在一定范圍內(nèi)光強(qiáng)分布均勻且具有寬度一致性。然而，實(shí)際測(cè)量過程中主要存在的五種邊界光條情況為：光條彎折、光條錯(cuò)位、光條斷開、光條灰度突變以及光條寬度突變。

由于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，待測(cè)零構(gòu)件邊界制造質(zhì)量不高，在光條提取時(shí)，光條兩端邊界處會(huì)產(chǎn)生很多噪點(diǎn)。另外，在被測(cè)物邊界位置，由于空間位置關(guān)系的影響，激光光條呈現(xiàn)彎折、錯(cuò)位或斷開不連續(xù)等現(xiàn)象；而由于不同材料物體表面其反射率不同，其光條呈現(xiàn)的灰度分布水平和寬度也不一樣。為避免上述問題，本發(fā)明提出了一種基于激光光條幾何特征突變的邊界提取方法，以實(shí)現(xiàn)這類零部構(gòu)件的高精度輪廓邊界提取。

針對(duì)目標(biāo)邊界的提取方法，長(zhǎng)沙大學(xué)的劉鋼欽等人，在《計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用》26期，《一種基于目標(biāo)邊界的不變特征提取方法》一文中提出了一種利用邊界矩構(gòu)造不變特征的方法，該方法計(jì)算的是經(jīng)典的邊界矩的精確值，在整個(gè)不變特征的計(jì)算過程中，只需要對(duì)形狀的角點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單的代數(shù)運(yùn)算，避免了求積分運(yùn)算。但該方法只能夠針對(duì)連續(xù)、閉合的目標(biāo)邊界進(jìn)行提取，無法對(duì)彎折、錯(cuò)位或斷開不連續(xù)等邊界特征進(jìn)行提取，具有很大的局限性。

海南大學(xué)的龍翔等人，在專利號(hào)：201210011706.9，專利《一種基于邊界提取的運(yùn)動(dòng)分割的邊界連接方法》中提出了一種基于邊界提取的運(yùn)動(dòng)分割的邊界連接方法。它是根據(jù)我們所設(shè)置的閾值將運(yùn)動(dòng)分割結(jié)果中的被斷開的邊界，沿著Canny邊界路徑連接起來的方法。該方法能夠使分割出來的分段的、不連續(xù)的物體邊界連接成為一個(gè)整體，并且不會(huì)有很大的計(jì)算量。但該方法提取精度不高，很難直接提取到準(zhǔn)確的目標(biāo)邊界。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有大視場(chǎng)下，裝配過程中大型航空構(gòu)件邊界輪廓信息測(cè)量過程中的局限性，發(fā)明了一種基于激光光條幾何特征突變的邊界提取方法。其目的是針對(duì)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，待測(cè)零構(gòu)件邊界制造質(zhì)量不高，在光條提取時(shí)，光條兩端邊界處會(huì)產(chǎn)生很多噪點(diǎn)；另外，在被測(cè)物邊界位置，由于空間位置關(guān)系的影響，激光光條呈現(xiàn)彎折、錯(cuò)位或斷開不連續(xù)等現(xiàn)象；而由于不同材料物體表面其反射率不同，其光條呈現(xiàn)的灰度分布水平和寬度也不一樣等問題，通過對(duì)獲取的激光光條圖像建立三類邊界模型，之后，基于有限差分方法對(duì)激光光條進(jìn)行邊界粗提取，最后，基于矩方法完成激光光條邊界的精提取，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)邊界的快速、高精度的提取。克服了現(xiàn)有邊界提取過程中光條兩端邊界處會(huì)產(chǎn)生很多噪點(diǎn)；由于空間位置關(guān)系的影響，激光光條呈現(xiàn)彎折、錯(cuò)位或斷開不連續(xù)等現(xiàn)象；光條呈現(xiàn)的灰度分布水平和寬度也不一樣等問題，具有廣泛的應(yīng)用前景。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于激光光條幾何特征突變的邊界提取方法，其特征是，該方法首先通過激光結(jié)合雙目視覺的方式，利用左、右攝像機(jī)1、2拍攝激光發(fā)射器3在被測(cè)物5上形成的激光光條6，獲取激光光條6圖像；其次根據(jù)實(shí)際測(cè)量過程中主要存在的邊界光條情況，建立三類邊界模型；之后，利用差分運(yùn)算對(duì)邊界特征向量h進(jìn)行求導(dǎo)，得到粗提取的目標(biāo)邊界特征點(diǎn)坐標(biāo)；最后根據(jù)矩不變?cè)恚玫骄崛〉哪繕?biāo)邊界特征點(diǎn)坐標(biāo)；方法的具體步驟如下：