[發(fā)明專利]一種基于圖像融合來執(zhí)行三維表面形貌測量的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811434805.1
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN109579731B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王健;趙文義;盧文龍;周莉萍;徐龍
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G06T5/50
• 代理公司: 42201 華中科技大學(xué)專利中心
• 代理人: 梁鵬;曹葆青

1.一種基于圖像融合來執(zhí)行三維表面形貌測量的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

(a)圖像采集步驟

針對待測量對象，采用表面形貌測量設(shè)備對其進(jìn)行掃描，獲得具備第一分辨率的初始表面形貌圖像；同時(shí)采用視覺相機(jī)獲得與此初始表面形貌圖像保持對應(yīng)且具備第二分辨率的灰度原圖，其中該視覺相機(jī)具備達(dá)到需求標(biāo)準(zhǔn)的較高分辨率，也即該第二分辨率被設(shè)定為大于該第一分辨率；

(b)照明估計(jì)步驟

對步驟(a)所獲得的灰度原圖進(jìn)行基于本征圖像分解的照明估計(jì)，該步驟具體包含下列子步驟：

(b1)針對所述灰度原圖，首先依照下列表達(dá)式來執(zhí)行全局照明估計(jì)以獲得優(yōu)化后的全局照明條件，然后采用該全局照明條件對該灰度原圖進(jìn)行補(bǔ)償處理：

其中，表示優(yōu)化后的全局照明條件，也即所述灰度原圖在自然光照條件下與表面法線相關(guān)的全局朗伯陰影，它可采用低階球諧函數(shù)或二次函數(shù)近似得到；表示所述灰度原圖在自然光照條件下的諧波系數(shù)列向量；并用于表示對的增廣向量的轉(zhuǎn)置，其中為所述初始表面形貌圖像的表面法線矢量，T表示對的矩陣轉(zhuǎn)置；

(b2)依照下列公式來執(zhí)行局部照明估計(jì)以獲得優(yōu)化后的局部照明條件，然后采用該局部照明條件繼續(xù)對該灰度原圖進(jìn)行補(bǔ)償處理，由此得到新的更接近真實(shí)照明的優(yōu)化后灰度圖像：

其中，I表示所述灰度原圖，其用各像素點(diǎn)的灰度值來表示；α表示所有因素造成的總的局部照明變化；表示通過步驟(b1)所獲得的全局朗伯陰影；|| ||表示對I和做差之后各分量的平方和的開根號也即范數(shù)；μ_α表示預(yù)設(shè)的用于控制局部照明估計(jì)精度與平滑度之間的權(quán)衡系數(shù)；Ω_α表示α的鄰域；w_k表示預(yù)設(shè)的用于表示強(qiáng)度相似度的加權(quán)系數(shù)；α_k則表示α鄰域中第k個(gè)的局部照明變量；

(c)圖像融合步驟

將通過步驟(a)獲得的初始表面形貌圖像與通過步驟(b)得到的優(yōu)化后灰度圖進(jìn)行融合，生成分辨率獲得增強(qiáng)的優(yōu)化后表面形貌圖像，由此完成整體的三維表面形貌測量過程。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(a)中，在采用表面形貌測量設(shè)備掃描獲得初始表面形貌圖像之后，執(zhí)行Delaunay線性插值來使得其與所述灰度原圖具備同樣本尺寸。

3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟(b)中，首先建立如下的本征圖像照明模型，并通過該模型來逼近包括自然照明、遠(yuǎn)點(diǎn)照明、近點(diǎn)照明、朗伯陰影、鏡面反射、相互反射以及與材料相關(guān)的反照率變化這些陰影因子：

其中，R表示圖像強(qiáng)度也即圖像灰度值；α表示所有因素造成的總的局部照明變化；表示所述灰度原圖在自然光照條件下與表面法線相關(guān)的全局朗伯陰影。

4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟(c)中，采用SFS技術(shù)也即陰影形狀恢復(fù)技術(shù)來將所述初始表面形貌圖像與所述優(yōu)化后灰度圖進(jìn)行融合。

5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟(c)中，采用以下函數(shù)式f(Z)來將所述初始表面形貌圖像與所述優(yōu)化后灰度圖進(jìn)行融合：

其中，Z表示融合之后所生成的分辨率獲得增強(qiáng)的優(yōu)化后表面形貌圖像；I表示所述灰度原圖，其用各像素點(diǎn)的灰度值來表示；表示通過照明估計(jì)新生成的灰度圖像；|| ||表示對I和做差之后各分量的平方和的開根號也即范數(shù)；μ_z1和μ_z2分別是預(yù)設(shè)的用于重建保真度和平滑度控制的調(diào)節(jié)參數(shù)；Z₀表示所述初始表面形貌圖像；而Δ表示拉普拉斯算子。

6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟(c)之后，還包括對所述優(yōu)化后表面形貌圖像和所述初始表面形貌圖像進(jìn)行精度評估的步驟(d)。