[發明專利]一種基于Hough變換的線結構光條紋中心線提取方法

有效

• 申請號: 202010193888.0
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111462214B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 張永;徐賢鵬;左婷婷;謝志鴻;李軍;邢宗義
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06T7/60
• 分類號: G06T7/60;G06T7/136;G06T7/13
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

1.一種基于Hough變換的線結構光條紋中心線提取方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、對光條圖像進行自適應閾值分割，得到只含有光條信息的二值圖像；

步驟2、對步驟1所得分割后的光條圖像進行Hough變換直線檢測得到光條邊緣線，通過兩條邊緣線計算得到條紋寬度；

步驟3、根據條紋寬度調整高斯均方差σ，使用Steger算法進行光條紋中心線提取；

步驟4、對步驟3提取得到的光條紋中心線進行單像素寬度檢測，以判斷所提取的中心線是否為單像素寬度，若不是則轉到步驟2，重新進行光條紋中心線提取；

步驟1所述對光條圖像進行自適應閾值分割，具體包括：

步驟1.1、對圖像每行像素進行Otsu方法處理，得到每行的最佳分割閾值；

步驟1.2、使用步驟1.1得到的最佳分割閾值進行閾值分割，得到只含有光條信息的二值圖像；

步驟2所述對步驟1所得分割后的光條圖像進行Hough變換直線檢測得到光條邊緣線，通過兩條邊緣線計算得到條紋寬度，具體包括：

步驟2.1、通過Hough變換得到光條紋的邊緣線，建立一個二維數組A，數組A用于存儲像素點位置和對應的條紋寬度；

步驟2.2、令采樣間隔為h個像素，10≤h≤20，取外側邊緣線像素點a，沿該像素點處邊緣法線方向作直線，直線與另一側邊緣線交于一點b，則像素點a、b之間的距離即為此處光條紋寬度w，將a點行坐標與此處寬度w記錄在數組A中；

步驟3所述根據條紋寬度調整高斯均方差σ，使用Steger算法進行光條紋中心線提取，其中σ與條紋寬度之間的關系滿足：根據每個區域的寬度w設置相應的σ值；Steger算法具體包括：

步驟3.1、求解圖像Hessian矩陣特征向量：通過計算Hessian矩陣的特征值和特征向量來確定光條紋的法線方向；

步驟3.2、泰勒級數展開：設步驟3.1所求法線方向的單位向量為(n_x,n_y)，起始點為(x₀,y₀)，對光條紋截面的灰度分布函數進行二階泰勒展開，則光條紋截面上的點(x₀+tn_x,y₀+tn_y)的灰度z(x₀+tn_x,y₀+tn_y)如下：

z(x₀+tn_x,y₀+tn_y)＝Z(x₀,y₀)+N(r_x,r_y)^T+NH(x,y)N^T/2????(1)

其中，Z(x₀,y₀)為起始點(x₀,y₀)的灰度，N＝(tn_x,tn_y)為灰度分布函數極值點，H(x,y)為泰勒展開項，(r_x,r_y)由圖像像素點z(x,y)分別與高斯核卷積得到，即：

其中g(x,y)為二維高斯函數，z(x,y)為圖像點灰度；

由根據式(1)得：

則光條紋中心點坐標為(x₀+tn_x,y₀+tn_y)，其中，r_xx、r_xy、r_yy為圖像點Z(x,y)與二維高斯微分核卷積；

步驟4所述對步驟3提取得到的光條紋中心線進行單像素寬度檢測，具體包括：

步驟4.1、遍歷提取得到的光條紋中心線圖像每一行像素；

步驟4.2、遍歷提取得到的光條紋中心線圖像每一列像素；

步驟4.3、若每行像素均僅有一個像素點灰度值為1，其余均為0，或每列像素均僅有一個像素點灰度值為1，其余均為0，則所提取光條紋中心線寬度為單像素寬；否則所提取光條紋中心線寬度至少含有兩個像素，轉到步驟2，重新進行光條紋中心線提取。