[發明專利]一種實現閉合連通域的熔池輪廓圖像提取方法

在審

• 申請號: 202010776108.5
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN111696107A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 韓靜;趙壯;張毅;陸駿
• 申請（專利權）人: 南京知譜光電科技有限公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T5/00;G06T7/13
• 代理公司: 南京蘇創專利代理事務所(普通合伙) 32273
• 代理人: 張學彪

本發明涉及一種實現閉合連通域的熔池輪廓圖像提取方法，包括：1.提取熔池圖像，2.熔池圖像預處理計算，3.基于便于導向算子模板匹配的梯度圖計算，4.圖像合并，5.提取熔池圖像輪廓線。本發明利用上述裝置和方法解決熔池區域因前端與后端的亮度分布不均、熔池前端受到電弧光影響而導致的的熔池輪廓線難以提取的問題；解決熔池后端因區域亮度較暗且分布不均勻、熔池后端的兩端部分在圖像轉為灰度圖后灰度變化不明顯、梯度較弱的問題；對焊縫的成形及焊接質量的提高起著指示作用。

技術領域

本發明涉及一種實現閉合連通域的熔池輪廓圖像提取方法，屬于圖像分析技術領域。

背景技術

熔池圖像特征對焊縫的成形以及焊接質量的檢測有著重要的指導作用。傳統方法提取的熔池圖像，熔池區域前端與后端的亮度分布不均勻，其中熔池前端受到電弧光影響較嚴重，該部分細節更豐富，但當電弧光過于嚴重時有可能出現弧光將熔池頭部邊緣信息遮蓋掉的情況。與前端相比，熔池后端區域亮度較暗且分布不均勻，表現在熔池后端中部較亮，從中部向兩端亮度越來越暗，這種亮度分布的特點導致熔池后端的兩端部分在圖像轉為灰度圖后灰度變化不明顯、梯度較弱。

當利用邊緣檢測算子對該區域進行檢測，弱邊緣區域將無法產生響應且檢測出來的邊緣不夠連續完整。直接用Canny算子對TIG焊工藝下的不銹鋼熔池圖像進行邊緣檢測，檢測出來的輪廓邊緣線會受到三個方面的影響：1.熔池后端弱邊緣區域的邊緣無法被準確檢測；2.熔池表面由于電弧光反射形成的亮度飽和區域引入干擾邊緣；3.熔池后端已成型焊縫區域的紋理信息引入干擾邊緣。相比于傳統的圖像檢測方法，Canny邊緣檢測算子是一種具有高性能的最優化邊緣檢測算子方案，如果利用該算法在TIG焊不銹鋼熔池圖像上都無法達到令人滿意的效果，那么想利用傳統的圖像邊緣檢測算法得到熔池區域準確且完整的輪廓將存在很大的難度。

目前急需一種有效的熔池輪廓檢測提取方法來解決邊緣檢測算子檢測出來的輪廓邊緣不完整的問題。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種實現閉合連通域的熔池輪廓圖像提取方法，其具體技術方案如下：

實現閉合連通域的熔池輪廓圖像提取方法，包括以下步驟：

步驟一：提取熔池圖像：使用安裝相機的焊機在焊接工件進行焊接工作，使得相機能夠采集每一道焊縫從成型到焊接結束的熔池圖像；

步驟二：熔池圖像預處理計算：引入基于非線性灰度變換的弱邊緣增強方法與基于滑動窗口灰度信息的灰度變換方法對熔池圖像進行預處理計算，具體為：

（2-1）基于非線性灰度變換的弱邊緣增強方法，引入式（1.1）所示的復合冪函數，

式中，x表示的是圖像中單個像素點的灰度值，m與k均為大于1的整數，是可調節參數，隨著m與k的變化，變換后的灰度值分布情況不同；

（2-2）基于滑動窗口灰度信息的灰度變換方法，計算流程如下：

（2-2a）從熔池圖像一邊角的像素點開始遍歷，設當前遍歷的像素點處灰度值為，以該像素點為中心的大小為3*3的鄰域區域內的灰度最大值設為，最小值設為；

（2-2b）對3*3鄰域內像素點的灰度值在該區域內做式（1.2）中的歸一化處理，

（2-2c）將步驟（2-2b）中像素低灰度值根據其在[0,1]的灰度范圍內所處的區間代入式（1.1），得到經過非線性灰度變換算法計算后的像素點灰度值，

（2-2d）將代入式（1.2）中等號左邊，反推出原式中的，即將鄰域區域內灰度值范圍從[0,1]拉伸至原灰度值范圍，如式（1.3），