[發明專利]一種基于集成決策樹的暗場圖像目標點精確提取方法

在審

• 申請號: 202111428201.8
• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN114120318A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 陳明君;尹朝陽;趙林杰;程健;袁曉東;鄭萬國;廖威;王海軍;張傳超
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06V20/69
• 分類號: G06V20/69;G06V10/26;G06V10/44;G06V10/762;G06V10/764;G06V10/70;G06K9/62;G06N20/20
• 代理公司: 黑龍江立超同創知識產權代理有限責任公司 23217
• 代理人: 楊立超

一種基于集成決策樹的暗場圖像目標點精確提取方法，涉及圖像處理技術領域，用以解決現有技術中對于大口徑光學元件表面缺陷不能有效提取的問題。本發明的技術要點包括：在暗場環境下對元件表面進行全方位掃描采集，獲取元件表面暗場圖像；對暗場圖像進行預處理和分割，獲得多個缺陷區域的圖像坐標；根據圖像坐標提取缺陷區域特征，利用預訓練的集成決策樹分類模型對元件表面缺陷區域進行識別，剔除后表面偽缺陷區域，獲得前表面缺陷區域圖像集；對前表面缺陷區域圖像集進行聚類處理，根據聚類結果計算獲得多個缺陷區域的位置和尺寸。本發明提高了大口徑元件表面缺陷的檢測效率和準確率，提高了缺陷區域位置和尺寸的測量精度。

技術領域

本發明涉及圖像處理技術領域，具體涉及一種基于集成決策樹的暗場圖像目標點精確提取方法。

背景技術

大口徑光學元件是高功率固體激光裝置的重要組件，在強激光頻繁照射下，其表面容易出現微裂紋、凹坑等缺陷。缺陷會弱化元件的材料性能，使損傷更易發生，在后續激光輻照下缺陷點會加速擴展。有研究表明，缺陷點產生后如果不及時對其采取激光微修復等措施，缺陷尺寸將呈指數增長。這不僅會降低光學元件使用壽命，還會影響元件通光性能并對下游元件產生影響。因此，采用合適的方式對元件表面缺陷進行及時的檢測和修復對于提高光學元件使用壽命，保障激光裝置穩定運行具有重要的作用。目前，工程上廣泛采用基于機器視覺的暗場檢測方法檢測元件表面的微小缺陷，通過該方式獲取缺陷點的位置和尺寸信息，從而制定合理的修復方案對缺陷點進行定位與修復。

大口徑光學元件表面缺陷檢測屬于宏觀條件下的微觀檢測，既需要獲得元件全口徑上的缺陷分布情況又需要獲得微觀缺陷的位置、尺寸信息。由于元件尺寸較大，通過一次成像很難實現元件表面缺陷暗場圖像的采集，且該方式分辨率較低不利于缺陷的精確測量。工業上常采用掃描拍照的方式獲取元件表面子區域的圖像，通過子圖拼接得到全口徑的暗場圖像。通過對暗場圖像進行處理即可獲取缺陷點的信息。由于光學元件是透明元件，在檢測時容易受到背景干擾，且后表面缺陷也會成像在感光元件上影響前表面的缺陷檢測。除此之外，由于子圖拼接、光照不均等因素的影響，進行圖像處理時單個缺陷點容易被分割為多個目標從而影響缺陷點定位和尺寸測量。

發明內容

鑒于以上問題，本發明提出一種基于集成決策樹的暗場圖像目標點精確提取方法，用以解決現有技術中對于大口徑光學元件表面缺陷區域不能有效提取的問題。

一種基于集成決策樹的暗場圖像目標點精確提取方法，包括以下步驟：

步驟一、在暗場環境下對元件表面進行全方位掃描采集，獲取元件表面暗場圖像；

步驟二、對所述暗場圖像進行預處理和分割，獲得多個缺陷區域的圖像坐標；

步驟三、根據缺陷區域的圖像坐標提取缺陷區域特征，并利用預訓練的集成決策樹分類模型對元件表面缺陷區域進行識別，剔除后表面偽缺陷區域，獲得前表面缺陷區域圖像集；

步驟四、以目標點間距離作為聚類依據，對前表面缺陷區域圖像集進行聚類處理；根據聚類結果計算獲得多個缺陷區域的位置和尺寸。

進一步地，步驟一中所述元件表面暗場圖像包括元件表面不同區域的多個子圖，多個子圖拼接成一個全圖。

進一步地，步驟一中采用環形光源低角度照射元件表面形成暗場環境。

進一步地，步驟二中采用頂帽變換對各個子圖進行預處理，然后進行閾值分割，提取缺陷區域并計算缺陷區域輪廓；然后求取缺陷區域輪廓的最小外接圓，將其圓心作為缺陷區域在子圖中的坐標；最后通過下式將缺陷區域在子圖中的坐標轉化為在全圖中的坐標(x,y)：

式中，(LocX，LocY)是缺陷區域在子圖中的坐標；m和n代表子圖的序號，n代表子圖所在行數，m代表子圖所在列數；L_w和L_H代表子圖的寬和高。