复杂背景下光条中心提取算法研究

合集下载

相关主题

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

式（２）表明，两帧平均后，图像方差比原图像方差下降了２倍，因此采用两帧图像平均后，再采用差影法分割，显著提高精度，减小误差，还能降低噪声。其算法描述如下：Ｓｔｅｐ１从已经滤波的图像序列中提取出一帧无激光的背景图像，记为Ｇ；Ｓｔｅｐ２提取图像序列中相邻的包含激光线的两帧图像，分别记为Ｉ１和Ｉ２；Ｓｔｅｐ３将包含激光线的两帧图像取平均，即Ｉ＝（Ｉ１＋Ｉ２）／２；Ｓｔｅｐ４根据差影法，将Ｉ与Ｇ相减，获取激光光条图像，即Ｓ＝Ｉ－Ｇ；Ｓｔｅｐ５返回Ｓｔｅｐ１处理，直至所有图像处理完毕。采用两帧图像平均，进一步消除了室内光照环境、ＣＣＤ相机内部噪声等对图像采集带来的噪声影响。利用差影法，可初步分离出激光光条，实现对光条边缘的初定位。本算法平均时间复杂度为Ｏ（ｎ）。
１２］富［学者从光切法原理出发，分析浮雕测量的特殊性，提出了
１（ｘ，ｙ）＋ｆ（ｘ，ｙ）］［ｆ２２１
１）（
δ ＋δ ２
２１
２２
（２）
将亚像素细分和变阈值质心法相结合的光刀中心提取算法；赵
１３］广杰［学者提出了基于光条骨架的可变方向模板法；贾倩１４］倩［学者根据图像灰度梯度方向与其法线方向非常接近这一
１
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ７１２１００，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）
特点，提出了一种用图像的灰度梯度方向代替光条曲线的法线
１５］方向的光条中心亚像素提取方法；高世一［学者针对高斯拟合
法在提取宽度有变化的激光光条中心线时，不能确定合适的拟合数据使得提取精度较低问题，提出了变边限高斯拟合法。这些算法在一定条件下对光条中心的提取精度和速度都有很大改进，但是也只能是在特定条件下获得较好结果，对于复杂背景下光条中心的提取，上述算法并不适宜。
１
（西北农林科技大学信息工程学院陕西杨凌７１２１００）
２
（甘肃畜牧工程职业技术学院甘肃武威７３３００６）
摘要在光切法三维表面重建过程中，光条中心坐标的提取至关重要。针对复杂背景下激光图像特点，研究激光条图像的预处理和光条中心提取算法，提出一种两帧平均再相减的改进差影法，较好地实现了复杂背景下激光条图像的分割，选用基于极值法的灰度重心法提取激光条中心线。实验表明该方法实现简单，光条图像处理复杂度低，与经典ＯＴＳＵ方法相比较其处理速度提高了２０％左右，精度达到了亚像素级水平。关键词图像去噪图像分割中心提取中图分类号ＴＰ３文献标识码ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００３８６ｘ．２０１３．０３．０７１
１０，１１］灰度重心法［的基本原理是在图像的宽度方向上对像
１．２差影法分割光条图像
在提取激光中心线过程中，为降低算法复杂度，需进行图像分割，提取光条图像。传统的图像分割算法，如差影法、边缘检测方法、阈值分割法、区域分割法等，在分割效果与算法复杂度上两者不能兼顾。本文通过对差影法图像分割算法的改进，较好地实现了激光光条图像的分割，算法简单。令ｆ１（ｘ，ｙ）和ｆ２（ｘ，ｙ）分别表示图像序列中的相邻两幅图像，其方差分别是 δ和 δ，对这两幅图像求平均，得到图像：ｇ（ｘ，ｙ）＝其方差为 δ。则根据统计理论有：
ＲＥＳＥＡＲＣＨＯＮＬＡＳＥＲＳＴＲＩＰＥＣＥＮＴＲＥＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮＡＬＧＯＲＩＴＨＭＵＮＤＥＲＣＯＭＰＬＥＸＢＡＣＫＧＲＯＵＮＤ
１１１，２ＬｉＤａｎＧｅｎｇＮａｎＫａｎｇＪｕａｎｎａ
２ δ ｇ＝２ｇ２１２２
素位置进行灰度值加权求取光条中心位置，具有处理速度快、精度较高、容易实现等优点。但当反射光现象严重或图像受噪声严重干扰时，提取结果误差较大。针对实际情况中的各种复杂问题，学者们对光条中心的提取算法提出了改进和创新，很多改良算法相继被提出。如徐庆
［１，２］
方法的使用则会受到一定的限制。针对这些问题，本文研究了复杂背景下光条中心提取的图像处理方法，提出了一种改进的差影法实现光条图像的分割，采用基于极值法的灰度重心法提取了光条中心坐标。
１复杂背景下激光图像处理
１．１图像去噪
在实际拍摄中，受物体表面材质、颜色及激光投射角度的影响，导致反射光现象严重，同时由于外界环境中各种噪声及相机感光面的成像噪声以及采样和量化误差等众多因素的影响，使得激光图像带有大量噪音，这些噪声都给准确提取光条中心线带来了困难。因此，要提取光条中心线，首先必须对采集的原始图像进行预处理，最大可能地去除噪声。通过对图像中噪声进
ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｕｒｆａｃｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｕｓｉｎｇｌｉｇｈｔｓｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｏｆｌｉｇｈｔｓｔｒｉｐｅｃｅｎｔｒｅｉｓｏｆｇｒｅａｔｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ．Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｌａｓｅｒｉｍａｇｅｆｅａｔｕｒｅｓｕｎｄｅｒｃｏｍｐｌｅｘｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｉｎｔｈｅｐａｐｅｒｗｅｓｔｕｄｙｔｈｅｌａｓｅｒｓｔｒｉｐｅｉｍａｇｅｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆｌａｓｅｒｓｔｒｉｐｅｃｅｎｔｒｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ．Ｗｅｓｕｇｇｅｓｔａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｍａｇｅｍｅｔｈｏｄｗｈｉｃｈａｖｅｒａｇｅｓｔｈｅｔｗｏｆｒａｍｅｓｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎｓｕｂｔｒａｃｔｓｔｈｅａｂｏｖｅｒｅｓｕｌｔｓ，ｉｎｔｈｉｓｗａｙｗｅｗｅｌｌａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｌａｓｅｒｓｔｒｉｐｅｉｍａｇｅｓｕｎｄｅｒｃｏｍｐｌｅｘｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｗｅｃｈｏｏｓｅｔｈｅｇｒａｙｃｅｎｔｒｅａｐｐｒｏａｃｈｗｈｉｃｈｉｓｂａｓｅｄｏｎｅｘｔｒｅｍｅｖａｌｕｅｍｅｔｈｏｄｔｏｅｘｔｒａｃｔｔｈｅｃｅｎｔｒｅｌｉｎｅｏｆｌａｓｅｒ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｉｓｓｉｍｐｌｅｉｎｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｈａｓｌｏｗｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｉｎｌａｓｅｒｓｔｒｉｐｅｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．ＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｃｌａｓｓｉｃＯＴＳＵｍｅｔｈｏｄ，ｉｔｓｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｐｅｅｄｉｍｐｒｏｖｅｓａｌｍｏｓｔ２０％ａｎｄｉｔｓａｃｃｕｒａｃｙａｃｈｉｅｖｅｓｔｈｅｌｅｖｅｌｏｆｓｕｂｐｉｘｅｌ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＩｍａｇｅｄｅｎｏｉｓｉｎｇＩｍａｇｅｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎＣｅｎｔｒｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ重干扰、物体表面颜色变化或纹理变化引起反射率突变时，这些
２
（ＧａｎｓｕＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｎｉｍａｌＨｕｓｂａｎｄｒｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｅｉｗｕ７３３００６，Ｇａｎｓｕ，Ｃｈｉｎａ）
分布这一特点，利用高斯曲线或者二次曲线对每一行中现有光带上的像素点的灰度值进行曲线拟合，拟合曲线的局部极大值点即为截面的光条中心点。这种方法精度可达到亚像素级，但需要的采样点较多，不适合窄光条中心的提取，在提取宽度有变化的激光条纹中心线时，由于不能确定合适的拟合数据使得提取精度较低。
第３０卷第３期２０１３年３月
计算机应用与软件ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅ
Ｖｏｌ３０Ｎｏ．３１３Ｍａｒ．２０
复杂背景下光条中心提取算法研究
，２李丹１耿楠１亢娟娜１
６，７］光条中心提取算法［。但是，在复杂背景下，当图像受噪声严
２７２
计算机应用与软件
２０１３年
行分析，图像的主要噪声是椒盐噪声Βιβλιοθήκη Baidu 所以本文采用了中值滤波
［５］
９］曲线拟合法［是基于激光条截面点的灰度分布近似高斯
算法，去除了图像中的大量椒盐噪声，去噪效果较好。
０引言
光切法三维表面重建技术是一种基于线结构光的光学三角法非接触式三维重建技术。其基本原理是线激光器投射的光束通过一个柱面镜在空间中形成激光平面并与物体表面相交，在物体表面产生一亮的光条，该光条受物体表面几何形状的调制而产生畸变，畸变的程度则包含了物体表面的深度信息。采集物体对光条的调制图像，通过图像分析，提取光条中心位置坐标即可得到光条的偏移量，从而得到物体表面的深度信息
收稿日期：２０１２－０７－０２。李丹，硕士生，主研领域：图像处理与机器视觉。耿楠，副教授。亢娟娜，硕士生。
。
光切法三维表面重建技术以其非接触、精度高及主动受控等特
３－５］点，在工业，医疗、影视、农业、计算机视觉［等领域，尤其在
“ 逆向工程” 中得到了广泛应用。在重建过程中，图像处理和光条中心坐标是影响重建的关键环节，是相关研究中的热点问题。由于激光光条的光强近似服从高斯分布，因此前人的工作主要集中在提取光条的高斯分布中心位置，并提出了极值法、阈值法、重心法和曲线拟合法等